CN106979826B

CN106979826B - 传感器模块，电机，功率电子设备和车辆

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Publication number: CN106979826B
Application number: CN201611180939.6A
Authority: CN
Inventors: 马塞尔·施温格尔
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2036-12-19
Also published as: CN106979826A; DE102016200454A1

Abstract

本发明涉及一种传感器模块，尤其用于电机或功率电子设备的温度测量，传感器模块具有至少一个测量值发生器。本发明涉及一种电机，具有：定子；能旋转地支承在定子中的转子；至少一个电绕组，相应地布置在定子中；至少一个这种传感器模块。本发明涉及一种功率电子设备，具有至少一个半导体开关和至少一个这种传感器模块。本发明涉及一种车辆，尤其是电动或混合动力车辆或电动或者混合动力汽车，具有这种电机和/或这种功率电子设备，控制和/或调节单元，将电机或者功率电子设备与控制和/或调节单元电连接的电缆束。为了通过在这种传感器模块中的测量值发生器可靠地检测物理参数提出，传感器模块具有至少一个用于减低干扰信号的去干扰部件。

Description

传感器模块，电机，功率电子设备和车辆

技术领域

本发明涉及一种传感器模块，尤其用于电机或者功率电子设备的温度测量，其中，传感器模块具有至少一个测量值发生器。

此外，本发明还涉及一种具有至少一个这种传感器模块的电机。

本发明还涉及一种具有至少一个这种传感器模块的功率电子设备。

最后，本发明涉及一种车辆，尤其是电动或者混合动力车辆或者电动或者混合动力汽车，其具有这种电机和/或这种功率电子设备，控制和/或调节单元，以及电缆束，通过电缆束将电机或者功率电子设备与控制和/或调节单元电连接。

背景技术

这种传感器模块用于需要检测测量值的多类应用中。

由US 4 669 049A公开了一种温度测量设备。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺陷并且通过在前文所述的传感器模块中的测量值发生器可靠地对物理参数进行检测。此外，本发明的目的在于设计一种电机，功率电子设备以及具有可靠的传感器模块的车辆。

该目的在前文所述的传感器模块的情况中由此实现，即传感器模块具有至少一个用于降低干扰信号的去干扰部件。

此外该目的在前文所述的电机的情况中由此实现，即电机具有至少一个这种传感器模块。

另外，该目的在前文所述的功率电子设备的情况中由此实现，即该功率电子设备具有至少一个这种传感器模块。

最好，该目的在前文所述的车辆的情况中由此实现，即该车辆具有这种电机和/或这种功率电子设备。

所提出的传感器模块具有至少一个测量值发生器，其尤其用于测定至少一个物理参数。例如，借助相应的测量值发生器能够输出电压或者电压降或者电流，电压或者电压降或者电流能够推导出待测量的物理参数。

此外，提出的传感器模块具有至少一个去干扰部件，其适合并且设置用于降低干扰信号。尤其是干扰信号能够由高频电场，但是也能够由高频磁场引发，高频电场或高频磁场对相应的测量值发生器产生影响，尤其是通过静电(stillstrom)对相应的测量值发生器产生影响。在此，干扰信号会损害测量值发生器的精度或者可靠度。相应的是，如下地设计相应的去干扰部件，从而降低干扰信号并进而减小所基于的尤其是电场或者磁场的影响。

尤其是利用提出的传感器模块能够相对于至今为止使用的传感器实现以下优点。在常规的传感器中，耦合到传感器、例如温度传感器的电路线上的干扰电流会导致传感器或者温度探测器的变热。因此在常规的传感器的情况中不能测量出传感器周边的真实温度，而是测量到经过上级的评估电路的有偏差的温度。

在常规的传感器的情况中至今为止通过屏蔽电缆束来减少或者消除在传感器或者温度探测器上的干扰耦合。因为该效果取决于干扰频率并且不是宽带地实现，因此部分地调整了或者提高了对于系统中的温度变化的允许偏差。

相反，在提出的传感器模块中，尤其能够实现这样的优点，即提高了测量的测量精度和可靠度，即能够放弃对电缆束的屏蔽并且能够放弃不调整或者提高例如温度变化的允许偏差。

通过在相应的测量值发生器或者在温度探测器的附近引入相应的去干扰部件，例如电容器，干扰电流经过相应的电容器流动并且减少对相应的测量探测器的加热。去干扰部件的选择和尺寸设定、例如电容值在此优选地匹配于系统要求或者应用领域。

出于成本的原因和重量降低的原因，机动车制造商首先努力地避免使用屏蔽的线路或者减少其数量。由此提高了干扰电流耦合到电缆束中并且因此检测到有错误的温度的风险。视偏差的程度而定，有错误的温度会导致系统性能降低或者舒适度降低直至在全运行中导致驱动装置关闭，这体现出了安全方面的风险。通过使用提出的传感器模块降低了附加的安全措施、例如像屏蔽件的必要性，提出的传感器模块具有以相应的测量值发生器形式存在的至少一个干扰不敏感的传感器。因此在降低外部措施、如屏蔽件的成本时同时提升了稳固性。然而，如果电缆系如之前被屏蔽地设计，那么在这种现有的具有电缆系的屏蔽的系统中使用这种抗干扰的测量值发生器、尤其是温度传感器则在屏蔽由于老化，腐蚀等等而退化时提高了安全性。

尤其是，提出的传感器模块设计成单独的结构单元或者组件，其尤其能够在制造提出的电机或者提出的功率电子设备时作为结构单元或者组件被装入。传感器模块的这种设计允许其在剩余的电机或者剩余的提出的功率电子设备中或者处尽可能近地定位或者安装在以下的位置中，在该位置处应该对物理参数进行检测。通过立刻在传感器模块中借助相应的去干扰部件执行去干扰，达到了精确和可靠的测量值检测，因为一方面传感器模块能尽可能靠近用于测量的理想位置安装并且另一方面已经在该理想位置处执行了去干扰。

提出的传感器模块优选地设计用于温度检测，其中，也提出了用于检测例如是亮度的其他物理参数或者光学信号、湿度、压力、电场或者磁场等等的设计方案。

提出的电机例如可以设计成电动机或者发电机。

提出的功率电子设备尤其可以设计成整流器，逆变器或者变流器。

提出的车辆具有控制和/或调节单元，其通过电缆束与提出的电机和/或提出的功率电子设备电连接。因此，相应的传感器模块还通过电缆束与控制和/或调节单元电连接。控制和/或调节单元例如能够设计成微控制器，处理器(CPU)或者类似物并且尤其控制和/或调节电机、功率电子设备和/或提出的车辆。优选的是，提出的车辆的电机用于行驶驱动并且借助设计成变流器的功率电子设备供应对于行驶驱动来说必要的电功率。

在本发明的优选的设计方案中，传感器模块具有模块壳体，其中相应的测量值发生器和相应的去干扰部件由模块壳体至少部分地包围。

优选的是，当从用于传感器模块的接口的开口看时，模块壳体大部分地或者全部地包围相应的测量值发生器和相应的去干扰部件。

通过传感器模块包括模块壳体，传感器模块获得这样的结构设计，即其与电子技术的部件，如电阻，继电器，电容，线圈，二极管，晶体管和类似物相对应。因此传感器模块作为这样的组件存在，其能够与制造提出的电机或者提出的功率电子设备时的其他电子技术组件类似地被加工、装配等等。

优选的是，模块壳体对于待检测的物理参数来说是足够穿透的。如果物理参数例如是亮度，那么模块壳体因此就具有对于待检测的光学信号来说透明的材料。

在本发明的另外优选的设计方案中，模块壳体在此具有导热能力为至少0.2W/m*K的材料。

优选地应用以下类型的材料，即传感器模块设计用于检测温度。作为材料尤其使用塑料，例如聚对苯二酸乙二醇酯(PET)，聚丙烯(PP)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，有机玻璃)，聚乙烯(PE)或者上述的混合物。

尤其是，也可以使用导热能力为至少80W/m*K的材料，为此例如可以使用铁，钢，铝，一些另外的金属或者金属合金。

在本发明的另外优选的设计方案中，模块壳体在此具有至少一个壳体开口，其中，相应的测量值发生器从模块壳体的内部至少伸入到相应的壳体开口中。

相应的测量值发生器至少部分地布置在相应的壳体开口中。因此，相应的测量值发生器能够完全地布置在相应的壳体开口中，或者相应的测量值发生器能够部分地布置在模块壳体的内部并且部分地布置在相应的壳体开口中。传感器模块的这种类型的设计方案实现了物理参数的精确测定，尤其是当相应的测量值发生器应该尽可能地与另外的要被检测物理参数的组件直接接触时。在检测作为物理参数的亮度时，传感器模块的这种类型的设计方案也提供了优点。

在可替换的设计方案中，其尤其能够在检测作为物理参数的亮度或者光学信号时被使用，也可以提出，即相应的测量值发生器完全布置在模块壳体的内部并且在此从外看布置在相应的壳体开口的后面。

在本发明的另一个有利的设计方案中，传感器模块具有输入接触件和输出接触件，其中，相应的测量值发生器和相应的去干扰部件以相应的并联电路布置，其中，相应的并联电路一方面与输入接触件电连接并且另一方面与输出接触件电连接。

通过相应的测量值发生器和相应的去干扰部件以相应的并联电路布置，提供了相对简单的传感器模块。相应的并联电路在此一方面与输入接触件并且另一方面与输出接触件电连接。

在本发明的另一个有利的设计方案中，输入接触件和输出接触件在此分别设计成没有屏蔽的电缆。

因为在提出的传感器模块的情况中，去干扰已经在传感器模块中现场执行，因此可以放弃用于输入接触件和输出接触件的屏蔽的电缆。因此为输入接触件和输出接触件可以使用相应的无屏蔽的电缆，这节省了成本并降低了复杂性。

在本发明的另一个有利的设计方案中，相应的测量值发生器设计成温度传感器。

温度传感器例如可以具有热导体(NTC)，冷导体(PTC)，热电偶或者类似物或者设计成这些部件。

在本发明的另一个有利的设计方案中，相应的去干扰部件设计成电容器，借助电容器能够优选在50kHz至500MHz的频率范围中实现去干扰。

给出的频率范围的干扰信号例如能够在混合动力车辆中通过用于燃油喷射的压电部件产生。如上所述，干扰信号会导致测量值发生器的变热，这通过干扰电流产生，其中，测量值发生器的变热会导致相对于待测量的物理参数的错误的测量值。

通过使用具有合适的电容值的电容器作为相应的去干扰部件，能够足够地降低干扰信号，由此确保了对待检测的物理参数的精确和可靠的测量。这由此实现，即相应的测量值发生器对于相应的干扰信号是不敏感的。因此能够放弃用于将传感器模块与上级的控制和/调节单元电连接的电缆的特别的设计方案或者布线。因此例如可以放弃对所述电缆的屏蔽。

例如，相应的电容器在此可以具有100nF量级的电容。

因此，相应的电容器尤其具有在50nF至500nF的范围中的电容，由此在多种应用中能够实现充分降低干扰信号。

在本发明的另外优选的设计方案中，电机具有定子和能旋转地支承在定子中的转子以及至少一个电绕组，其相应地布置在定子中，其中相应的传感器模块与电绕组热接触。

相应的传感器模块与电绕组的热接触例如可以由此实现，即相应的传感器模块抵靠在相应的电绕组上。有利的是，相应的传感器模块被置入到电绕组中，由此尤其能够尽可能精确地检测相应的绕组的温度。尤其是，相应的传感器模块能够布置在定子的绕组头的区域中或者定子的轴向中央的区域中。

在本发明的另外优选的设计方案中，功率电子设备具有半导体开关，其中，相应的传感器模块与相应的半导体开关接触。

为了确保在相应的传感器模块和相应的半导体开关之间的热接触，相应的传感器模块例如抵靠在相应的半导体开关上，由此尤其能够尽可能精确地检测相应的半导体开关的温度。例如可以使用晶体管，诸如IGBTs或者FETs作为半导体开关。二极管，三极管和半导体继电器和类似物也可以用作为半导体开关。

在本发明的另外优选的设计方案中，电缆束的用于使得相应的传感器模块与控制和/或调节单元电连接的部分具有没有屏蔽的电缆。

如上所述，通过提出的传感器模块，在传感器模块中已经现场执行相应测量值的去干扰，这通过传感器模块具有相应的去干扰部件实现。因此，电缆束的使得相应的传感器模块与控制和/或调节单元电连接的部分可以放弃具有屏蔽的电缆。相应地，所述电缆设计成无屏蔽的电缆，由此能够节省成本并且能够降低复杂性。

附图说明

接下来根据在附图中示出的实施例进一步地本发明进行说明和描述。图中示出：

图1-3是提出的传感器模块的第一至三实施例，

图4是提出的电机的一个实施例，

图5是提出的功率电子设备的一个实施例，以及

图6是提出的车辆的一个实施例。

具体实施方式

图1示出了提出的传感器模块1的第一实施例，其中示出了示意图。

传感器模块1具有测量值发生器2以及去干扰部件3，用于减少干扰信号。

图2示出了提出的传感器模块1的第二实施例。

传感器模块1具有测量值发生器2以及用于减少干扰信号的去干扰部件3。此外，传感器模块1具有模块壳体4，其中，测量值发生器2和去干扰部件3实际由模块壳体4完全包围。模块壳体4具有壳体开口5，其中，测量值发生器2从模块壳体4的内部部分地伸入到壳体开口5中。

模块壳体4尤其具有导热能力为至少0.2W/m*K，优选为至少80W/m*K的的材料。

图3示出了提出的传感器模块1的第三实施例。

传感器模块1具有测量值发生器2以及用于减少干扰信号的去干扰部件3。测量值发生器2和去干扰部件3在此以并联电路8布置，并联电路一方面与传感器模块1的输入接触件6电连接并且另一方面与输出接触件7电连接。在此，相应的无屏蔽的电缆9作为输入接触件和输出接触件7使用。

根据第一至第三实施例的传感器模块1优选地用于对电机或者功率电子设备进行温度测量。为此，测量值发生器2优选地设计成温度传感器。去干扰部件3尤其可以设计成电容器，借助其能够优选在50kHz至500MHz的频率范围中实现去干扰。例如，电容器能够为此具有在100nF量级中的电容值。

图4示出了提出的电机10的一个实施例，其中示出了沿着机器轴线22的纵向剖面。

电机10具有定子12和转子13。转子13布置在定子12的内部并且通过轴20借助于轴承21能旋转地支承在电机10的机器壳体19中。定子具有电绕组14，其中提出的传感器模块1抵靠在电绕组14上。

图5示出了提出的功率电子设备11的一个实施例，其中示出了示意图。

功率电子设备11具有半导体开关15和提出的传感器模块1，其抵靠在半导体开关15上。

图6示出了提出的车辆16的一个实施例，其例如能够设计成电动或混合动力车辆。

车辆16具有提出的电机10，控制和/或调节单元17以及电缆束18，通过电缆束将电机10与控制和/或调节单元电连接。电机10具有提出的传感器模块1，其中电缆束18的使得传感器模块1与控制和/或调节单元17电连接的部分具有没有屏蔽的电缆9。

可替换地或者附加于提出的电机10，车辆16可以具有提出的功率电子设备，其与电机10类似地通过电缆束8与控制和/或调节单元17电连接。在此电缆束18的使得功率电子设备的传感器模块1与控制和/或调节单元17电连接的部分具有没有屏蔽的电缆9。

综上，本发明涉及一种传感器模块，尤其用于电机或者功率电子设备的温度测量，其中，传感器模块具有至少一个测量值发生器。此外，本发明还涉及一种电机，具有：定子；和能旋转地支承在定子中的转子；至少一个电绕组，其相应地布置在定子中；以及至少一个这种传感器模块。此外本发明还涉及一种功率电子设备，具有至少一个半导体开关和至少一个这种传感器模块。最后，本发明涉及一种车辆，尤其是电动或者混合动力车辆或者电动或者混合动力汽车，具有：这种电机和/或这种功率电子设备，控制和/或调节单元，以及电缆束，借助电缆将电机或者功率电子设备与控制和/或调节单元电连接。

为了通过前文所述的传感器模块中的测量值发生器可靠地检测物理参数而提出，传感器模块具有至少一个用于减低干扰信号的去干扰部件。此外提出，电机具有至少一个这种传感器模块，其中相应的传感器模块抵靠在相应的电绕组上。此外提出，功率电子设备具有至少一个这种传感器模块，其中相应的传感器模块抵靠在相应的半导体开关上。最后提出，车辆具有这种电机和/或这种功率电子设备。

Claims

1.一种车辆(16)，所述车辆具有：电机(10)，所述电机具有传感器模块(1)；和/或功率电子设备(11)，所述功率电子设备具有传感器模块(1)；控制和/或调节单元(17)；以及电缆束(18)，所述电机(10)或所述功率电子设备(11 )借助所述电缆束与所述控制和/或调节单元(17)电连接，其中，所述传感器模块(1)具有至少一个测量值发生器(2)，其特征在于，所述传感器模块(1)具有至少一个用于减少干扰信号的去干扰部件(3)，其中，所述干扰信号损害所述测量值发生器(2)的精度或者可靠度，其中，所述传感器模块(1)具有输入接触件(6)和输出接触件(7)，其中，相应的所述测量值发生器(2)和相应的所述去干扰部件(3)以相应的并联电路(8)布置，其中，相应的所述并联电路(8)一方面与所述输入接触件(6)电连接并且另一方面与所述输出接触件(7)电连接，所述电缆束(18)的使得相应的所述传感器模块(1)与所述控制和/或调节单元(17)电连接的部分具有没有屏蔽的电缆(9)。

2.根据权利要求1所述的车辆(16)，其中，所述传感器模块(1)具有模块壳体(4)，其中相应的所述测量值发生器(2)和相应的所述去干扰部件(3)由所述模块壳体(4)至少部分地包围。

3.根据权利要求2所述的车辆(16)，其中，所述模块壳体(4)具有导热能力为至少0.2W/m*K的材料。

4.根据权利要求2或3所述的车辆(16)，其中，所述模块壳体(4)具有至少一个壳体开口(5)，其中，相应的所述测量值发生器(2)从所述模块壳体(4)的内部至少伸入到相应的所述壳体开口(5)中。

5.根据权利要求1中所述的车辆(16)，其中，所述输入接触件(6)和所述输出接触件(7)分别设计成没有屏蔽的电缆(9)。

6.根据权利要求1所述的车辆(16)，其中，相应的所述测量值发生器(2)设计成温度传感器。

7.根据权利要求1所述的车辆(16)，其中，相应的所述去干扰部件(3)设计成电容器，借助所述电容器能够在50kHz至500MHz的频率范围中实现去干扰。

8.根据权利要求7所述的车辆(16)，其中，相应的所述电容器具有100nF量级的电容。

9.根据权利要求1所述的车辆(16)，其中，所述传感器模块用于对电机(10 )或者功率电子设备(11)进行温度测量。

10.根据权利要求1所述的车辆(16)，所述电机(10)具有：定子(12)和能旋转地支承在所述定子(12)中的转子(13)；至少一个电绕组(14)，所述电绕组相应地布置在所述定子(12)中，以及其中，相应的所述传感器模块(1)与相应的所述电绕组(14)热接触。

11.根据权利要求1所述的车辆(16)，所述功率电子设备(11)具有至少一个半导体开关(15)，其中，相应的所述传感器模块(1)与相应的所述半导体开关(15)热接触。

12.根据权利要求1所述的车辆(16)，其中，所述车辆是电动或者混合动力车辆。