CN109283376A - 具有至少一个待冷却的部件的电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电子装置，具有至少一个待冷却的部件(2)、用于冷却所述至少一个待冷却的部件(2)的冷却元件(4)、至少一条导线(7)和用于检测流过相应导线(7)的电流的电流强度的电流传感器(9)，其中，冷却元件(4)具有开口(10)，电流传感器(9)接合在该开口中或电流传感器(9)布置在该开口中。

Description

具有至少一个待冷却的部件的电子装置
技术领域
本发明涉及一种电子装置，该电子装置具有至少一个待冷却的部件、用于冷却该待冷却的部件的冷却元件、至少一个导线和用于检测流过导线的电流的电流强度的电流传感器。本发明还涉及一种机动车。
背景技术
在多种使用情况中要求，监控输送给电子装置的电流或由电子装置提供的电流。例如在机动车中的牵引逆变器中通常要监控和调节所提供的功率或电流强度。为此可以使用交变电流传感器。例如可以使用霍尔传感器作为交变电流传感器。为了在尽可能简单接线的情况下实现高的灵敏度，可以使用开环霍尔传感器装置，该开环霍尔传感器装置具有磁通集中器(Flusskonzentrator)、例如由软铁制成的围绕导线引导的环。在开环霍尔传感器装置中直接检测霍尔电压。
其中问题是，相应的霍尔传感器构造得相对较大。霍尔传感器的部件还可能在运行中变热，由此可能出现潜在的测量误差并降低测量准确性。
从文献DE 10 2004 054 317 A1中已知一种电流测量装置，其中电流通过电流通道流动，该电流通道如此布置，使得电流通道在基板上包围预定的点。在该点处设有磁的测量元件用于将磁通转换为电压。电流通道逐层施加在高导热性的基板上，在该基板的背面还布置有导热的冷却体。这种方式不利的是，需要相对大的构造空间用于电流测量。还不能利用标准部件用于电流测量，由此最终导致电子装置成本更高且更加复杂。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种在电子装置中测量电流强度的节省空间的可行方案，该可行方案特别是能够以技术复杂性更小的方式实现。
上述目的根据本发明通过开头所述类型的电子装置实现，其中冷却元件具有开口，电流传感器接合在该开口中或电路传感器布置在该开口中。
因此根据本发明提出，电流传感器至少部分地集成到原本就设置在电子装置中的冷却元件中。通过在冷却元件中至少部分地接纳电流传感器可以节省构造空间。同时由此实现电流传感器的冷却，由此潜在地可以进一步减小电流传感器的构造尺寸和/或可以提高电流传感器的测量灵敏度。
冷却元件可以例如是冷却板，该冷却板可以用于冷却电子装置的电的半导体开关或其他生热的部件。冷却板可以例如是金属板，该金属板由于其高的导热性增大了用于辐射热量的表面。但是也可以，冷却元件或冷却板包括主动的冷却系统。例如冷却元件或冷却板可以设有被冷却流体穿流的冷却通道。
电流传感器可以设计为预组装的模块，该模块特别是通过电流传感器的壳体紧固在冷却板上。电流传感器可以与冷却元件螺纹连接、铆接、卡锁或粘接。电流传感器可以特别是交变电流传感器。例如可以使用带有磁通集中器的霍尔传感器。电流传感器可以特别提供电压，该电压与测得的电流强度相关。这可以通过控制装置特别借助于模拟-数字-转换器检测。
电子装置可以是具有用于与其他部件连接的至少一个接口的电子模块。电子模块的部件可以特别是布置在壳体的内部。冷却元件的开口可以特别是通孔。
导线可以用于为电子装置供电或通过导线可以将电子装置的能量提供给其他部件。如果电子装置例如是变流器，则可以测量一个或多个输出导线的电流。另选或补充地，导线也可以将电子装置的多个部件彼此连接。
优选引导导线穿过电流传感器的开口。特别是可以无接触地测量电流。开口可以至少在局部被电流传感器的磁通集中器包围，例如被敞口的软铁环包围。开口可以特别是穿透电流传感器的壳体。导线可以至少在一侧以开放的接触区域终止，该接触区域用于与连接部件连接。例如导线可以终止在插头或插口中。
冷却元件的开口可以是通孔，导线穿过该通孔。电流传感器特别是可以布置在通孔中，导线可以穿过电路传感器。通过引导导线穿过通孔可以实现导线的冷却，特别是在电流传感器的区域中。由此可以使用如下导线，该导线具有的横截面至少在电流传感器的区域中比在未冷却的导线中所要求的导线横截面更小。在使用更小的导线横截面时，可以同时使用具有更小内直径的磁通集中器，由此整体上可以实现更小构造的电流传感器。
多个电流传感器可以共同地布置在冷却元件的开口中。这些电流传感器可以特别是布置在公共的壳体中。由此可以简单地构造电子装置。如果将多个电流传感器共同地布置在一个通孔中，其中导线分别穿过电流传感器引导，那么可以特别是通过导线在冷却元件的一侧上的接触区域形成一个用于所有的导线的连接元件，例如插头或插口。由此可以简单地实现多个导线的连接。
具有一个或多个电流传感器的壳体可以如此成形，即该壳体穿过冷却元件的开口被引导或固定。如果开口是通孔，则壳体可以具有支承部段，该支承部段超出于通孔伸出，从而壳体在插入通孔中后通过支承部段支承在冷却元件上。由此实现一个电流传感器或多个电流传感器的特别简单的安装。支承部段可以具有开口或通孔，以便例如引导螺纹件或铆钉，通过螺纹件或铆钉使电流传感器紧固在冷却元件上。
电流传感器可以具有包围导线的磁通集中元件，该磁通集中元件在周向方向上具有孔，霍尔探针布置在该孔中。磁通集中元件可以例如具有敞口的环形或C形的形状。从现有技术中已知具有磁通集中器的霍尔探针的原理，在此不再详述。在霍尔探针中，至少在开环测量中，向霍尔探针上施加确定的电流并测量(相位)基本上与之垂直的、跨越霍尔探针的电压。由于在感生磁场与引导的电流强度之间存在单一的相关性，跨越霍尔探针的电压与贯穿霍尔探针的磁场之间存在单一的相关性，因此可以无接触地测量导线中的电流强度。跨越霍尔探针的电压与电流强度之间的关系可以认为是近似线性的。但是也可行的是，预先测得这种相关性并例如在采集霍尔探针测量数据的控制装置中将这种相关性存储为数值表。
磁通集中元件可以例如由软铁或其他顺磁性的或软磁性的材料制成。磁通集中元件和/或霍尔探针可以至少部分地、优选完全地位于冷却元件的开口中。通过冷却霍尔探针和/或磁通集中元件可以改善霍尔探针的灵敏度并整体上实现更小构造的电流传感器。
电子装置可以是变流器或包括变流器。该电子装置可以特别是逆变器，特别是用于电机、例如机动车的驱动电机。
待冷却的部件或待冷却的部件中的至少一个可以是半导体开关。半导体开关可以是晶体管、例如IGBT或Mosfet。用于借助于半导体开关转换电流的电路在现有技术中已知，在此不再详述。与例如继电器相比，半导体开关允许显著更短的切换时间间隔。因此可以实现在开关被闭合时具有非常小的电阻的半导体开关。但是，特别是在例如用于驱动电机的大电流的某一方向上，在半导体开关上产生一定的损耗功率，由此通常要冷却该相应电路。对此所需的冷却元件可以在根据本发明的电子装置中同时用于接纳和冷却电流传感器。
冷却元件至少在开口的区域中由金属制成。由金属制成的冷却元件、特别是冷却板具有好的导热性，并因此可以用于增大可以辐射热量的表面。如上所述有利的是，还设置主动冷却结构，其中例如可以引导冷却流体穿过冷却元件的冷却通道。冷却元件至少局部地由金属制成改善了电流传感器对抗外部影响的电磁屏蔽。这可以用于进一步提高测量准确性。另选或补充地，由于改善了电磁屏蔽，还可以实现更小构造的电流传感器。
除了根据本发明的电子装置外，本发明还涉及一种机动车，该机动车具有根据本发明的电子装置。电子装置可以特别是用于机动车的电机、特备是机动车的驱动电机的逆变器。
机动车优选包括控制装置，通过该控制装置调节输送给电机的功率，其中电流传感器中至少一个电流传感器检测提供给电机的电流，其中这个传感器的传感器信号可以用作功率调节的输入参数。调节可以通过对在逆变器中使用的半导体开关的脉宽控制将电流调节到目标数值。
附图说明
从下面的实施例以及附图中得到本发明的另外的优点和细节。在此示意性示出：
图1示出根据本发明的电子装置的一个实施例，
图2和图3示出根据本发明的电子装置的另一实施例的细节视图，
图4示出根据本发明的机动车的一个实施例。
具体实施方式
图1示出具有多个待冷却的部件2的电子装置1，这些部件布置在印制电路板3上并通过冷却装置4冷却。电子装置1在示出的实施例中是逆变器，该逆变器转换由电池5提供的直流电并向电机6提供交流电。电机6可以例如是机动车的驱动电机。通过导线7实现交流电的提供。为了清晰表示，在图1中仅示出一条导线7。如在下面还要描述的，可以优选使用多条导线7为电机6供电，以便在电机6上提供三相交流电。
待冷却的部件2可以特别是用于转换电流的半导体开关。为此可以通过控制装置8规定相应的切换信号或脉宽和相位。冷却元件4可以是冷却板，该冷却板例如可以制成为金属板。另选可以在冷却元件4中形成冷却通道，可以引导冷却流体穿过冷却通道，以便进一步更好地冷却所述待冷却的部件2。
为了将由导线7提供的电流调节到目标值，通过控制装置8确定电流的实际值。为此电子装置1具有电流传感器9，该电流传感器布置在冷却元件4的开口10中、即通孔中。电流传感器9的构造还要参照图2和图3详细描述。电流传感器9由磁通集中器构成，该磁通集中器包围导线7并具有通孔，霍尔探针布置在该通孔中。如果利用这种霍尔探针通过两个触点引导确定的电流，则可以通过另外两个触点量取电压，该电压与经由导线7流动的电流近似成比例。这种传感器的非线性可以通过预先校正进行补偿，为此可以在控制系统8中存储查找表。
电线7穿过电流传感器9的开口11、即通孔，以便实现无接触地测量电流。
通过电流传感器9布置在冷却装置4中，电子装置1的示出的构造实现了在构造空间占用小的情况下将电流测量集成。由于电流传感器9和导线7在电流传感器9的区域中通过冷却元件4被一同冷却，因此可以改善电流传感器9的测量准确性并可以减小导线7的导线横截面，由此也实现了使用更紧凑的电流传感器9。
图2和图3示出了电子装置的另一实施例的详细视图。该构造基本对应于图1中示出的装置，其中代替一条导线7而使用三条导线7，以便向外部装置、例如电机6提供三相交流电。借助图1已经讨论的元件在此标有相同的附图标记。
在冷却元件4的开口10中布置用于三条导线7的三个电流传感器9。这些电流传感器通过公共的壳体12紧固在冷却元件4上。壳体12可以在图2中从上方插入到开口10中，并通过支承部段13支承在开口10的边缘上。这些支承部段具有通孔，以便将壳体10进而将电流传感器9通过紧固元件14、例如利用螺纹件紧固在冷却元件4上。
各个电流传感器9由包围导线7的磁通集中元件15和霍尔探针16构成，其中磁通集中元件15在周向方向上具有孔，霍尔探针16布置在该孔中。由于清晰性原因未示出霍尔探针16的电路连接。导线7的部段17——在该部段中导线穿越冷却元件4和电流传感器9——具有收缩的横截面。这由此实现，导线7在这个区域17中分别通过冷却元件4冷却，由此改善了导电性能。这还实现了，电流传感器9或磁通集中元件15的开口11的直径比在其他情况下所需的直径小，由此电流传感器9整体上可以更紧凑地构造。
导线7在一侧具有开放的触点19，通过该触点在冷却元件的区域中形成插头18。在该插头处可以通过相应的连接元件与例如电机6连接。
如果冷却元件4至少在开口10的区域中由金属制成，则冷却元件4同时可以用于对电流传感器9进行电磁屏蔽，由此可以改善电流传感器的测量准确性。
图4示出机动车20，该机动车具有电的驱动电机作为发动机6，该驱动电机通过电池5、例如高压电池馈电。为了将由电池5通过的直流电转换为三相交流电，设置按照在图1中描述的方式构造的电子装置1，其中如参照图2和图3所述，为变流电的各个相使用单独的导线7。通过控制装置8检测多个车辆装置21的数据，例如加速踏板传感器的数据，以便为电机6规定目标功率。为了设定该目标功率，控制装置8一方面通过电子装置1的电流传感器9检测当前提供的电流强度，另一方面为电子装置的半导体开关规定脉宽，以便将实际提供的电流强度调节到目标电流强度。

Claims (10)

1.一种电子装置，具有至少一个待冷却的部件(2)、用于冷却所述至少一个待冷却的部件(2)的冷却元件(4)、至少一条导线(7)和用于检测流过相应导线(7)的电流的电流强度的电流传感器(9)，其特征在于，冷却元件(4)具有开口(10)，电流传感器(9)接合在该开口中或电流传感器(9)布置在该开口中。
2.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，导线(7)穿过电流传感器(9)的开口(11)。
3.根据权利要求1或2所述的电子装置，其特征在于，冷却元件(4)的开口(10)是通孔，导线(7)穿过该通孔。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电子装置，其特征在于，电流传感器(9)中的多个电流传感器共同地布置在冷却元件(4)的开口(10)中。
5.根据权利要求4所述的电子装置，其特征在于，所述电流传感器(9)布置在一个公共的壳体(12)中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电子装置，其特征在于，所述电流传感器(9)具有包围导线(7)的磁通集中元件(15)，该磁通集中元件在周向方向上具有孔，霍尔探针(16)布置在该孔中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电子装置，其特征在于，电子装置是变流器或包括变流器。
8.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，所述待冷却的部件(2)或待冷却的部件(2)中的至少一个部件是半导体开关。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电子装置，其特征在于，冷却元件(4)至少在开口(10)的区域中由金属制成。
10.一种机动车，其特征在于，机动车包括根据前述权利要求中任一项所述的电子装置(1)。
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