DE102016213866A1 - Arrangement for detecting the temperature of a stator winding of an electrical machine - Google Patents

Abstract

Es wird eine Anordnung (8) zur Temperaturerfassung einer Statorwicklung (27) einer elektrischen Maschine (36) beschrieben mit einem Temperatursensor (10), der eine im Wesentlichen eindimensionale Konfiguration ausbildet und der endseitig einen Sensorkopf (12) mit Anschlussleitern (16a, b) aufweist. Dabei greift der Sensorkopf (12) in einen zwischen zwei benachbarten Spulen (26) der Statorwicklung (27) gebildeten Zwischenraum (42) ein und befindet sich mit der Statorwicklung (27) im Wärmeübertragungskontakt. Die Spulen (26) sind aus seinem Wickeldraht (22) gewickelt und weisen auf deren zueinander zugewandten Oberflächen jeweils ein Flächenisolationselement (32, 34) auf. Es wird vorgeschlagen, den Temperatursensor (10) zwischen den Flächenisolationselementen (32, 34) der benachbarten Spulen (26) anzuordnen und zumindest in einem der zu dem Temperatursensor (10) benachbarten Flächenisolationselementen (34) eine Ausnehmung (34a) vorzusehen, in welche der Sensorkopf (12) eingreifen kann und sich in Anlagekontakt zu dem Wickeldraht (22) befindet.An arrangement (8) for temperature detection of a stator winding (27) of an electrical machine (36) is described with a temperature sensor (10) forming a substantially one-dimensional configuration and the end a sensor head (12) with connecting conductors (16a, b) having. The sensor head (12) engages in a gap (42) formed between two adjacent coils (26) of the stator winding (27) and is in heat transfer contact with the stator winding (27). The coils (26) are wound from its winding wire (22) and have on their mutually facing surfaces in each case a surface isolation element (32, 34). It is proposed to arrange the temperature sensor (10) between the surface isolation elements (32, 34) of the adjacent coils (26) and to provide a recess (34a) in at least one of the surface isolation elements (34) adjacent to the temperature sensor (10) into which the Sensor head (12) can engage and is in abutting contact with the winding wire (22).

Description

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. The invention relates to an arrangement for detecting the temperature of a stator winding of an electrical machine according to the preamble of the claim, as this example, with the DE 10 2013 201 834 A1 or the DE 10 2013 214 385 A1 has become known.

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. The invention is based on the mentioned prior art, the object to represent a generic arrangement for temperature detection with improved response and with increased accuracy of the temperature values.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird mittels einer Anordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst. The above object is achieved by means of an arrangement according to the features of the patent claim.

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. According to the invention, an arrangement for temperature detection of a stator winding of an electrical machine is proposed with a temperature sensor which forms a substantially one-dimensional configuration and the end has a sensor head with connecting conductors, wherein the sensor head engages in a gap formed between two adjacent coils of the stator winding and with the stator winding in the heat transfer contact. The coils are wound from its winding wire and have on their mutually facing surfaces in each case a surface insulation element, in particular an insulating paper or an insulating film on.

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. In this arrangement, it is provided to arrange the temperature sensor between the surface isolation elements of the adjacent coils and at least in one of the temperature sensor adjacent to the surface isolation elements a recess, in particular introduce a window at a predetermined position, in which engage the sensor head and thereby brought into abutting contact with the winding wire can be. The surface isolation member may be pre-folded for defined attachment to a stator coil in a predetermined manner.

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. In particular, a stator coil may be fabricated as a single tooth winding using one or two bobbins, the surface isolation element being received in a defined manner by the bobbins. In this way, the intended window can be used simultaneously for the predetermined positioning of the sensor head on a stator coil. Upon insertion of the temperature sensor, the sensor head may at least partially submerge when it reaches the window, so that it is thereby fixed within the window. The fixation can be enhanced by acting on the temperature sensor force across the window plane, for example, from a sensor carrier.

Durch das Einbringen eines solchen Fensters können die thermische Anbindung des Temperatursensors, die Messdynamik und dessen Positioniergenauigkeit verbessert werden. By introducing such a window, the thermal connection of the temperature sensor, the measurement dynamics and its positioning accuracy can be improved.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beispielhaft erläutert. The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen: Show it:

1 einen konfektionierten Temperatursensor mit einem Sensorkopf; 1 a prefabricated temperature sensor with a sensor head;

2 eine Darstellung eines Sensorabschnittes in einem Querschnitt; 2 a representation of a sensor section in a cross section;

3 eine mittels zwei Wickelkörpern konfektionierte Statorspule, deren Längsseiten jeweils von einem Flächenisolationselement umschlossen ist, wobei ein Ausschnitt zur Positionierung des Sensorkopfes vorgesehen ist; 3 a stator coil assembled by means of two winding bodies, the longitudinal sides of each of which is enclosed by a surface insulation element, wherein a cutout for positioning the sensor head is provided;

4 eine ausschnittweise laterale Schnittdarstellung eines Stators einer elektrischen Maschine mit einem zwischen zwei Statorspulen angeordneten Temperatursensor; 4 a fragmentary lateral sectional view of a stator of an electric machine with a temperature sensor arranged between two stator coils;

5 eine Seitenansicht der Anordnung von 4 mit dem in einem Ausschnitt eines Flächenisolationselements positionierten Sensorkopf. 5 a side view of the arrangement of 4 with the sensor head positioned in a section of a surface isolation element.

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. In 1 is a pre-assembled temperature sensor 10 shown a sensor head 12 with two connections 12a , B, in each case by means of a crimped connection to two mutually offset in the direction of extension connecting points 14a , b with insulated connecting conductors 16a , b are connected. The temperature sensor 10 is presently designed as an NTC or PTC resistor element, but this is irrelevant to the following explanations. The temperature sensor 10 further comprises an outer protective cover, in particular a plastic cover 18 , For example in the form of a shrink tube, the sensor head 12 completely and the connection conductors 16a , B at least on a part of the length surrounded, wherein the sensor head-side end portion of the plastic shell 18 is closed in this case, but this is not mandatory. It can be seen that the sensor 10 is formed about rod-shaped and substantially one-dimensional and as in 2 to see, in a lateral plane has a, deviating from a circular cross-section and non-uniform in the radial direction, approximately elliptical outer cross-section.

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. With the reference number 20 is a connection conductor alignment element referred to, in which the two connection conductors 16a , b are inserted and fixed there, leaving one on the free terminal ends of the connecting conductors 16a , b acting tensile stress not on the joints 14a , B can act and these are relieved of strain. In addition to the strain relief causes the connection conductor alignment element 20 also a change in position of the two connection conductors 16a , b. These occur at the terminal conductor alignment element 20 coming from a not shown here Verschaltungs- or connection point with a predetermined spatial entry position and experience within the terminal conductor alignment element 20 More specifically, by a guide structure introduced there, a change in position to an outlet position defined with respect to the entry position, with which the connection conductors 16a , b from the lead aligner 20 in the direction of the sensor head 12 escape.

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. With 3 is one of a winding wire 22 around two plastic bobbins 24a , b wound stator coil 26 a not shown here drawing electrical machine shown, the coil ends 26a , b together on the winding body 24b are fixed and after the arrangement on a stator for interconnection with other stator coils 26 ready to stand. The entirety of the stator coils 26 thus forms a stator winding 27 , It can be seen that the longitudinal sides of the stator coil 26 each of a surface isolation element 32 . 34 , in particular of an insulating paper or of an insulating film are enclosed in order to achieve on the one hand electrical insulation against a lying adjacent to the stator and at another potential coil and on the other hand an insulation against a stator lamination. On an outside of the coil 26 is a slot-shaped cutout 34a or a window in the surface isolation element 34 introduced, which or as shown in the following figures, the positioning of the sensor head 12 of the temperature sensor 10 serves.

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. The 4 and 5 show an arrangement 8th for temperature detection of a stator winding of an electrical machine. 4 shows a lateral sectional view of a section of a stator 40 an electric machine not shown in detail here with one between two stator coils 26 arranged temperature sensor 10 , The according to 3 prefabricated coils 26 are on the radially of a yoke 36 protruding teeth 38 an annular circular stator lamination 39 attached and secured there against slipping. In the present case, the teeth point 38 radially outward, whereby a total of a stator for an electric external rotor motor is formed. The teeth 38 however, may also point radially inward to form a stator for an internal rotor electric motor. In such an arrangement is in the circumferential direction between two stator coils 26 a gap 42 formed, which in the axial direction on the stator 40 extends over its entire length. The existing gap 42 is wedge-shaped and tapered radially inward.

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. Based on 4 and 5 it is recognizable that temperature sensor 10 with respect to the stator 40 axially into the gap 42 protrudes, wherein the shorter lateral extent of the sensor portion in the circumferential direction and the longer lateral extent is aligned in the radial direction. The temperature sensor 10 is present with the aid of a sensor holder 44 used on the stator ( 4 ), as this in the older German patent applications of the Applicant with official file number 10 2016 209 457.2 and 10 2016 209 459.9 and which are hereby incorporated into the disclosure of the present application. In 5 is the sensor holder 44 not shown.

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. The sensor head 12 is on the spool shown on the left 26 inside the recess 34a of the surface isolation element 34 positioned and stands there only with intermediate storage of the protective cover 18 in direct contact and heat transfer contact with the winding wire 22 a coil 26 , The sensor holder 44 serves to define a defined mounting position of the temperature sensor 10 and loads the sensor head 12 with an elastically pivotable section 44a in the circumferential direction or in the tangential direction of the stator 40 in the direction of the winding wire 22 , whereby there an efficient system of the sensor head 12 is possible. In the illustrated arrangement is only in the surface isolation element 34 the left coil 26 a window 34a intended. Alternatively, the temperature sensor 10 also self-supporting, that is without a sensor holder 44 in the gap 42 be set and possibly also with two adjacent coils 26 are in heat transfer contact, including on both adjacent coils 26 each recesses in their adjacent surface isolation elements 32 . 34 can be trained.

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. The fixation of the temperature sensor 10 and the sensor holder 44 can on the stator 40 or take place on a position-fixed component, as this example, in the DE 10 2013 214 385 A1 or the DE 10 2013 201 834 A1 is disclosed.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

8 8th

Anordnung zur Temperaturerfassung Arrangement for temperature detection

10 10

Temperatursensor temperature sensor

12 12

Sensorkopf sensor head

12a, b 12a, b

Anschluss connection

14a, b 14a, b

Verbindungsstelle junction

16a, b 16a, b

Anschlussleiter connecting conductors

18 18

Schutzhülle cover

20 20

Anschlussleiter-Ausrichtelement Connection wire alignment

22 22

Wickeldraht winding wire

24a, b 24a, b

Wickelkörper bobbin

26 26

Statorspule stator

27 27

Statorwicklung stator

26a, b 26a, b

Spulenenden coil ends

32, 34 32, 34

Flächenisolationselement Surface insulation element

34a 34a

Ausschnitt neckline

36 36

Joch yoke

38 38

Zahn tooth

39 39

Statorblechpaket stator lamination

40 40

Stator stator

42 42

Zwischenraum gap

44 44

Sensorhalter sensor holder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102013201834 A1 [0001, 0021] DE 102013201834 A1 [0001, 0021]
• DE 102013214385 A1 [0001, 0021] DE 102013214385 A1 [0001, 0021]
• DE 102016209457 [0019] DE 102016209457 [0019]
• DE 102016209459 [0019] DE 102016209459 [0019]

Claims (1)

Anordnung (8) zur Temperaturerfassung einer Statorwicklung (27) einer elektrischen Maschine mit – einem Temperatursensor (10), der eine im Wesentlichen eindimensionale Konfiguration ausbildet und der endseitig einen Sensorkopf (12) mit Anschlussleitern (16a, b) aufweist, wobei – der Sensorkopf (12) in einen zwischen zwei benachbarten Spulen (26) der Statorwicklung (27) gebildeten Zwischenraum (42) eingreift und sich mit der Statorwicklung (27) im Wärmeübertragungskontakt befindet, wobei – die Spulen (26) aus seinem Wickeldraht (22) gewickelt sind und auf deren zueinander zugewandten Oberflächen jeweils ein Flächenisolationselement (32, 34) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (10) zwischen den Flächenisolationselementen (32, 34) der benachbarten Spulen (26) angeordnet ist und dass zumindest eines der zu dem Temperatursensor (10) benachbarten Flächenisolationselemente (34) eine Ausnehmung (34a) aufweist, in welche der Sensorkopf (12) eingreift und sich in Anlagekontakt zu dem Wickeldraht (22) befindet. Arrangement ( 8th ) for the temperature detection of a stator winding ( 27 ) an electrical machine with - a temperature sensor ( 10 ), which forms a substantially one-dimensional configuration and the end a sensor head ( 12 ) with connection conductors ( 16a , b), wherein - the sensor head ( 12 ) into one between two adjacent coils ( 26 ) of the stator winding ( 27 ) formed intermediate space ( 42 ) and engaging with the stator winding ( 27 ) is in the heat transfer contact, wherein - the coils ( 26 ) from its winding wire ( 22 ) are wound and on whose mutually facing surfaces in each case a surface isolation element ( 32 . 34 ), characterized in that the temperature sensor ( 10 ) between the surface isolation elements ( 32 . 34 ) of the adjacent coils ( 26 ) is arranged and that at least one of the temperature sensor ( 10 ) adjacent surface isolation elements ( 34 ) a recess ( 34a ) into which the sensor head ( 12 ) and in abutting contact with the winding wire ( 22 ) is located.

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