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Title:
ATTACHMENT OF A TEMPERATURE SENSOR TO AN INTERCONNECTION RING OF AN ELECTRIC MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/078544
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device (1) for measuring the temperature of a coil device (2) in an electric machine (3), having a temperature sensor (4), a first section (5) which produces a first restoring force, a second section (6) which receives the temperature sensor, a third section (8) which has a first fixing element (7), and a fourth section (9) which produces a second restoring force. The first restoring force and the second restoring force act in a common direction, and the second section (6) is arranged between the first section (5) and the fourth section (9). The invention additionally relates to a stator (16) comprising the device (1) and to a method for producing the stator (16).

Inventors:
SILVERY CHRISTIAN (DE)
DERKSEN SVEN (DE)
ANKE MARIE-LUISE (DE)
Application Number:
PCT/DE2021/100754
Publication Date:
April 21, 2022
Filing Date:
September 13, 2021
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG (DE)
International Classes:
H02K11/25
Foreign References:
EP2924854A12015-09-30
JP2010276630A2010-12-09
EP3715806A12020-09-30
FR3037738A12016-12-23
DE102018206985A12019-02-14
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Claims:
- 9 -

Patentansprüche

1 . Vorrichtung (1 ) zum Messen einer Temperatur einer Spuleneinrichtung (2) in einer elektrischen Maschine (3), wobei die Vorrichtung (1 ) aufweist:

• einen Temperatursensor (4);

• einen eine erste Rückstellkraft bewirkenden ersten Abschnitt (5);

• einen den Temperatursensor aufnehmenden zweiten Abschnitt (6); und

• einen ein erstes Fixierungselement (7) aufweisenden dritten Abschnitt (8); gekennzeichnet durch

• einen eine zweite Rückstellkraft bewirkenden vierten Abschnitt (9), wobei

• die erste Rückstellkraft und die zweite Rückstellkraft in einer gemeinsamen Richtung wirken, und

• der zweite Abschnitt (6) zwischen dem ersten Abschnitt (5) und dem vierten Abschnitt (9) angeordnet ist.

2. Vorrichtung (1 ) gemäß Anspruch 1 , wobei

• das erste Fixierungselement (7) als translatorisches Festlager ausgeprägt ist, und

• die Vorrichtung (1 ) einen ein zweites Fixierungselement (10) aufweisenden fünften Abschnitt (11 ) aufweist, wobei

• das zweite Fixierungselement (10) einen translatorischen Freiheitsgrad aufweist.

3. Vorrichtung (1 ) gemäß Anspruch 2, wobei das erste Fixierungselement durch eine rotationssymmetrische Aussparung (12) realisiert ist.

4. Vorrichtung (1 ) gemäß Anspruch 2, wobei der translatorische Freiheitsgrad durch ein Langloch (13) realisiert ist.

5. Vorrichtung (1 ) gemäß Anspruch 1 bis 4, wobei der zweite Abschnitt (6) eine Kabelführung (14) umfasst, in welcher ein Kabel (15) des Temperatursensors (4) geführt ist. 6. Stator (16) einer elektrischen Maschine (3), wobei der Stator (16) aufweist:

• eine Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5;

• die Spuleneinrichtung (2), die in axialer Richtung des Stators (16) einen Wickelkopf (17) ausbildet; und

• einen Verschaltungsring (18), wobei

• durch Zusammenwirken des Verschaltungsrings (18), des ersten Abschnitts (5), des zweiten Abschnitts (6), des dritten Abschnitts (8), des vierten Abschnitts (9) und des fünften Abschnitts (11 ) die erste Rückstellkraft und die zweite Rückstellkraft den Temperatursensor (4) in der gemeinsamen Richtung auf die Spuleneinrichtung (2) drücken, und

• der Temperatursensor (4) derart ausgerichtet ist, dass er in der axialen Richtung auf den Wickelkopf (17) drückt.

7. Stator (16) nach Anspruch 6, wobei:

• der Verschaltungsring (18) einen ersten Dom (19) aufweist, auf welchen das erste Fixierungselement (7) aufgesteckt ist, und

• der Verschaltungsring einen zweiten Dom (20) aufweist, auf welchen das zweite Fixierungselement (10) aufgesteckt ist.

8. Stator (16) nach Anspruch 7, wobei der erste Dom (19) mit dem dritten Abschnitt (8) eine formschlüssige Verbindung aufweist.

9. Verfahren zum Herstellen eines Stators (16) nach Ansprüchen 7 oder 8, welche die folgenden Schritte umfasst:

• Aufstecken der Vorrichtung (1 ) auf den ersten Dom (19) und den zweiten Dom (20),

• Heißverstemmen des ersten Doms (19) mit dem dritten Abschnitt (8),

• Einfügen des Temperatursensors (4) in den zweiten Abschnitt (6), und

• Positionieren des Temperatursensors (4) auf dem Wickelkopf (17) durch Bewegen des Verschaltungsrings (18) in der axialen Richtung bis zu einer vorbestimmten Einbauposition.

Description:
Anbindung eines Temperatursensors an einen Verschaltunqsrinq einer elektrischen Maschine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufnehmen eines Sensors, einen Stator einer elektrischen Maschine sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Stators.

Allgemein bekannt ist, dass in elektrischen Maschinen ein Erfassen einer Temperatur zum Zweck des Ansteuerns der elektrischen Maschine erfolgen kann. Hierbei kann das Erfassen der Temperatur beispielsweise durch sowohl eine innerhalb der Wicklungen angeordnete Sensorik als auch eine von außen auf die Wicklungen aufgebrachte Sensorik erfolgen.

Ein bekanntes Problem bei einem Anbringen von Temperatursensoren besteht in unterschiedlich starken temperaturbedingten Ausdehnungen, welche bei Verwendung insbesondere von Klebstoffen zum Fixieren des Temperatursensors zu einem Ablösen des Temperatursensors führen können. Wird eine Temperaturinformation weiter zum Zweck des Ansteuerns der elektrischen Maschine verwendet, kann ein Ablösen des Temperatursensors zu einer Schädigung der elektrischen Maschine aufgrund falscher Temperaturmessung durch veränderte Temperaturübergänge führen.

Als Alternative zum Fixieren des Temperatursensors an der Wicklung mittels Verklebens sind vorgespannte Systeme bekannt, bei denen mittels eines Federelements der Temperatursensor auf die Wicklung gedrückt wird.

Diesbezüglich ist eine Vorrichtung zum Aufnehmen eines Sensors gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 aus der Druckschrift DE 102018206985A1 bekannt.

Im Detail ist aus der DE102018206985A1 eine elektrische Maschine mit einem Temperatursensor bekannt, bei welcher der Sensor über die Spannkraft eines Halteelements an einen elektrischen Leiter der Spulenwicklung angedrückt ist. Das Haltelement ist dabei an einem Gegenelement außerhalb der Spulenwicklung gehalten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges Messen einer Temperatur bei elektrischen Maschinen zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.

Gemäß einem Aspekt umfasst die Vorrichtung zum Messen einer Temperatur einer Spuleneinrichtung in einer elektrischen Maschine einen Temperatursensor. Weiter umfasst die Vorrichtung einen ersten Abschnitt, der eine erste Rückstellkraft bewirkt, einen zweiten Abschnitt, welcher den Temperatursensor aufnimmt, einen dritten Abschnitt mit einem Fixierungselement sowie einen vierten Abschnitt, welcher eine zweite Rückstellkraft bewirkt. Eine Wirkung der ersten Rückstellkraft und eine Wirkung der zweiten Rückstellkraft weisen dabei eine gemeinsame Richtung auf. Der zweite Abschnitt ist zwischen dem ersten Abschnitt und dem vierten Abschnitt angeordnet. Insbesondere ist der Temperatursensor von einem Schrumpfschlauch ummantelt und bildet in einer Projektion die Form eines Rechtecks aus. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die einzelnen Abschnitte überwiegend linear angeordnet.

Gemäß einer Ausgestaltung ist das erste Fixierungselement als ein translatorisches Festlager ausgeprägt. Insbesondere umfasst die Vorrichtung einen ein zweites Fixierungselement beinhaltenden fünften Abschnitt, wobei das zweite Fixierungselement einen translatorischen Freiheitsgrad aufweist. Hierdurch werden sowohl Fertigungstoleranzen als auch auftretende Ausdehnungen durch Temperaturschwankungen aufgrund eines er Ansteuerns der elektrischen Maschine ausgeglichen.

Insbesondere ist das erste Fixierungselement durch eine rotationssymmetrische Aussparung realisiert. Vorteilhafterweise handelt es sich hierbei um eine runde Aussparung, die beispielsweise durch eine Bohrung oder ein Stanzwerkzeug realisiert ist. Der translatorische Freiheitsgrad des zweiten Fixierungselements ist vorteilhafterweise als Langloch ausgeführt. Insbesondere lässt sich das Langloch durch ein Bohr- /Fräswerkzeug oder ein Stanzwerkzeug realisieren. Vorteilhafterweise ermöglicht das Langloch einen Längenausgleich der Vorrichtung aufgrund von Fertigungstoleranzen sowie auftretenden Ausdehnungen durch Temperaturschwankungen. ln einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der zweite Abschnitt, welcher den Temperatursensor aufnimmt, eine Kabelführung auf, in welcher ein Kabel des Temperatursensors geführt ist. Die Führung ist insbesondere als Schacht ausgeführt, in dem das Kabel geführt und derart gebogen ist, dass es zu einer vorbestimmten Position geführt ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Vorrichtung Teil eines Stators einer elektrischen Maschine. Dabei umfasst der Stator neben einer Vorrichtung gemäß des zuvor beschriebenen Aspekts oder der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen eine Spuleneinrichtung, welche in axialer Richtung einen Wickelkopf ausbildet, sowie einen Verschaltungsring. Insbesondere wirken dabei der erste Abschnitt und der vierte Abschnitt als Federelemente mit dem dritten Abschnitt und dem fünften Abschnitt als Fixierungselemente über den den Temperatursensor beinhaltenden zweiten Abschnitt und den Verschaltungsring derart zusammen, dass der Temperatursensor auf die Spuleneinrichtung drückt. Der Temperatursensor ist dabei derart ausgerichtet, dass er in axialer Richtung des Stators auf den Wickelkopf drückt.

In einer weiteren Ausgestaltung weist der der Verschaltungsring einen ersten Dom auf, auf welchen das erste Fixierungselement aufgesteckt ist. Weiter weist der Verschaltungsring einen zweiten Dom auf, auf welchen das zweite Fixierungselement aufgesteckt ist.

Insbesondere weist der erste Dom mit dem dritten Abschnitt eine formschlüssige Verbindung auf.

Gemäß einem weiteren Aspekt weist ein Verfahren zum Herstellen eines Stators gemäß zuvor beschriebenem Aspekt und entsprechender Ausgestaltung die folgenden Schritte auf:

• Aufstecken der Vorrichtung auf den ersten Dom und den zweiten Dom,

• Heißverstemmen des ersten Doms mit dem dritten Abschnitt,

• Einfügen des Temperatursensors in den zweiten Abschnitt, und • Positionieren des Temperatursensors auf dem Wickelkopf durch Bewegen des Verschaltungsrings in der axialen Richtung bis zu einer vorbestimmten Einbauposition.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Darstellung einer Vorrichtung in zwei unterschiedlichen Perspektiven:

Figur 2 einen Ausschnitt eines Stators mit der in Figur 1 beschriebenen Vorrichtung in einer ersten Position;

Figur 3 den Ausschnitt des Stators aus Figur 2 in einer zweiten Position; und Figur 4 Verfahrensschritte zum Herstellen des Stators gemäß Figur 2 und 3.

Nachfolgend erfolgt die Beschreibung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 in zwei unterschiedlichen Perspektiven 1 a und 1 b. Die Vorrichtung 1 ist einteilig ausgebildet und umfasst in der Mitte einen zweiten Abschnitt 6 zum Aufnehmen eines rechteckigen Temperatursensors 4 (in der Darstellung nicht gezeigt). In dem zweiten Abschnitt 6 ist eine Kabelführung 14 vorgesehen ist, welche ein Kabel 15 (in der Darstellung nicht gezeigt) vorzugsweise winklig, noch bevorzugter rechtwinklig abgebogen führt. An den zweiten Abschnitt 6 angrenzend sind ein erster Abschnitt 5 sowie ein vierter Abschnitt 9 derart angeordnet, dass sich der zweite Abschnitt 6 mittig zwischen dem ersten Abschnitt 5 sowie dem vierten Abschnitt 9 befindet.

An der dem zweiten Abschnitt 6 gegenüberliegenden Seite des ersten Abschnitts 5 grenzt ein dritter Abschnitt 8 an. Der dritte Abschnitt 8 umfasst eine erstes Fixierungselement 7, welches als rotationssymmetrische Aussparung 12 in Form eines Lochs ausgebildet ist. An der dem zweiten Abschnitt 6 gegenüberliegenden Seite des den vierten Abschnitts 9 grenzt ein fünfter Abschnitt 11 an. Der fünfte Abschnitt 11 umfasst ein zweites Fixierungselement 10, welches einen translatorischen Freiheitsgrad in Form eines Langlochs 13 aufweist.

Sowohl der erste Abschnitt 5 als auch der vierte Abschnitt 9 beinhalten jeweils federelastische Eigenschaften zum Bewirken sowohl einer ersten Rückstellkraft des ersten Abschnitts 5 als auch einer zweiten Rückstellkraft des vierten Abschnitts 9. Eine gemeinsame Richtung der ersten Rückstellkraft und der zweiten Rückstellkraft ergibt sich in Figur 1 b in vertikaler Richtung.

Wird die Vorrichtung 1 in vertikaler Richtung in Figur 1 b zusammengedrückt, ergibt sich durch das Langloch 13 einen Längenausgleich in horizontaler Richtung in Figur 1 b, insbesondere wenn das erste Fixierungselement 7 als translatorisches Festlager ausgebildet ist.

Figur 2 zeigt in radialer Blickrichtung einen Ausschnitt eines Stators 16 mit der in Figur 1 beschriebenen Vorrichtung 1 in einer ersten Position. Richtungsangaben, wie beispielsweise radial und axial, beziehen sich auf den Stator und dessen Rotationsachse. Der Stator 16 umfasst neben mehreren Spuleneinrichtungen 2, die in axialer Richtung Wickelköpfe 17 ausbilden, einen Verschaltungsring 18. An dem Verschaltungsring befinden sich ein erster Dom 19 sowie ein zweiter Dom 20, durch welche das Fixieren der Vorrichtung 1 über das erste Fixierungselement 7 und das zweite Fixierungselement 10 realisiert ist.

Figur 3 zeigt den Ausschnitt des Stators 16 aus Figur 2 in einer zweiten Position. Der in dem zweiten Abschnitt 6 beinhaltete Temperatursensor 4 ist durch den Verschaltungsring 18 in definierter Position über die Rückstellkraft des ersten Abschnitts 5 und des vierten Abschnitts 9 auf den Wickelkopf 17 gedrückt. Aufgrund der federelastischen Eigenschaften des ersten Abschnitts 5 und des vierten Abschnitts 9 werden durch Fertigungstoleranzen oder thermische Ausdehnung resultierende unterschiedliche axiale Ausprägungen und ebenso Winkelfehler ausgeglichen und wird zudem ein Kontakt zwischen Temperatursensor 4 und Wickelkopf 17 sichergestellt. Vorteilhaf- terweise ist der beschrieben Ausgleich durch die Ausgestaltung der zweiten Fixierungselements 10 als Langloch 13 möglich.

Figur 4 zeigt mehrere Zwischenstände bei Verfahrensschritten zum Herstellen des Stators gemäß Figur 3.

In dem Verfahrensschritt in Figur 4a wird die Vorrichtung 1 derart zu dem Verschaltungsring 18 ausgerichtet, dass das erste Fixierungselement 7 zu dem ersten Dom 19 und das zweite Fixierungselement 10 zu dem zweiten Dom 20 ausgerichtet ist.

In dem Verfahrensschritt in Figur 4b wird der Verschaltungsring 18 auf den Stator aufgesteckt. Nach einem Heißverstemmen des ersten Doms 19 mit der als Loch ausgebildeten rotationssymmetrischen Aussparung 12, bilden diese ein translatorisches Festlager aus. Der zweite Dom 20 bildet zusammen mit dem Langloch 13 einen translatorischen Freiheitsgrad aus, der in der gezeigten Darstellung in tangentialer Richtung des Stators liegt.

In dem Verfahrensschritt in Figur 4c wird der Temperatursensor 4, der in vereinfachter Darstellung ohne Kabel 15 dargestellt ist, derart ausgerichtet, dass er in den zweiten Abschnitt 6 der Vorrichtung 1 einfügbar bzw. auf diesem anbringbar ist.

In dem Verfahrensschritt in Figur 4d wird der Temperartursensor 4 derart in den zweiten Abschnitt 6 eingefügt, dass der Verschaltungsring 18, die Vorrichtung 1 und der Temperatursensor 4 miteinander in Wirkzusammenhang stehen bezüglich einer Vorspannung, welche den Temperatursensor 4 auf den Wickelkopf drückt.

Für die Darstellung eines zueinander Ausrichtens von Verschaltungsring 18 mit durch die Vorrichtung 1 beinhaltetem Temperatursensor 4 und Spuleneinrichtungen 2 nebst Wickelköpfen 17 wird erneut auf die Figur 2 verwiesen. Zum Positionieren des Temperatursensors 4 wird der Verschaltungsring 18 derart in der axialen Richtung zu einer vorbestimmten Position bewegt, dass der Temperatursensors 4 gemäß Figur 3 auf den Wickelkopf 17 drückt. Obgleich die vorliegende Erfindung vorhergehend anhand einer Ausführungsform beschrieben worden ist, versteht es sich, dass verschiedene Ausgestaltungen und Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.

Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird ausdrücklich auf die Offenbarung der Zeichnung verwiesen.

Bezuqszeichenliste

Vorrichtung

Spuleneinrichtung elektrische Maschine

Temperatursensor erster Abschnitt zweiter Abschnitt erstes Fixierungselement dritter Abschnitt vierter Abschnitt zweites Fixierungselement fünfter Abschnitt rotationssymmetrische Aussparung

Langloch

Kabelführung

Kabel

Stator

Wickelkopf

Verschaltungsring erster Dom zweiter Dom