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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Temperaturerfassung einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs, wie diese beispielsweise mit der
DE 10 2013 201 834 A1 oder der
DE 10 2013 214 385 A1 bekannt geworden ist.
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Der Erfindung liegt von dem genannten Stand der Technik ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anordnung zur Temperaturerfassung mit einem verbesserten Ansprechverhalten und mit einer erhöhten Genauigkeit der Temperaturwerte darzustellen.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird mittels einer Anordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst.
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Gemäß der Erfindung wird eine Anordnung zur Temperaturerfassung einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine vorgeschlagen mit einem Temperatursensor, der eine im Wesentlichen eindimensionale Konfiguration ausbildet und der endseitig einen Sensorkopf mit Anschlussleitern aufweist, wobei der Sensorkopf in einen zwischen zwei benachbarten Spulen der Statorwicklung gebildeten Zwischenraum eingreift und sich mit der Statorwicklung im Wärmeübertragungskontakt befindet. Die Spulen sind aus seinem Wickeldraht gewickelt und weisen auf deren zueinander zugewandten Oberflächen jeweils ein Flächenisolationselement, insbesondere ein Isolationspapier oder eine Isolationsfolie, auf.
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Bei dieser Anordnung ist vorgesehen, den Temperatursensor zwischen den Flächenisolationselementen der benachbarten Spulen anzuordnen und zumindest in einem der zu dem Temperatursensor benachbarten Flächenisolationselemente eine Ausnehmung, insbesondere ein Fenster an einer vorbestimmten Position einzubringen, in welche der Sensorkopf eingreifen und dadurch in Anlagekontakt zu dem Wickeldraht gebracht werden kann. Das Flächenisolationselement kann zur definierten Anbringung an einer Statorspule in einer vorbestimmten Weise vorgefalzt werden.
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Eine Statorspule kann insbesondere als eine Einzelzahnwicklung unter Verwendung von einem oder zwei Wickelkörpern hergestellt sein, wobei das Flächenisolationselement in einer definierten Art und Weise von den Wickelkörpern aufgenommen wird. Auf diese Weise kann das vorgesehene Fenster gleichzeitig zur vorbestimmten Positionierung des Sensorkopfes an einer Statorspule genutzt werden. Beim Einführen des Temperatursensors kann der Sensorkopf bei Erreichen des Fensters in dieses zumindest teilweise eintauchen, so dass dieser dadurch innerhalb des Fensters fixiert ist. Die Fixierung kann durch eine auf den Temperatursensor einwirkende Kraft quer zur Fensterebene, zum Beispiel von einem Sensorträger, verstärkt werden.
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Durch das Einbringen eines solchen Fensters können die thermische Anbindung des Temperatursensors, die Messdynamik und dessen Positioniergenauigkeit verbessert werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen konfektionierten Temperatursensor mit einem Sensorkopf;
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2 eine Darstellung eines Sensorabschnittes in einem Querschnitt;
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3 eine mittels zwei Wickelkörpern konfektionierte Statorspule, deren Längsseiten jeweils von einem Flächenisolationselement umschlossen ist, wobei ein Ausschnitt zur Positionierung des Sensorkopfes vorgesehen ist;
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4 eine ausschnittweise laterale Schnittdarstellung eines Stators einer elektrischen Maschine mit einem zwischen zwei Statorspulen angeordneten Temperatursensor;
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5 eine Seitenansicht der Anordnung von 4 mit dem in einem Ausschnitt eines Flächenisolationselements positionierten Sensorkopf.
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In 1 ist ein bereits konfektionierter Temperatursensor 10 dargestellt, der einen Sensorkopf 12 mit zwei Anschlüssen 12a, b umfasst, die jeweils mittels einer Crimpverbindung an zwei gegenseitig in der Erstreckungsrichtung zueinander versetzten Verbindungsstellen 14a, b mit isolierten Anschlussleitern 16a, b verbunden sind. Der Temperatursensor 10 ist vorliegend als ein NTC- oder PTC-Widerstandselement ausgebildet, was jedoch für die nachfolgenden Erläuterungen unbeachtlich ist. Der Temperatursensor 10 umfasst weiter eine äußere Schutzhülle, insbesondere eine Kunststoffhülle 18, beispielsweise in Form eines Schrumpfschlauches, die den Sensorkopf 12 vollständig und die Anschlussleiter 16a, b zumindest auf einem Teil der Länge umgeben, wobei der sensorkopfseitige Endabschnitt der Kunststoffhülle 18 in diesem Fall verschlossen ist, was jedoch nicht zwingend ist. Es erkennbar, dass der Sensor 10 etwa stabförmig und im Wesentlichen eindimensional ausgebildet ist und wie in 2 zu sehen, in einer Lateralebene einen, von einem Kreisquerschnitt abweichenden und in Radialrichtung ungleichförmigen, etwa elliptischen äußeren Querschnitt aufweist.
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Mit der Bezugsziffer 20 ist ein Anschlussleiter-Ausrichtelement bezeichnet, in welches die beiden Anschlussleiter 16a, b eingelegt und dort festgelegt sind, so dass eine auf die freien Anschlussenden der Anschlussleiter 16a, b einwirkende Zugbelastung nicht auf die Verbindungsstellen 14a, b wirken kann und diese dadurch zugentlastet sind. Neben der Zugentlastung bewirkt das Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 auch eine Lageänderung der beiden Anschlussleiter 16a, b. Diese treten an dem Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 von einem hier nicht gezeigten Verschaltungs- oder Anschlusspunkt kommend mit einer vorbestimmten räumlichen Eintrittslage ein und erfahren innerhalb des Anschlussleiter-Ausrichtelements 20, genauer durch eine dort eingebrachte Führungsstruktur eine Lageänderung zu einer gegenüber der Eintrittslage definierten Austrittslage hin, mit welcher die Anschlussleiter 16a, b aus dem Anschlussleiter-Ausrichtelement 20 in Richtung des Sensorkopfes 12 austreten.
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Mit 3 ist eine aus einem Wickeldraht 22 um zwei Kunststoff-Wickelkörper 24a, b gewickelte Statorspule 26 einer hier nicht weiter zeichnerisch gezeigten elektrischen Maschine dargestellt, wobei deren Spulenenden 26a, b gemeinsam an dem Wickelkörper 24b festgelegt sind und nach der Anordnung an einem Stator zur Verschaltung mit weiteren Statorspulen 26 bereit stehen. Die Gesamtheit der der Statorspulen 26 bildet somit eine Statorwicklung 27. Es ist erkennbar, dass die Längsseiten der Statorspule 26 jeweils von einem Flächenisolationselement 32, 34, insbesondere von einem Isolationspapier oder von einer Isolationsfolie umschlossen sind, um einerseits eine elektrische Isolation gegenüber einer am Stator benachbarten und auf einem anderen Potential liegenden Spule und andererseits eine Isolation gegenüber einem Statorblechpaket zu erzielen. An einer Außenseite der Spule 26 ist ein langlochförmiger Ausschnitt 34a bzw. ein Fenster in das Flächenisolationselement 34 eingebracht, welcher bzw. welches wie in den nachfolgenden Figuren dargestellt, der Positionierung des Sensorkopfes 12 des Temperatursensors 10 dient.
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Die 4 und 5 zeigen eine Anordnung 8 zur Temperaturerfassung einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine. 4 zeigt eine laterale Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines Stators 40 einer hier nicht im Detail dargestellten elektrischen Maschine mit einem zwischen zwei Statorspulen 26 angeordneten Temperatursensor 10. Die gemäß 3 vorgefertigten Spulen 26 sind dazu auf die radial von einem Joch 36 abstehenden Zähne 38 eines ringkreisförmigen Statorblechpakets 39 aufgesteckt und dort gegen Verrutschen gesichert. Im vorliegenden Fall weisen die Zähne 38 nach radial außen, wodurch insgesamt ein Stator für einen elektrischen Außenläufermotor gebildet wird. Die Zähne 38 können jedoch zur Bildung eines Stators für einen elektrischen Innenläufermotor ebenso nach radial innen zeigen. Bei einer solchen Anordnung ist in Umfangsrichtung zwischen zwei Statorspulen 26 ein Zwischenraum 42 ausgebildet, welcher sich in axialer Richtung am Stator 40 über dessen gesamte Länge erstreckt. Der existierende Zwischenraum 42 ist dabei keilförmig und nach radial innen verjüngend ausgebildet.
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Anhand der
4 und
5 ist erkennbar, dass Temperatursensor
10 bezüglich des Stators
40 axial in den Zwischenraum
42 hineinragt, wobei die kürzere Lateralausdehnung des Sensorabschnitts in Umfangsrichtung und die längere Lateralausdehnung in Radialrichtung ausgerichtet ist. Der Temperatursensor
10 ist vorliegend unter Zuhilfenahme eines Sensorhalters
44 am Stator eingesetzt (
4), wie dieser in den älteren deutschen Patentanmeldungen der Anmelderin mit amtlichen Aktenzeichen
10 2016 209 457.2 und
10 2016 209 459.9 beschrieben ist und welche hiermit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen werden. In
5 ist der Sensorhalter
44 nicht dargestellt.
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Der Sensorkopf 12 ist an der links dargestellten Spule 26 innerhalb der Aussparung 34a des Flächenisolationselements 34 positioniert und steht dort lediglich unter Zwischenlagerung der Schutzhülle 18 im direkten Anlage- und Wärmeübertragungskontakt zu dem Wickeldraht 22 einer Spule 26. Der Sensorhalter 44 dient der Festlegung einer definierten Einbaulage des Temperatursensors 10 und belastet den Sensorkopf 12 mit einem elastisch verschwenkbaren Abschnitt 44a in Umfangsrichtung bzw. in tangentialer Richtung des Stators 40 in Richtung des Wickeldrahts 22, womit dort eine effiziente Anlage des Sensorkopfes 12 ermöglicht wird. Bei der erläuterten Anordnung ist lediglich im Flächenisolationselement 34 der linken Spule 26 ein Fenster 34a vorgesehen. Alternativ kann der Temperatursensor 10 auch freitragend, das heißt ohne einen Sensorhalter 44 in dem Zwischenraum 42 festgelegt werden und dabei auch gegebenenfalls mit beiden benachbarten Spulen 26 in Wärmeübergangskontakt stehen, wozu auch an beiden benachbarten Spulen 26 jeweils Ausnehmungen in deren zueinander benachbarten Flächenisolationselementen 32, 34 ausgebildet sein können.
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Die Fixierung des Temperatursensors
10 und des Sensorhalters
44 kann am Stator
40 oder an einem dazu lagefesten Bauteil erfolgen, wie dieses beispielsweise in der
DE 10 2013 214 385 A1 oder der
DE 10 2013 201 834 A1 offenbart ist.
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Bezugszeichenliste
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- 8
- Anordnung zur Temperaturerfassung
- 10
- Temperatursensor
- 12
- Sensorkopf
- 12a, b
- Anschluss
- 14a, b
- Verbindungsstelle
- 16a, b
- Anschlussleiter
- 18
- Schutzhülle
- 20
- Anschlussleiter-Ausrichtelement
- 22
- Wickeldraht
- 24a, b
- Wickelkörper
- 26
- Statorspule
- 27
- Statorwicklung
- 26a, b
- Spulenenden
- 32, 34
- Flächenisolationselement
- 34a
- Ausschnitt
- 36
- Joch
- 38
- Zahn
- 39
- Statorblechpaket
- 40
- Stator
- 42
- Zwischenraum
- 44
- Sensorhalter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013201834 A1 [0001, 0021]
- DE 102013214385 A1 [0001, 0021]
- DE 102016209457 [0019]
- DE 102016209459 [0019]
