CN114787598A

CN114787598A - 传感器装置、带有传感器装置的电气设备和带有传感器装置的交通工具

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Publication number: CN114787598A
Application number: CN202080087634.9A
Authority: CN
Inventors: P·福斯特; C·德霍夫
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2022-07-22
Also published as: JP2023505740A; EP4078120A1; DE202020101413U1; JP7381760B2; WO2021121744A1; JP2024016154A; DE102020107007A1; US20220373370A1

Abstract

说明了一种在壳体(3)中带有传感器元件(1)的传感器装置(100)，其中，在壳体处布置且固定有机械固定元件(7)，其具有弹簧元件。此外说明了一种带有传感器装置(100)的电气设备(200)和一种带有传感器装置(100)的交通工具(1000)。

Description

传感器装置、带有传感器装置的电气设备和带有传感器装置的交通工具

技术领域

本发明说明了一种传感器装置、一种带有传感器装置的电气设备和一种带有传感器装置的交通工具(Fahrzeug)。

发明内容

根据至少一种实施形式，传感器装置具有传感器元件。

根据另一实施形式，电气设备具有传感器装置。此外，电气设备可具有电气负载(或称为用电器，即elektrische Verbraucher)。传感器装置特别优选地布置且固定在电气负载处。电气负载可特别优选地是电动机。特别优选地，电气设备且特别优选地电气负载具有装配元件，传感器装置布置且固定在装配元件处。电气设备可相应具有带有装配元件的电气负载，所述装配元件设置且设定成如下，即，传感器装置被固定在所述装配元件处。

根据另一实施形式，交通工具具有传感器装置。交通工具可以是道路交通工具、轨道交通工具、水上交通工具或空中交通工具。特别优选地，交通工具是机动车。交通工具可尤其具有电气负载。传感器装置可布置且固定在电气负载处。相应地，交通工具可特别优选地具有电气设备。此外也可行的是，电气设备是装置(例如家庭装置、医疗装置或工业装置)的部分，其中，该装置具有电气负载和传感器装置，并且传感器装置布置且固定在电气负载处。

先前和在下面所描述的特征和实施形式同样适用于传感器装置、电气设备、交通工具和装置。

传感器元件特别优选地是温度传感器元件，从而使得传感器装置可设置且设定用于温度测量。为此，传感器元件可具有热敏电阻材料(Thermistormaterial)。热敏电阻材料可例如是热导体或者NTC热敏电阻材料(NTC：“negative temperature coefficient，负温度系数”)或冷导体或者PTC材料(PTC：“positive temperature coefficient，正温度系数”)。传感器元件可例如具有或是陶瓷热导体热敏电阻元件。这样的传感器元件可能是优选的，以便于在各种各样的用途中测量温度以便监控和调节。传感器元件可例如大致由例如呈芯片状成型的带有以电极层形式的经涂覆的电气接口的热敏电阻材料来构造。此外，其它传感器类型以及其它传感器材料和设计方案也是可行的。

根据另一实施形式，传感器装置具有壳体。传感器元件优选布置在壳体中且被壳体包围。与传感器元件接触的供电线路优选从壳体中被引出。

此外，传感器装置可设定且设置用于在附近、在间接接触中或优选在直接接触中布置在电气负载处。因此，电气设备可特别优选地具有直接布置且固定在电气负载处的传感器装置。

特别优选地，传感器装置的材料(即例如壳体、传感器元件、线材接触部(Drahtkontaktierung)、供电线路和/或灌封材料(Vergussmaterial)的材料)具有高的温度稳定性。特别优选地，传感器装置的所有材料具有高的温度稳定性。例如，传感器装置的材料可设定且设置用于应用在大于或等于-40℃和小于或等于200℃的范围中的温度下，从而使得传感器装置可被应用在所说明的温度范围中。

特别优选地，传感器装置具有高的耐压强度。这可能是特别有利的，如果传感器装置布置在电气负载的导电的和/或具有电压的表面附近或与其处于间接接触或处于直接接触。特别优选地，传感器装置设定且设置用于在可具有直至2500V的电压的表面附近或与其处于间接接触或优选处于直接接触地运行。

特别优选地，传感器装置具有较短的响应时间。传感器装置的响应时间可例如通过反应时间参数t63来表征，反应时间参数为小于或等于10s且特别优选地小于或等于5s。在用于温度测量的传感器装置的情况中，尤其t63<5s可适用于在25ºC与85ºC之间的温度跳跃，其中，参数的测量可在液体中被执行。

壳体可以是一件式的或多件式的且尤其具有空腔，在其中布置有传感器元件。例如，壳体可具有基底件和顶盖件，它们可通过机械连接和/或粘贴连接彼此相连接。此外，空腔可至少部分具有气体(例如空气)和/或灌封材料(例如合成材料)。例如可引起在壳体的各部分之间的连接的灌封材料例如是树脂、特别优选地是环氧树脂。备选地或额外地，其它的灌封材料也是可行的。壳体优选具有合成材料或由此构成。特别优选地，壳体(即特别优选地合成材料)如先前所描述的那样具有高的温度稳定性和高的耐压强度。此外有利的是，壳体(即特别优选地合成材料)在温度传感器元件的情况中具有高的导热能力，以便于使得先前所描述的短的响应时间成为可能。此外，壳体(即特别优选地合成材料)可具有高的机械强度，以便于在运行中相对机械负荷具有足够的稳定性。

合成材料可优选是热塑性塑料。特别优选地，壳体具有基于液晶聚合物简称LCP(“liquid crystal polymer”)的合成材料或由此构成。特别优选地应用LCP，其起始聚合物可借助于成型过程(即例如借助于注塑或挤出)来加工。此外，合成材料可具有填充材料。换而言之，在合成材料中、即特别优选地在LCP中可存在例如以分散颗粒和/或纤维和/或结合材料形式的填充材料。该填充材料例如是氮化硼。特别优选地，壳体具有由与氮化硼交联(vernetzen)且特别优选地强交联的热塑性塑料(特别优选地LCP)形成的合成材料或由此构成。这样的材料可特别适合用于在同时高的耐压强度的情形中确保高的导热能力。

根据另一实施形式，装配元件是电气负载的汇流排(Stromschiene)的部分或被固定在电气负载的汇流排处。

相应地，装配元件可至少在电气负载自身的运行中具有至少一个电压并且/或者电流可流动通过装配元件。装配元件可例如构造成舌、尤其金属舌的形式，传感器装置可被推到所述舌上。因此，装配元件可从导电轨道、例如铜轨道中被引出。

根据另一实施形式，传感器装置具有机械固定元件。机械固定元件可尤其具有或是弹簧元件。特别优选地，机械固定元件具有金属弹簧元件或由此构成。借助于机械固定元件可实现传感器装置在装配元件、尤其电气负载处的紧固。特别优选地，装配元件在传感器装置的经装配的状态中可被夹紧在壳体的一部分与固定元件的一部分之间。

尤其地，机械固定元件可以是金属弹簧元件，其构造成金属夹(Metallklammer)，例如带有不锈钢(例如CrNi钢)或由其构成。机械固定元件可布置且固定在壳体或壳体的一部分处。例如，机械固定元件的一部分可由壳体的一部分变形并且/或者机械固定元件可包围接合壳体的一部分，从而使得机械固定元件持久且稳定地与壳体相连接。通过机械固定元件的弹性复位力可确保与装配元件的持续接触，传感器装置在电气设备中被固定在装配元件处，从而在温度测量的情况中可精确检测装配元件的表面温度。

此外，机械固定元件可具有卡锁元件。卡锁元件能够在传感器装置在装配元件处的经装配的状态中锁入到装配元件的卡锁配对元件中，从而即使在机械负荷的情形中也可确保传感器装置在装配元件处的可靠的紧固。卡锁元件可例如构造成卡锁凸起部且在传感器装置在装配元件处的经装配的状态中接合到构造成窗口的卡锁配对元件中。对此备选地也可以是卡锁配对元件构造成凸起部而卡锁元件构造成窗口。

此外，壳体或其至少一部分可具有至少一个装配引导元件。所述至少一个装配引导元件可从一个或多个引入斜面、一个或多个导向槽、一个或多个倒棱(Fase)中选择。倒棱此处和在下面可优选是在装配引导元件的棱角或侧面处的斜面或有棱角的或圆形的凹入部或凸出部。优选地，壳体具有多个装配引导元件作为至少一个装配引导元件。引入斜面和导向槽可引起传感器装置在装配元件上的变得容易的推动。特别优选地，所述至少一个装配引导元件构造在壳体的也布置有机械固定元件的相同部分处。装配元件可例如具有单侧倒棱，其构造为相对在壳体处的单侧倒棱的配对件。由此，传感器装置在装配元件上的无意的错误装配可根据在“Poka Yoke，即波卡纠偏”的概念下已知的原理以简单的方式被避免。因此通过所述至少一个装配引导元件可实现在装配期间的导向和/或在装配时的抗扭性。

此处所描述的传感器装置可特别优选地设置且设定用于使得在交通工具的电动机中的导电的汇流排(例如铜线圈)的尽可能快速且精确的温度测量成为可能。目前的测量系统相比此处所描述的传感器装置例如由于粘贴或挤压包封而须被复杂地集成。与之相反，此处所描述的带有传感器装置和装配元件的系统满足对简单且快速装配和/或拆卸的要求。在此，尤其如下特征中的一个或多个能够是有利的：

- 引出以装配元件形式的汇流排，以便于提供场地以便集成传感器装置；

- 将卡锁配对元件、尤其卡锁窗口引入到汇流排中且尤其引入到装配元件中以便持久地紧固传感器装置；

- 将例如以金属倒钩形式的卡锁凸起部形式的卡锁元件引入到传感器装置的机械固定元件中以便将传感器装置持久地紧固在卡锁配对元件中；

- 将特别优选地以金属弹簧元件形式的机械固定元件利用于将持久的压紧力引入装配元件与传感器装置之间；

- 将双重导向槽作为装配引导元件引入到传感器装置的壳体件中；

- 将各一个单侧倒棱(在结构上)引入到装配元件中和到传感器装置的壳体件中，以便于确保抗扭性；

- 将优选与氮化硼强交联的热塑性塑料(尤其LCP)利用作为壳体材料，以便于在同时高耐压强度的情形中确保高的导热能力。

利用此处所描述的传感器装置可特别优选地实现电动机的汇流排的金属表面的温度测量。这可利用用于高度集成系统的微型化设计来实现。此外可实现容易的且可靠的、无螺钉的安装。

附图说明

另外的优点、有利的实施形式和改进方案由下面与附图相结合所描述的实施例得出。

其中：

图1A至1H显示了根据一个实施例的传感器装置的示意性图示，

图2A和2B显示了带有根据另外的实施例的传感器装置的电气设备和交通工具的示意性图示，

图3A和3B显示了用于根据另一实施例的传感器装置的装配元件的示意性图示，和

图4A和4B显示了根据另一实施例的装配元件和传感器装置的示意性图示。

具体实施方式

在实施例和附图中，相同的、类似的或起相同作用的元件相应地设有相同的附图标记。所示出的元件和其彼此之间的尺寸关系不应被视作按比例的，而是各个元件(例如各层、构件、部件和区域)为了更好的可示出性和/或为了更好的理解被夸大地示出。

在图1A至1H中显示了传感器装置100或至少该传感器装置的部分的示意性图示。图1A显示了三维俯视图，图1B显示了部分剖开的三维视图，图1C至1E显示了传感器装置100的一些部件的三维视图且图1F至1H显示了传感器装置100的另外的视图，其中，在图1G中显示了部分俯视图和部分截面图示。下面的描述同样地涉及所有图1A至1H。

传感器装置100具有传感器元件1。传感器元件1可例如构造成传感器芯片。尤其地，传感器元件1纯示例性地构造成温度传感器元件，所述温度传感器元件具有以芯片形式的热敏电阻材料、例如NTC材料或PTC材料，其设有以形成电极层的金属化部(Metallisierung)形式的电气接口。即使当如下描述涉及温度传感器时，传感器元件1备选地也可具有其它的功能性和其它的结构，从而使得传感器装置也可构造成其它的传感器类型。在所显示的实施例中，传感器元件1尤其可以是NTC热敏电阻元件。

传感器元件1的电气接口经由线材连接部2(例如以被钎焊的、导电粘合或结合的线材形式)可电气接触。线材连接部2例如是铜包裹的FeNi线材。为了保护传感器元件1和线材连接部2，所述传感器元件1和线材连接部2如所显示的那样被包裹以封装(Verkapselung)。该封装可例如具有玻璃和/或合成材料或由此构成。在所显示的实施例中，其由于温度稳定性要求可尤其是带有玻璃的封装。

此外，传感器装置100具有壳体3。传感器元件1布置在壳体3中且被壳体3包围。供电线路4例如通过钎焊连接、焊接连接或压接连接与线材连接部2相连接，并且从壳体3中被引出。供电线路4可在线缆护套5(其在所显示的实施例中例如具有玻璃纤维材料或由此构成)中被引导至带有相应的电气联接元件的电气插塞连接器，传感器装置100可经由所述电气插塞连接器被联接。

壳体3可以是一件式的或多件式的且尤其具有空腔30，在其中布置有传感器元件1。例如，壳体3可如所显示的那样具有基底件31和顶盖件32，它们通过机械连接和/或粘贴连接彼此相连接。

空腔30可至少部分被填充以气体(例如空气)和/或灌封材料33(例如合成材料)。灌封材料33例如是树脂、特别优选地是环氧树脂。传感器元件1和/或至少线材连接部2或其部分可被嵌入到灌封材料33中。为此，例如基底件31可具有凹处(其可形成空腔30的至少一部分，如在图1E中所显示的那样)，或可具有支承面。可将传感器元件1放入到凹处中或放上到支承面上并且紧接着可将其涂覆灌封材料33。灌封材料33例如也可引起在壳体3的各部分之间(即在所显示的实施例中在基底件31与顶盖件32之间)的连接。

壳体3、即基底件31和顶盖件32优选具有合成材料或由此构成。特别优选地，壳体3、即特别优选地合成材料具有高的温度稳定性和高的耐压强度。此外有利的是，壳体3(即特别优选地合成材料)具有高的导热能力。此外，壳体3(即特别优选地合成材料)可具有高的机械强度，以便于在运行中相对机械负荷具有足够的稳定性。

合成材料优选是热塑性塑料。尤其地，壳体3具有基于LCP的合成材料或由此构成。特别优选地应用LCP，其初始聚合物可借助于成型过程、即例如借助于注塑或挤出来加工。此外，合成材料具有填充材料，其在所显示的实施例中是氮化硼。相应地，基底件31和顶盖件32具有通过与氮化硼强交联的热塑性塑料(特别优选地LCP)形成的合成材料或由此构成。

通过所应用的材料，传感器装置100设定且设置用于在附近、处于间接接触中优选处于直接接触地布置在电气负载处。

特别优选地，传感器装置100的所有材料(即壳体3、传感器元件1以及传感器元件1的封装、线材连接部2和供电线路4以及灌封材料33的材料)具有高的温度稳定性。如在一般部分中所描述的那样，传感器装置100的材料如此来选择，即，传感器装置100可被应用在如下电气设备中，在所述电气设备运行时可存在优选可处在大于或等于-40ºC且小于或等于200ºC的温度范围中的运行温度。此外，传感器装置100具有高的耐压强度。特别优选地，传感器装置100设定且设置用于在可具有直至2500V电压的表面附近或与其处于间接接触或优选处于直接接触地运行。此外，传感器装置100具有短的响应时间，尤其对于在25ºC与85ºC之间的温度跳跃而言带有t63<5s。

此外，传感器装置100具有机械固定元件7。机械固定元件构造成金属弹簧元件。借助于机械固定元件7可实现传感器装置100在装配元件处、尤其在电气负载的装配元件处的紧固，如进一步下面另外实施的那样。

尤其地，机械固定元件7可构造成金属夹，例如带有或由不锈钢(例如CrNi钢)构成。机械固定元件7被固定在壳体3处且在所显示的实施例中尤其被固定在基底件31处。例如，机械固定元件7的一部分由壳体3的一部分变形并且/或者机械固定元件7可包围接合壳体3的一部分，从而使得机械固定元件持久地且稳定地与壳体3相连接。如例如在图1A,1C和1E中可识别出的那样，机械固定元件7的一部分包围接合壳体件31的一部分。基底件31在与下侧35相对而置的侧面上具有对此相应的支承面34。如果传感器装置100如进一步下面所描述的那样被推到装配元件上，机械固定元件7产生夹紧力，传感器装置100通过所述夹紧力可被可靠地保持。尤其地，装配元件(如例如进一步下面在图4A中所显示的那样)被夹紧在壳体3的下侧35与机械固定元件7之间。

此外，机械固定元件7具有卡锁元件70。卡锁元件70可如所显示的那样构造成卡锁凸起部且在传感器装置在装配元件处的经装配的状态中锁入到装配元件的以窗口形式的相应卡锁配对元件中，从而即使在机械负荷的情形中也可确保传感器装置可靠地紧固在装配元件处。

此外，壳体3(在所显示的实施例中尤其基底件31)具有至少一个装配引导元件36。如尤其在图1D中可识别出的那样，基底件31具有带有引入斜面39的双重导向槽38以及单侧倒棱37作为装配引导元件36。如进一步下面所描述的那样，传感器装置100被装配在其上的装配元件同样具有单侧倒棱，其构造为相对在壳体3处的单侧倒棱37的配对件。

在图2A中显示了电气设备200，其具有如在上述实施例中所描述的传感器装置100。此外，电气设备200具有电气负载20，传感器装置100直接布置且固定在该电气负载处。电气负载20可特别优选地是电动机。电气设备200且尤其电气负载20具有与图3A和3B相结合地更详细描述的装配元件8，传感器装置100布置且固定在该装配元件处。通过传感器装置100的机械固定元件的先前所描述的弹性复位力可确保与装配元件8的持续接触，从而可精确地检测装配元件8的表面温度。

在所显示的实施例中，装配元件8是电气负载20的导电轨道21(例如铜轨道)的部分。备选地，装配元件8也可被固定在电气负载20的汇流排21处。相应地，装配元件8至少在电气负载20自身的运行中可具有至少一个电压并且/或者电流可流动通过装配元件8。

在图2B中显示了交通工具1000，其具有电气设备200。因此，交通工具1000具有传感器装置100和电气负载20、尤其电动机。交通工具1000可以是道路交通工具、轨道交通工具、水上交通工具或空中交通工具。特别优选地，交通工具1000如所绘出的那样是机动车。

在图3A和3B中以俯视图和侧视图形式显示了用于装配元件8的实施例。装配元件8可如所显示的那样构造成例如以舌(尤其金属舌)的形式，传感器装置100可被推到所述舌上。装配元件8为此具有推开区域(Aufschubbereich)80，其配合到在图1A至1H中所显示的传感器装置100的壳体3的下侧35中的由装配引导元件36形成的区域中。利用联接区域83可将装配元件8固定在电气负载处，即如先前所描述的那样例如在汇流排处。备选地，联接区域83也可以是汇流排的部分。通过推开区域80相对联接区域83的例如以大约45°的角度弯曲或弯折的布置可实现传感器装置100在电气负载处的变得容易的装配。

作为相对传感器装置100的机械固定元件7的卡锁元件70的配对件，装配元件8具有卡锁配对元件81，其在所显示的实施例中构造成窗口，传感器装置的构造成卡锁凸起部的卡锁元件可接合到所述窗口中。

此外，装配元件8具有单侧倒棱82，其构造为相对在传感器装置100的壳体3的下侧35中的倒棱37的配对件。

在图4A中，传感器装置100布置在装配元件8上且完全被推上地绘出。通过传感器装置100的卡锁元件和装配元件8的卡锁配对元件以及基于传感器装置的机械固定元件的夹紧力可实现传感器装置100在装配元件8上的可靠且可机械负荷的紧固。

如在图4B中所绘出的那样，传感器装置100在装配元件8上的无意的错误装配可以简单的方式通过装配引导元件、尤其在传感器装置的下侧中的单侧倒棱和在装配元件8中的相应单侧倒棱来避免。因此，通过传感器装置100的装配引导元件可实现在装配期间的导向以及在装配时的抗扭性。此外，装配元件8的成角度的构造可额外地使得正确的装配方向的容易的可识别性成为可能。

即使不是所有组合都被详尽描述，与附图相结合所描述的特征和实施例也可根据另外的实施例彼此组合。此外，与附图结合所描述的实施例可备选地或额外地具有根据在一般部分中的描述的另外特征。

本发明不被依据实施例的描述局限于这些实施例。而是本发明包括任意新的特征以及特征的任意组合，这尤其包含在专利权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或这些组合自身未被详尽地在专利权利要求或实施例中进行说明。

附图标记列表：

1 传感器元件

2 线材连接部

3 壳体

4 供电线路

5 线缆护套

7 机械固定元件

8 装配元件

20 电气负载

21 汇流排

30 空腔

31 基底件

32 顶盖件

33 灌封材料

34 支承面

35 下侧

36 装配引导元件

37 倒棱

38 导向槽

39 引入斜面

70 卡锁元件

80 推开区域

81 卡锁配对元件

82 倒棱

83 接口区域

100 传感器装置

200 电气设备

1000 交通工具。

Claims

1.一种在壳体(3)中带有传感器元件(1)的传感器装置(100)，其中，在所述壳体处布置且固定有机械固定元件(7)，所述机械固定元件具有弹簧元件。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述传感器元件是温度传感器元件。

3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述机械固定元件具有卡锁元件(70)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述壳体具有至少一个装配引导元件(36)，所述装配引导元件从一个或多个引入斜面(39)、一个或多个导向槽(38)、一个或多个倒棱(37)中选择。

5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述壳体具有基于被填充的液晶聚合物的合成材料。

6.根据前述权利要求所述的传感器装置，其中，所述合成材料具有被填充以氮化硼的液晶聚合物。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器装置，其中，所述壳体具有彼此相连接的基底件(31)和顶盖件(32)，并且具有空腔(30)，在所述空腔中布置有所述传感器元件。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的传感器装置，其中，所述壳体是一件式的且具有空腔(30)，在所述空腔中布置有所述传感器元件。

9.根据权利要求7或8所述的传感器装置，其中，所述空腔至少部分具有灌封材料(33)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述传感器装置的所有材料具有对于应用在至少在大于或等于-40ºC且小于或等于200ºC的范围中的温度下的温度稳定性。

11.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述传感器装置设置且设定用于处于与具有直至2500V的电压的表面的直接接触地运行。

12.一种带有根据权利要求1至11中任一项所述的传感器装置(100)和电气负载(20)的电气设备(200)，其中，所述传感器装置布置在所述电气负载处且由所述机械固定元件(7)通过夹紧力固定。

13.根据权利要求12所述的电气设备，其中，所述电气负载是电动机。

14.根据权利要求11或12所述的电气设备，其中，所述电气负载具有装配元件(8)，所述传感器装置布置且固定在所述装配元件处。

15.根据前述权利要求所述的电气设备，其中，所述装配元件是所述电气负载的汇流排(21)的部分。

16.根据权利要求14或15所述的电气设备，其中，所述装配元件构造成金属舌的形式，所述传感器装置被推到所述金属舌上。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的电气设备，其中，所述装配元件具有卡锁配对元件(81)，所述机械固定元件的卡锁元件(70)被锁入到所述卡锁配对元件中。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的电气设备，其中，所述装配元件具有单侧倒棱(82)，其构造为相对在所述壳体处的单侧倒棱(37)的配对件。

19.一种带有根据权利要求12至18中任一项所述的电气设备(200)的交通工具(1000)。