CN112398284A - 用于电机的整流器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机的整流器。所述整流器具有一个带有壳体框架和壳体盖的壳体、一个用于与所述电机的相绕组接触的相电流汇流排、一个由铁磁材料构成的具有背部和两条支臂的磁通量导引元件，其中所述相电流汇流排布置在所述磁通量导引元件的两条支臂之间。此外，所述整流器具有霍耳元件，所述霍耳元件布置在所述磁通量导引元件的两条支臂之间，所述霍耳元件用于检测通过流经相电流汇流排的电流所引起的磁场，并且所述整流器具有线路基座，所述霍耳元件被固定在所述线路基座上。在此规定，所述磁通量导引元件至少部分地被集成到所述壳体框架或者壳体盖中。

Description

用于电机的整流器

技术领域

本发明涉及一种用于电机的整流器。

背景技术

电机、比如发电机或者电动马达通常具有一个或多个整流器，其用于将直流电转换为交流电或相反。为了控制电机而能够规定比如在相电流汇流排上对一个或者数个相电流进行电流测量，借助于所述相电流汇流排将定子的相绕组与整流器连接起来。

为了进行电流测量而能够使用电流传感器。能够提供合适的、具有由铁磁材料构成的磁通量导引元件和霍耳元件的电流传感器。所述磁通量导引元件的任务是，增强通过相电流汇流排的内部的相电流所产生的磁场并且将其导引给霍耳元件并且同时屏蔽所述霍耳元件，以防止磁干扰。所述磁通量导引元件相对于霍耳元件的位置对测量的精度来说是决定性的。所述磁通量导引元件比如能够由镍铁合金构成。

由DE 10 2012 202 826 A已知电流传感器，所述电流传感器分别包围三相电系统的一个相并且所述电流传感器布置在电路板上。所述电流传感器为了集中包围着相电流汇流排的磁通量而具有磁通量导引元件。

可能存在用简单的手段来成本低廉地改进电流测量的精度的需求。此外，可能存在提供一种能通用的、成本低廉的磁通量导引元件的需求。

发明内容

按照本发明，提出一种具有独立权利要求的特征的用于电机的整流器。所述整流器具有：

——带有壳体框架和壳体盖的壳体；

——用于与所述电机的相绕组接触的相电流汇流排；

——由铁磁材料构成的具有背部和两条支臂的磁通量导引元件，其中所述相电流汇流排布置在所述磁通量导引元件的两条支臂之间；

——布置在所述磁通量导引元件的两条支臂之间的霍耳元件，该霍耳元件用于检测通过流经相电流汇流排的电流所引起的磁场；

——线路基座，所述霍耳元件被固定在所述线路基座上。

按照本发明的一个方面，所述磁通量导引元件被集成到所述壳体中，也就是说要么被集成到壳体框架中要么被集成到壳体盖中。

按照本发明的另一个方面，所述霍耳元件在从对其进行支承的线路基座上升高的情况下布置在磁通量导引元件的支臂之间，使得所述霍耳元件的传感器平面离开与磁通量导引元件的自由的支臂端部齐平的平面（下面被称为支臂端部平面）尤其朝背部的方向具有0mm到5mm、优选至少1mm、进一步优选至少2mm、优选至多4mm、进一步优选至多3mm的间距。由此，能够测量比如离开支臂端部平面朝磁通量元件的背部的方向的间距。这种解决方案尤其适合于具有陶瓷的线路基座（比如“Directed Bonded Copper”-线路基座（DBC）、“LowTemperature Cofired Ceramics”-线路基座（LTCC））的整流器，因为与有机的线路基座或者由塑料构成的线路基座（比如电路板（“Printed Circuit Board”（PCB）、印刷电路））不同的是，在那里只能非常昂贵地设置用于磁通量导引元件的直通孔。

本发明提供有利的可行方案来非常精确地确定磁通量导引元件或者其自由的支臂端部和霍耳元件的相对位置——尤其也对于陶瓷的线路基座来说——，以用于通过这种方式能够进行尽可能最佳的测量。原则上，本发明当然也适合于有机的线路基座、像比如电路板，但是其中在那里也能够在没有较大开销的情况下钻出用于磁通量导引元件的钻孔。

所述传感器尤其居中地处于磁通量导引元件的支臂之间，这改进了测量精度。离开居中布置的、4mm以下的偏差是可能的，但是通常是不受欢迎的。

所述磁通量导引元件在此尤其能够容易地构成：它比如能够仅仅由所述背部和两条基本上垂直地从背部上伸出的支臂所构成。所述支臂能够分别在其背离背部的一侧上具有自由的端部。由此，它能够具有“U”或者倒转的“U”的形状。特别有利的是，所述两条支臂被构造为简单的、笔直的块件。所述背部比如能够被构造为平坦的笔直的块件。在横截面中，所述磁通量元件能够由此像矩形的三条边来构成。所述磁通量导引元件能够一体地来制成（比如作为注塑件或者作为铸件或者作为以下元件来制成，对于所述元件来说已经切出在支臂之间剩下的自由空间）。但是，也能够考虑，所述磁导引元件由背部和两条支臂这些单件比如通过钎焊或者熔焊来组成。

通过这种方式，所述磁通量导引元件能够特别容易地制成。省去了在所述两条支臂的自由端部上布置或者构造分别反向于另一条支臂延伸的端部的必要性。由此，比如能够取消将狭窄限定的缝隙加入到应该首先制造的封闭的环中。如果将所述支臂以彼此相反地伸展的端部安装到所述背部上（也就是说由此不存在首先封闭的环），则能够取消要对所产生的缝隙的公差进行检查的步骤。

通过呈“U”的形式的实施方式来有利地实现这一点，即：在将所述磁通量元件安装在霍耳元件上时降低所述霍耳元件的损坏的风险。因为用于霍耳元件的接纳口与具有在支臂端部处朝向彼此的端部的磁导引元件相比明显更大。

有利的设计方案是从属权利要求及以下说明的主题。

按照一种有利的实施方式，具有壳体框架或者壳体盖的磁通量导引元件至少部分地或者分段地被挤压包封。这代表着一种特别简单的且耐用的集成可行方案。作为材料，尤其塑料适合于此，因为所述塑料同时提供电绝缘。

优选所述壳体框架形成散热体。通过这种方式能够改进散热。所述壳体框架比如能够具有铜或者铝。

尤其所述磁通量导引元件和所述相电流汇流排共同被挤压包封。作为替代方案，也可能的是，将相电流汇流排与壳体粘合在一起、尤其是与壳体的以下部件粘合在一起，用所述部件对所述磁通量导引元件进行了挤压包封。通过所述相电流汇流排和磁通量导引元件的共同的挤压包封或者粘合，能够在进行相互的电绝缘的同时进行特别容易的装配。所述相电流汇流排和磁通量导引元件能够通过共同的挤压包封或者粘合而置于相对于彼此的固定的间距，使得所述霍耳元件能够特别容易地相对于其来定位。

如果所述磁通量导引元件至少部分地被集成到壳体的盖中，那就能够将所述霍耳元件——尤其与对其进行承载的线路基座一起——固定在壳体框架上并且能够在组装时将所述盖与磁通量导引元件罩到霍耳元件上。但是，也能够考虑将磁通量导引元件和霍耳元件一起集成到壳体框架中。

所述磁通量导引元件能够适宜地如此被集成到盖中，使得所述磁通量导引元件的两条支臂从盖中伸出来并且在装配时能够罩到霍耳元件上。这一点是有利的，因为通过这种方式保证了容易的装配和良好的定位精度。

所述霍耳元件的传感器平面离开支臂端部平面的间距适宜地通过霍耳元件与线路基座的主延伸平面的隔开的布置来产生。所述传感器平面相对于线路基座的主延伸平面的间距优选为2到6mm。

所述霍耳元件的传感器平面离开支臂端部平面的间距适宜地通过布置在霍耳元件与线路基座之间的底座来提供。这是一种特别简单的并且耐用的可行方案，以使霍耳元件以所规定的间距相对于磁通量导引元件的支臂端部平面来定位。

尤其所述霍耳元件被钎焊在底座上。这代表着一种特别简单的并且稳定的连接。

优选所述底座由铜构成。由此，所述底座能够同时不仅作为间隔垫片起作用而且作为所述霍耳元件的电触头之一起作用。此外，产生热方面的优点，因为铜具有良好的导热性并且能够最佳地扩散热。这一点有利地影响到霍耳元件及钎焊点的使用寿命。

在另一种有利的实施方式中，所述霍耳元件的传感器平面离开支臂端部平面的间距通过霍耳元件的触脚来提供。这一点是有利的，因为不需要额外的间隔垫片并且通过所述触脚能够进行后来的定位或者定向。

尤其能够考虑本发明的两个方面的组合。通过将磁通量导引元件集成到壳体框架或者壳体盖中结合霍耳元件与支臂端部平面的隔开的装配，可以实现特别精确的定位连同容易的装配。

在另一种实施方式中规定，所述线路基座是DBC基片或者LTCC基片。由此，所述整流器能够有利地相对于高温特别有抵抗力地构成。

在另一种实施方式中规定，所述整流器具有第二线路基座，在该第二线路基座上布置有用于对霍耳元件的信号进行测评的逻辑线路。通过这种方式，能够有利地将整流器的不同功能布置在分别为此尺寸定制的线路基座上。因此，比如能够将对振动特别敏感的或者产生特别高的废热的结构元件布置在特别稳定的并且耐热的线路基座上，而将其他的结构元件则布置在尤其柔性的并且成本低廉的线路基座上。

在另一种实施方式中规定，所述线路基座是DBC基并且所述第二线路基座是LTCC基片或者PCB基片。

本发明的另外的优点和设计方案从说明书和附图中得出。

附图说明

本发明借助于实施例在附图中示意性示出并且下面参照附图来进行描述：

图1示出了按照本发明的第一种优选的实施方式的整流器的截取部分；

图2示出了按照本发明的第二种优选的实施方式的整流器的截取部分；

图3示出了按照本发明的第三种优选的实施方式的整流器的截取部分。

具体实施方式

在图1中示出了按照本发明的第一种优选的实施方式的整流器100的截取部分。整流器比如用在电机中，以用于按马达方式或者按发电机方式来运行所述电机。

所述截取部分示出了相电流汇流排1、磁通量导引元件2和被固定在线路基座3上的霍耳元件4的、在这样的整流器100中的示范性的相对于彼此的布置。这样的布置能够用作电流传感器，以用于借助于由电流产生的磁场通过霍耳元件4来检测流经相电流汇流排1的电流。典型的应用情况是对于所谓的相电流、也就是通过所述电机的定子绕组（所谓的相）流动的电流的检测，其中所述定子绕组被连接到整流器的相电流汇流排上。

为了导引磁场并且屏蔽外部磁场，所述磁通量导引元件2由铁磁的、尤其是软磁的（也就是具有小的矫顽力的）材料、像比如铁镍合金构成并且具有背部和两条在这里从所述背部上基本上垂直地延伸的支臂。由此，所述磁通量导引元件2在这里示范性地具有倒转的“U”的形状或者（在横截面中）矩形的形状，对于所述矩形来说一边被略去。所述两条支臂在其背向背部的端部上分别具有自由的端部。

为了通过所述霍耳元件4所进行的磁场检测尽可能精确，所述霍耳元件4应能够居中地布置在两条支臂之间。优选所述相电流汇流排1也应该居中地布置在两条支臂之间并且与所述磁通量导引元件2电绝缘。这能够实现按照本发明的一种优选的实施方式的所有优点，方法是：所述磁通量导引元件2以及在所示出的实施例中所述相电流汇流排1也用整流器的壳体的一部分来挤压包封。所述挤压包封用7来标识。

为了进一步改进磁场检测，所述霍耳元件4在所示出的实施例中如此被固定在线路基座3上，使得所述霍耳元件4的传感器平面40离开支臂端部平面30具有比如大约2mm的间距d，其中所述支臂端部平面是与所述磁通量导引元件2的自由的支臂端部齐平地终止的平面。所述霍耳元件4为此借助于铜-底座5与线路基座3隔开地放置、也就是朝背部的方向放置。在这种实施方式中，所述支臂端部平面30与线路基座3的主延伸平面重合，但是通常能有别于后者。

所述线路基座3在这里优选是陶瓷的线路基座、像比如“Direct Bonded Copper”基片（DBC）。通过陶瓷的基材的积极的特征与其高的绝缘强度及铜箔的高的导电性以及由此存在的高的导热性的组合，DBC基片专门能够用在功率电子装置中并且用于强电流应用并且用在以下这样的应用中，所述应用的特征在于矛盾的环境条件。典型的应用是具有IGBT或者MOSFET-功率晶体管的模块，所述模块比如用作轨道及汽车电子装置或者自动化技术中的功率模块。

在图2中示出了按本发明的整流器100的另一种实施方式的截取部分，但是其中没有示出相电流汇流排1和磁通量导引元件2。在这种实施方式中，所述霍耳元件4的传感器平面40借助于触脚6以大约2mm的间距d与支臂端部平面30隔开。这里比如同样被构造为DBC基片的线路基座3具有相应的用于触脚6的铜接触点。在这种实施方式中，所述触脚6有利地能够使所述霍耳元件4精确地居中地（重新）定位在所述磁通量导引元件2的支臂之间。

图3示出了按本发明的整流器101的另一种实施方式的截取部分。在该图示中，也绘示出由在这里被构造为散热体10的壳体框架和壳体盖11构成的壳体。所述磁通量导引元件2和所述相电流汇流排1在此被集成到壳体盖11中。

所述整流器具有两个线路基座3和8、用于功率半导体的第一线路基座3以及用于逻辑半导体的第二线路基座8，它们布置或者被固定在散热体10上。

所述第一线路基座3比如被构造为DBC基片。DBC基片通常仅仅用于功率半导体、比如MOSFETs、IGBTs等等。对于逻辑线路来说，一般使用LTCC基片（Low Temperature CofiredCeramics）。这种基片相对于传统的电路板（PBC）具有大量的优点：它耐高温、不可燃烧、耐振等等。半导体结构元件只能在未包装的情况下被施加在LTCC基片上。这虽然在包装中具有优点（线路比如变小8x-10x），但是这些结构元件的可用性大受限制并且必须部分单独地要求。

本发明在这里说明了一种解决方案，如何能够特别容易地并且精确地将被包装的结构元件（霍耳元件4）集成在控制器中，所述控制器使用用于功率电子装置的DBC基片3和用于逻辑线路的LTCC基片8。

也如在图2中所示出的那样，所述霍耳元件4通过触脚6与线路基座3隔开。在该图示中尤其能够看出将磁通量导引元件2和相电流汇流排1集成到壳体盖11中的优点。所述磁通量导引元件和相电流汇流排能够用壳体盖11被罩到霍耳元件4上。所述磁通量导引元件2与散热体10在附图中比如借助于挤压触头9来电连接，以用于将磁通量导引元件2拉到散热体的电位（0V）上并且就这样比如防止短路并且减少通过与磁通量导引元件2的电容耦合而产生的干扰。通过这种方式，所述磁通量导引元件2也能够环形闭合，由此进一步提高测量精度。这一点有利地得到实现，而不必在复杂的装配步骤中通过磁通量导引元件2中的狭窄的缝隙或者间隙来穿入所述霍耳元件4。

在所述第二线路基座8上，能够实现呈集成电路的形式的控制线路，该控制线路对所述霍耳元件4上的所测量的霍耳电压进行测评并且比如将其输送给电流调节机构。

Claims (14)

1.用于电机的整流器（100、101），所述整流器具有以下组件：

带有壳体框架（10）和壳体盖（11）的壳体；

用于与所述电机的相绕组接触的相电流汇流排（1）；

由铁磁材料构成的具有背部和两条支臂的磁通量导引元件（2），其中所述相电流汇流排（1）布置在所述磁通量导引元件（2）的两条支臂之间；

霍耳元件（4），所述霍耳元件布置在所述磁通量导引元件（2）的两条支臂之间，所述霍耳元件用于检测通过流经相电流汇流排（1）的电流所引起的磁场；

线路基座（3），所述霍耳元件（4）被固定在所述线路基座上，

其特征在于，

所述磁通量导引元件（2）至少部分地被集成到所述壳体框架（10）或者壳体盖（11）中，其中所述霍耳元件（4）布置在所述磁通量导引元件（2）的背部与所述线路基座（3）之间。

2.根据权利要求1所述的整流器（100、101），其中所述磁通量导引元件（2）至少部分地用壳体框架（10）或者壳体盖（11）来挤压包封。

3.根据权利要求2所述的整流器（100、101），其中所述磁通量导引元件（2）和所述相电流汇流排（1）共同被挤压包封。

4.根据权利要求3所述的整流器（100、101），其中所述磁通量导引元件（2）和所述相电流汇流排（1）相对于彼此电绝缘。

5.根据前述权利要求中任一项所述的整流器（100、101），其中所述磁通量导引元件（2）如此被集成到盖（10）中，使得所述磁通量导引元件（2）的两条支臂从所述盖（10）中伸出来并且在装配时能够罩到所述霍耳元件（4）上。

6.根据前述权利要求中任一项或者权利要求1的前序部分所述的整流器（100、101），

其中所述霍耳元件（4）如此被固定在所述线路基座（3）上，使得所述霍耳元件的传感器平面（40）离开与磁通量导引元件（2）的自由的支臂端部齐平的平面（30）具有0mm到5mm的间距，其中所述间距尤其以所述平面（30）为出发点朝所述磁通量导引元件（2）的背部的方向来确定。

7.根据权利要求6所述的整流器（100、101），其中所述霍耳元件（4）的传感器平面离开与磁通量导引元件（2）的自由的支臂端部齐平的平面（30）的间距通过布置在线路基座（3）与霍耳元件（4）之间的底座（5）来提供。

8.根据权利要求7所述的整流器（100、101），其中所述霍耳元件（4）被钎焊在所述底座（5）上。

9.根据权利要求7或8所述的整流器（100、101），其中所述底座（5）由铜构成。

10.根据权利要求6所述的整流器（100、101），其中所述霍耳元件（4）的传感器平面离开与磁通量导引元件（2）的自由的支臂端部齐平的平面（30）的间距通过所述霍耳元件（4）的触脚（6）来提供。

11.根据前述权利要求中任一项所述的整流器（100、101），其中所述壳体框架（10）被构造为散热体。

12.根据前述权利要求中任一项所述的整流器（100、101），其中所述线路基座（3）是DBC基片或者LTCC基片。

13.根据前述权利要求中任一项所述的整流器（100、101），具有第二线路基座（8），在所述第二线路基座上布置了用于对所述霍耳元件（4）的信号进行测评的逻辑线路。

14.根据权利要求13所述的整流器（100、101），其中所述线路基座（3）是DBC基片并且所述第二线路基座（8）是LTCC基片或者PCB基片。

Images