DE102016113055B3

DE102016113055B3 - Anordnung zur Strommessung an einer Stromdurchführung

Info

Publication number: DE102016113055B3
Application number: DE102016113055.9A
Authority: DE
Inventors: Stephan Werker; Wilfried Pfahl; Mario Lenz
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2017-11-30
Anticipated expiration: 2036-07-16
Also published as: US10605833B2; KR101913143B1; KR20180008274A; US20180017600A1

Abstract

Der Erfindung, welche eine Anordnung zur Strommessung an einer Stromdurchführung betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Strommessung anzugeben, mittels welcher eine sichere, galvanisch getrennte Messung von Motorphasenströmen vorgenommen werden kann, wobei der Bauraumbedarf der Anordnung verringert ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Sensor eine Messspule ist und dass die Messspulen auf dem Durchführungskontakt, galvanisch getrennt von diesem, angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Strommessung an einer Stromdurchführung, bestehend aus einer planaren Platte, in welcher mindestens ein Durchführungskontakt angeordnet ist, wobei zwischen der planaren Platte und dem Durchführungskontakt eine elektrisch isolierende Umspritzung angeordnet ist und einer Verstärkeranordnung zur Verstärkung eines Strommesssignals.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Strommessung an druckfesten Durchführungskontakten, welche als E-Pins bezeichnet werden, wobei die Anordnung zur Strommessung eine galvanische Trennung aufweisen muss. Derartige Strommessungen sind beispielsweise an elektrischen Kältemittelverdichtern notwendig, bei denen druckfeste Durchführungskontakte zur Stromzufuhr des Antriebsmotors zum Einsatz kommen.
Derartige elektrische Antriebsmotoren werden von einem elektrischen Wechselrichter, welcher auch als Inverter bezeichnet wird, angesteuert, welcher die Drehzahl und das Drehmoment des Antriebsmotors durch Regelung der Motorphasenströme bestimmt. Für eine Regelung der Drehzahl und/oder des Drehmoments des Antriebsmotors werden unter anderem Kenntnis über die einzelnen Motorphasenströme benötigt.
Bekannt ist es, einen Motorphasenstrom i mittels eines in der Zuleitung der zu messenden Motorphase eingefügten Präzisions-Shunt-Widerstands sowie eines mit dem Präzisions-Shunt-Widerstand verbundenen Differenzverstärkers zu messen.
Bei einer Messung derartiger Motorphasenströme muss insbesondere bei sogenannten Hochvoltinvertern, also Invertern, welche eine Ausgangswechselspannung im Bereich über 25 Volt bereitstellen, die Messung unter Beachtung einer galvanischen Trennung zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Messanordnung durchgeführt werden. Eine derartige galvanische Trennung oder isolierte Messung nach dem Stand der Technik wird beispielsweise mit Hilfe von speziellen isolierten Differenzverstärkern oder Halleffekt-Sensor-Schaltkreisen bewerkstelligt.
Außerdem ist es notwendig, auf der Leiterkarte einen entsprechenden Bauraum vorzusehen, für die aufgrund der einzuhaltenden Isolationsabstände relativ groß gebauten Komponenten.
Für den Fall, dass der durch den Inverter oder Umrichter anzutreibende Motor in einem druckbeaufschlagtem Gehäuse angeordnet ist, wie dies zum Beispiel in einem elektrischen Kältemittelverdichter der Fall ist, bei welchem der Antriebsmotor in einem druckbeaufschlagten Gehäuse angeordnet ist, welches von einem Kühlmittel umgeben ist, muss die Stromversorgung dieses Antriebsmotors durch sogenannte druckfeste Durchführungskontakte (E-Pins) realisiert werden. Nach dem Stand der Technik sind derartige Durchführungskontakte aus beschichteten Kupferstiften auszuführen. Diese Durchführungskontakte sind jeweils mittels einer Glas- oder Kunststoffumspritzung in einer Öffnung einer planaren Platte (E-Pinplatte) fixiert und somit elektrisch isoliert in der planaren Platte befestigt.
Die planare Platte selbst besitzt eine druckfeste Passung oder eine Dichtung und wird beispielsweise gegen das druckbeaufschlagte Gehäuse des Kältemittelverdichters verschraubt oder verklemmt.
Ein Nachteil dieses beschriebenen Standes der Technik ist, dass die Differenzverstärker oder Halleffekt-Sensor-Schaltkreise der Anordnung zur Strommessung, insbesondere in der Anwendung eines Hochvoltinverters, eine interne Isolierung aufweisen müssen. In einer alternativen Ausführung muss ein weiterer Baustein oder integrierter Chip (IC) zur Bereitstellung der Isolation, beispielsweise in Form eines Optokopplers verwendet werden. Diese Maßnahmen vergrößern den schaltungstechnischen Aufwand, treiben hierdurch die Kosten für die erforderliche Elektronik auf der Platine in die Höhe und erhöhen den Platzbedarf.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass durch den Mehraufwand die Messdynamik sinkt. Außerdem muss ein Ansteigen der Zeitverzögerung bei der Strommessung hingenommen werden, was sich auf eine präzise Regelung eines Antriebsmotors negativ auswirkt, da es zu einer größeren Totzeit im Regelalgorithmus des Inverters kommt. Durch das Erfordernis der galvanischen Trennung müssen unter Umständen auch speziell isolierte Spannungen mittels einer speziellen Spannungsversorgung für die galvanisch getrennte Messschaltung bereitgestellt werden. Dies bedeutet einen weiteren schaltungstechnischen Aufwand, da beispielsweise ein isolierter Gleichspannungswandler aufgebaut und in die Schaltung integriert werden muss.
Sollen größere Ströme, beispielsweise in einem Bereich größer als 10 A, gemessen werden, müssen die eingesetzten Präzisions-Shunt-Widerstände und Hallsensoren in entsprechenden Baugrößen dimensioniert werden, was zu einer Vergrößerung des Platzbedarfs im Platinen-Layout führt.
Der Herstellungsprozess der E-Pinplatten stellt Mindestanforderungen an die Länge der E-Pins, da diese im Herstellungsprozess durch eine Halterung fixiert werden müssen. Diese Mindestlänge der E-Pins vergrößert den Bauraum des Inverters, da hierdurch ein Mindestabstand zwischen E-Pinplatte und Inverterplatine entsteht, welcher im Stand der Technik ungenutzt bleibt.
Aus der JP 2013-148037 A ist ein Kompressor, welcher für das Verdichten eines Kältemittels vorgesehen ist, bekannt. Für diesen Kompressor ist ein Verbinder mit Verbindungsanschlüssen und einem Verbindergehäuse offenbart, über welchen die Stromversorgung des Motors des Kompressors über mehrere Kontakte sichergestellt wird. Der besondere Vorteil dieses Verbinders liegt darin, dass die elektrischen Isolationseigenschaften des Verbinders auch im Falle einer Verschmutzung der Kontakte durch ein eindringendes Öl oder Kältemittel ausreichend sichergestellt werden.
Eine weitere Anordnung zur Stromdurchführung für einen elektrischen Antriebsmotor ist aus der EP 2 287 876 A1 bekannt. Diese Stromdurchführung weist mehrere isoliert angeordnete Stromkontakte auf, wobei vorgesehen ist, dass eine thermische Überlast-Sicherung in der Stromdurchführung integriert angeordnet ist.
Diese Lösungen weisen keine Anordnung zur Strommessung an einer Stromdurchführung auf und bei einer entsprechenden Erweiterung der Anordnung somit die bereits oben beschriebenen Nachteile.
In der US 2005/0196285 A1 wird eine Kompressor-Anordnung beschrieben, welche mit einem Sensor in Verbindung steht, der verschiedene Prozessparameter überwacht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Anordnung zur Strommessung anzugeben, mittels welcher eine sichere, galvanisch getrennte Messung von Motorphasenströmen vorgenommen werden kann, wobei der Bauraumbedarf zumindest auf der Inverterplatine oder Leiterplatte der Anordnung verringert ist.
Bezogen auf die Gesamtinverteranordung soll die Strommessung bzw. die hierfür notwendigen Mittel durch die vorliegende Erfindung an eine bisher räumlich nicht ausgenutzte Stelle verlagert werden.
Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 10 angegeben.
In der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, eine Messspule als Sensor zur Strommessung auf einem in der planaren Platte angeordneten Durchführungskontakt anzuordnen. Weist die planare Platte mehrere Durchführungskontakte auf, so wird auf jedem Durchführungskontakt je eine Messspule angeordnet. Dabei wird beispielsweise eine zylindrisch gewickelte Spule aus einer oder mehreren Wicklungen als Messspule eingesetzt. Diese Messspule wird auf der Inverterseite eines Druckgehäuses beispielsweise eines Kältemittelverdichters jeweils auf einen der Durchführungskontakte aufgeschoben und jeweils mit einer zugehörigen Auswerteelektronik auf einer Inverterplatine verbunden. Derart können die durch die Durchführungskontakte fließenden sich zeitlich verändernden Ströme zum Antriebsmotor sicher gemessen werden.
Derart kann einerseits der Bauraum, welcher durch einen vorgeschriebenen Mindestabstand zwischen der planaren Platte und einer Inverterplatine entsteht, in der Erfindung vorteilhaft ausgenutzt werden. Andererseits gewährleistet die Messspule, welche elektrisch isoliert auf dem Durchführungskontakt angebracht wird, bereits eine galvanische Trennung bei der Strommessung, wodurch die im Stand der Technik notwendigen Bauelemente zur galvanischen Trennung entfallen können.
Vorgesehen ist es, dass die Messspule mindestens eine, vorzugsweise mehrere Windungen, bestehend aus einem leitfähigen Drahtmaterial wie Kupfer oder Aluminium, aufweist. Diese Drahtwindungen können über den Durchführungskontakt geschoben und beispielsweise mittels einer nichtleitenden Klebe- oder Vergussmasse fixiert werden.
In einer bevorzugten Ausführung werden die Drahtwindungen auf einem Spulenkörper aufgewickelt. Dieser, aus einem nicht leitfähigem Material bestehende Spulenkörper weist eine Öffnung auf, deren Innendurchmesser derart gewählt wird, dass der Spulenkörper über einen Durchführungskontakt geschoben werden kann.
Zur Fixierung des Spulenkörpers auf dem Durchführungskontakt kann ein Kleber oder eine Vergussmasse zwischen den Spulenkörper und den Durchführungskontakt eingebracht werden.
Als Material für den Spulenkörper können beispielsweise ein Kunststoff oder ein Teflon^TM-Werkstoff sowie andere nichtleitende Materialien eingesetzt werden.
Vorgesehen ist es, die planare Platte, welche beispielsweise rechteckig, kreisförmig, dreieckig oder nierenförmig ausgestaltet sein kann, mit einer im Randbereich um die planare Platte herum verlaufenden Vertiefung zu versehen. In diese Vertiefung kann eine der Form der Vertiefung entsprechende Dichtung eingelegt werden und die planare Platte dann mit einem Gehäuse eines Kältemittelverdichters verschraubt werden. Derart wird eine Stromdurchführung beispielsweise für einen Antriebsmotor eines Kältemittelverdichters mit einem oder mehreren Durchführungskontakten bereitgestellt und das Kompressorgehäuse abgedichtet.
Als eine Alternative zu der oben beschriebenen Dichtung an der planaren Platte kann auch eine Passung gewählt werden, um die planare Platte dicht an dem Gehäuse des Kältemittelverdichters zu befestigen. Zum Einsatz kommen können mehrere planare Platten mit je einem Durchführungskontakt oder eine planare Platte mit mehreren Durchführungskontakten bei der Stromversorgung eines mehrphasigen Antriebsmotors.
Werden beispielsweise zwei oder drei Durchführungskontakte für einen dreiphasigen Antriebsmotor eingesetzt ist es vorteilhaft, auf jedem Durchführungskontakt je eine Messspule zur Strommessung anzuordnen. Diese werden jeweils mit einem zugehörigen Differenzverstärker eingangsseitig gekoppelt und derart je Phase ein Strommesssignal durch die Anordnung zu Strommessung an einer Stromdurchführung bereitgestellt. Wie üblich werden diese bereitgestellten Signale durch eine den Antriebsmotor ansteuernde elektronische Schaltung verwendet, um beispielsweise die Drehzahl oder das Drehmoment des Antriebsmotors zu beeinflussen.
In einer vorteilhaften Ausführung ist es vorgesehen, eine Leiterplatte anzuordnen, welche zur Stromzuführung für den Antriebsmotor mit den Durchführungskontakten verbunden ist. Auf dieser Leiterplatte werden die zur Verstärkung des vom Sensor bereitgestellten Messsignals benötigten Differenzverstärker angeordnet und mit ihren Eingängen mit je einer Messspule verbunden. Die Leiterplatte weist auch Ausgänge zur Ausgabe der von der Anordnung zur Strommessung erzeugten Ausgangssignale auf, welche jeweils mit einem Ausgang der Differenzverstärker verbunden sind.
Diese Leiterplatte kann auch die Bauteile eines den Antriebsmotor ansteuernden Inverters aufnehmen.
In einer speziellen Ausführung besteht die Möglichkeit, an einem dreiphasigen Antriebsmotor an nur zwei der drei Durchführungskontakten je eine Messspule anzuordnen und nur zwei Strommessungen durchzuführen, um den Antriebsmotor bedarfsgerecht zu steuern. In diesem Fall besteht die Möglichkeit mit den Werten der zwei ermittelten Phasenströmen den dritten Phasenstrom rechnerisch, unter Verwendung eines aus dem Stand der Technik bekannten Algorithmus, zu bestimmen. Derart kann der schaltungstechnische Aufwand, zumindest für die Strommessung an der Stromdurchführung, reduziert werden.
In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, dass an der Stelle der oben beschriebenen Messspule, welche über dem Durchführungskontakt mit oder ohne einem Spulenkörper befestigt wird, ein ringförmiger magnetischer Träger angeordnet wird, welcher aus einem magnetischen Werkstoff mit einer hohen Permeabilität besteht. Der magnetische Werkstoff sollte vorzugsweise eine Permeabilität μ von mehr als 300 H·m^–1 aufweisen. Zum Einsatz gelangen Ferrite oder Ferritlegierungen, welche geringe magnetische Verluste aufweisen.
Die Messspule wird durch ein radiales Umwickeln des ringförmigen magnetischen Trägers, mittels eines leitfähigen Drahtmaterials, bestehend beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, mit mehreren Windungen ausgebildet. Bedingt durch dieses Umwickeln verläuft das Drahtmaterial zumindest in einem Abschnitt je Wicklung parallel zum Durchführungskontakt.
Die entstehende Einheit aus ringförmigen magnetischen Träger und Messspule weist eine Öffnung auf, deren Innendurchmesser derart gewählt wird, dass die Einheit über einen Durchführungskontakt geschoben werden kann. Diese Einheit wird auf dem Durchführungskontakt, elektrisch isoliert von diesem, befestigt. Zur Fixierung dieser Einheit auf dem Durchführungskontakt kann ein Kleber oder eine Vergussmasse zwischen dem Durchführungskontakt und der Einheit eingebracht werden.
Mittels dieser Einheit können niederfrequente Ströme, insbesondere im Bereich zwischen ca. 50 Hz und 3 kHz, mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Bedingt durch das verwendete magnetische Material für den ringförmigen magnetischen Träger wird eine Konzentration des, durch den im Durchführungskontakt fließenden Strom I erzeugten, magnetischen Feldes erreicht. Somit wird der Magnetfluss in der Messspule höher und die Strommessung verbessert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
1: eine Anordnung zur Strommessung, welche für den Einsatz zur Strommessung an einer Stromdurchführung nach dem Stand der Technik geeignet ist,
2: eine Schnittdarstellung einer E-Pinplatte nach dem Stand der Technik,
3: eine Schnittdarstellung durch einen Kältemittelverdichter mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Strommessung an einer Stromdurchführung,
4: eine elektrische Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Strommessung,
5: eine Darstellung einer Ausführung einer E-Pinplatte mit Teilen der erfindungsgemäßen Anordnung zur Strommessung und
6: eine weitere Ausführungsform der E-Pinplatte mit Teilen der erfindungsgemäßen Anordnung zur Strommessung.
Die 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung zur Strommessung 1, mittels welcher eine Strommessung an einer Stromdurchführung 18, welche in der 1 nicht dargestellt ist, realisiert werden kann.
Dargestellt ist ein Antriebsmotor 2, welcher über drei Phasenwicklungen 3, 4 und 5 verfügt. Zur Messung des ersten Motorphasenstroms 6 (i1) ist in der entsprechenden Zuleitung zur ersten Phasenwicklung 3 ein erster Shunt-Widerstand 9 eingebracht. Zur Messung des zweiten Motorphasenstroms 7 (i2) ist in der Zuleitung zur zweiten Phasenwicklung 4 der Shunt-Widerstand 10 und für die Messung des dritten Motorphasenstroms 8 (i3) der Shunt-Widerstand 11 vorgesehen. Wie üblich, werden die über den Shunt-Widerständen 9, 10 und 11 abfallenden Spannungen an je einen Eingang eines zugehörigen Differenzverstärkers gegeben und von diesem in eine Ausgangsspannung mit einer größeren Spannungsamplitude gewandelt.
In der 1 wird die über dem ersten Shunt-Widerstand 9 abfallende Spannung an den Eingang eines ersten Differenzverstärkers 12 gegeben, welcher die erste Ausgangsspannung V_1 am Differenzverstärkerausgang 15 erzeugt. Die Größe dieser Ausgangsspannung ist abhängig von der am Shunt-Widerstand 9 abfallenden Spannung und dem Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers 12. Die in der 1 durch den Differenzverstärker 12 verlaufende Strich-Strich-Linie steht für die Eigenschaft des Differenzverstärkers 12, eine galvanische Trennung zwischen der Eingangsspannung und der erzeugten Ausgangsspannung zu realisieren. Gleiches gilt auch für die Differenzverstärker 13 und 14.
Weiterhin wird die über dem zweiten Shunt-Widerstand 10 abfallende Spannung an den Eingang eines zweiten Differenzverstärkers 13 gegeben, welcher die zweite Ausgangsspannung V_2 am Differenzverstärkerausgang 16 erzeugt. Die über dem dritten Shunt-Widerstand 11 abfallende Spannung wird an den Eingang eines dritten Differenzverstärkers 14 gegeben, welcher die dritte Ausgangsspannung V_3 am Differenzverstärkerausgang 17 erzeugt.
Die drei durch die Anordnung zur Strommessung 1 erzeugten Ausgangsspannungen V_1, V_2 und V_3 werden einem nicht dargestellten elektrischen Wechselrichter, welcher den Antriebsmotor 2 ansteuert oder einer zentralen Steuer- oder Regeleinheit zugeführt und beispielsweise zur Regelung der Drehzahl oder des Drehmoments des Antriebsmotors 2 genutzt.
Die in der 2 dargestellte Stromdurchführung 18 besteht aus einer planaren Platte 19 (E-Pinplatte), welche meist ein, zwei oder drei Durchführungskontakte 20 (E-Pins) aufweist, wobei die Durchführungskontakte 20 in der planaren Platte 19 mittels einer Umspritzung 21 elektrisch isoliert und dicht befestigt sind. Zur dichtenden Befestigung der planaren Platte 19 an einem Gehäuse 24 eines Kältemittelverdichters 23, nicht dargestellt in der 2, ist die planare Platte 19 mit einer umlaufenden Dichtung 22 versehen. Alternativ kann die planaren Platte 19 auch mit einer druckfesten Passung ausgeführt werden.
Vorgesehen ist es, die planaren Platten 19 gegen ein Druckgehäuse 24 eines Kältemittelverdichters 23 zu verschrauben oder zu verklemmen.
In der 3 ist ein Kältemittelverdichter 23 mit einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 zur Strommessung an einer Stromdurchführung 18 in einer Schnittdarstellung gezeigt. In einem Kompressorgehäuse 24 ist ein Antriebsmotor 2 angeordnet, wobei sich zwischen dem Gehäuse des Antriebsmotors 2 und dem Kompressorgehäuse 24 eine Kühlflüssigkeit 25 befindet.
An der in der 3 gezeigten oberen Seite des Kompressorgehäuses 24 ist die Stromdurchführung 18 angeordnet. Die planare Platte 19 weist drei Durchführungskontakte 20 auf, welche mittels einer Umspritzung 21 in dieser befestigt sind. Die drei dargestellten Durchführungskontakte 20 sind mit einer Leiterplatte 27 verbunden. Über diese Leiterplatte 27 erfolgt die Stromzufuhr zu den drei Durchführungskontakten 20. Außerdem können auf dieser Leiterplatte 27 weitere Bauteile oder Komponenten des den Antriebsmotor 2 ansteuernden Inverters angeordnet werden.
Zur Strommessung sieht die Erfindung vor, an den Durchführungskontakten 20 je eine Messspule 26 anzubringen und diese Messspule 26 mit einem zugehörigen Differenzverstärker 12 oder 13 oder 14 zu verbinden. Diese Messspulen 26 können beispielsweise auf einen aus Kunststoff bestehenden Kern aufgewickelt werden, welche über den Durchführungskontakt 20 geschoben wird. Die zugehörigen Differenzverstärker 12, 13 und 14 werden vorteilhafterweise auf der Leiterplatte 27 angeordnet.
Fließt ein sich zeitlich veränderter Strom i1(t), i2(t) oder i3(t) durch einen Durchführungskontakt 20 vom Inverter zum Antriebsmotor 2, so erzeugt dieser Strom ein magnetisches Feld um den Durchführungskontakt 20 herum, welches sich auch in der Messspule 26 ausbreitet. Durch dieses magnetische Feld wird ein zum Strom i1(t), i2(t) oder i3(t) proportionaler Spannungsabfall entlang der Messspule 26 induziert.
Dieser Spannungsabfall kann an den Enden der Spulenwicklung der Messspule 26 von einem Differenzverstärker 12, 13 oder 14 abgegriffen und in der Amplitude verstärkt werden. Am Ausgang des Differenzverstärkers 12, 13 oder 14 ergibt sich so eine zum Strom proportionale Ausgangsspannung V_1, V_2 oder V_3, die von einer Elektronik des Inverters oder einer zentralen Steuereinheit weiterverarbeitet wird.
Vorgesehen ist es, über die Windungszahl der Messspule 26 und die Verstärkung des Differenzverstärkers 12, 13 oder 14 die Ausgangsamplitude der zum Strom proportionalen Ausgangsspannung einzustellen.
In der 4 ist das elektrische Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Anordnung 1 zur Strommessung an einer Stromdurchführung 18 dargestellt. Auszugsweise ist ein Durchführungskontakt 20 mit seiner isolierenden Umspritzung 21 dargestellt. Durch den Durchführungskontakt 20 fließt der vom Inverter bereitgestellte sich zeitlich verändernde Strom i(t) und erzeugt ein Magnetfeld um den Durchführungskontakt 20 herum.
Auf dem Durchführungskontakt 20 ist eine Messspule 26 angeordnet. Diese Messspule 26 wird beispielsweise auf einem aus einem isolierenden Material bestehenden Spulenkörper aufgewickelt und auf den Durchführungskontakt 20 geschoben. Bedingt durch die Nutzung eines isolierenden Spulenkörpers oder eines vergleichbaren Mittels ist das Erfordernis einer galvanischen Trennung bereits erfüllt. Weitere schaltungstechnische Maßnahmen, wie der Einsatz spezieller Differenzverstärker oder von Halleffekt-Sensor-Schaltkreisen, sind daher nicht notwendig.
Das erzeugte Magnetfeld durchströmt die Messspule 26 und erzeugt über den Messspulen 26 einen Spannungsabfall. Diese Spannung ist beispielsweise die Eingangsspannung des Differenzverstärkers 12. Dieser Differenzverstärker 12 ist mit einer Betriebsspannung VCC sowie einem Massepotenzial zur Betriebsspannungsbereitstellung verbunden.
Die Differenzverstärker 12, 13 oder 14 erzeugen je eine Ausgangsspannung V_m an ihren Differenzverstärkerausgängen 15, 16 oder 17 gemäß der allgemeinen Beziehung V_m(t) ~ N·L·di(t)/dt, wobei L die Induktivität und N die Anzahl der Messspulenwindungen ist. Die Ausgangsspannung V_m ist somit proportional zum Motorphasenstrom 6, 7 oder 8.
Die Ausgangsspannungen V_1, V_2 und V_3 der Differenzverstärker 12, 13 und 14 werden beispielsweise einer zentralen Steuerung zugeführt, welche in der 4 nicht dargestellt ist. Diese zentrale Steuerung nutzt die Informationen der Ausgangsspannungen V_1, V_2 und V_3 beispielsweise zur Regelung der Drehzahl, des Drehmoments oder der Lage eines Antriebsmotors 2 und steuert zu diesem Zweck einen mit dem Antriebsmotor 2 verbundenen Inverter an.
In der 5 ist eine beispielhafte Ausführung einer Stromdurchführung 18 mit Teilen der erfindungsgemäßen Anordnung 1 zur Strommessung dargestellt. In einer planaren Platte 19 (E-Pinplatte) welche nierenförmig ausgeführt ist, sind drei Durchführungskontakte 20 eingebracht. Die Ausführung der planaren Platte 19 ist nicht auf die Nierenform beschränkt. Ausführungen in kreisförmiger, elliptischer, quadratischer, vier oder n-eckiger Form sind ebenso möglich. Zur sicheren Fixierung und elektrischen Isolierung der drei Durchführungskontakte 20 ist zwischen jedem Durchführungskontakt 20 und der diesen im Bereich der Durchführungsstelle umgebenden planaren Platte 19 eine Umspritzung 21 eingebracht. Diese Umspritzung 21 ist in der 5 am mittleren Durchführungskontakt 20 beispielhaft dargestellt.
Zur Messung des Stroms, welcher durch einen Durchführungskontakt 20 fließt, werden auf einen Spulenkörper 28 beispielsweise einige Wicklungen eines Kupferdrahts aufgewickelt und derart die Messspule 26 ausgebildet.
Vorzugsweise wird der Innendurchmesser des Spulenkörpers 28 derart gewählt, dass der Spulenkörper 28 auf einen Durchführungskontakt 20 aufgeschoben werden kann. Als Material für den Spulenkörper 28 kann beispielsweise Kunststoff oder Teflon^TM zum Einsatz kommen.
Die planare Platte 19 weist beispielsweise mit dem in der 5 dargestellten Verlauf eine umlaufende Nut auf, in welche eine Dichtung 22 einlegbar ist. Das Kompressorgehäuse 24 eines Kältemittelverdichters 23 weist eine mit der dargestellten planaren Platte 19 korrespondierende Öffnung auf, welche durch die planare Platte 19 verschlossen werden kann. Zur Durchführung von Befestigungsschrauben, zum Verschrauben der planaren Platte 19 am Kompressorgehäuse 24, weist die planare Platte 19 Öffnungen auf. Im Beispiel der 5 sind zwei Öffnungen dargestellt.
In dieser Ausführung berühren die Drahtwicklungen der Messspule 26 die Durchführungskontakte 20 nicht und sind somit galvanisch getrennt von diesen angebracht. Zur mechanischen Fixierung der Positionen der aufgeschobenen Spulenkörper 28 der Messspulen 26 auf den Durchführungskontakten 20 kann beispielsweise eine Klebe- oder Vergussmasse eingesetzt werden.
Die Anschlussdrähte der Messspulen 26 werden über entsprechende, nicht in der 5 dargestellte, Leitungen mit den zugehörigen Differenzverstärkern 12, 13 und 14 zur Erzeugung der Ausgangssignale V_1, V_2 und V_3 der Anordnung zur Strommessung verbunden. Diese Ausgangssignale V_1, V_2 und V_3 werden einer zentralen Steuereinheit oder einem ein Steuermittel beinhaltenden Inverter zugeführt und ermöglichen derart eine Steuerung der Drehzahl sowie des Drehmoments des Antriebsmotors 2.
In der 6 ist eine weitere Ausführungsform der E-Pinplatte 19 mit Teilen der erfindungsgemäßen Anordnung zur Strommessung dargestellt. Die 6 zeigt nur den rechten Teil der aus der 5 bekannten Stromdurchführung 18 mit der planaren Platte 19 und einem Durchführungskontakt 20.
Auf diesem Durchführungskontakt 20 ist ein ringförmiger magnetischer Träger 29 angeordnet, welcher mit der durch mehrere Drahtwindungen ausgebildeten Messspule 26 umgeben ist. Diese Einheit, bestehend aus der Messspule 26 und dem ringförmigen magnetischen Träger 29, wird in der in der 6 gezeigten Position beispielsweise mittels eines Klebers oder einer Vergussmasse, welche nicht dargestellt ist elektrisch isoliert vom Durchführungskontakt 20 befestigt.
Auch in dieser Ausgestaltung der Erfindung werden die Anschlussdrähte der Messspulen 26 über entsprechende, nicht in der 6 dargestellte, Leitungen mit den zugehörigen Differenzverstärkern 12, 13 und 14 zur Erzeugung der Ausgangssignale V_1, V_2 und V_3 der Anordnung zur Strommessung verbunden.
Mit der vorliegenden Erfindung lassen sich Vorteile bezüglich des schaltungstechnischen Aufwandes, des Platzbedarfs der Stromsensorelektronik und sowie der Kosten erzielen.
Die prinzipbedingte galvanische Trennung zwischen der Messspule 26 und dem Durchführungskontakt 20 (E-Pin) ermöglicht den Verzicht auf isolierte Verstärker, Hallsensoren oder ähnliche Bauelemente. Dies verringert den schaltungstechnischen Aufwand, senkt den Platzbedarf für die Elektronik auf der Platine der Anordnung 1 zur Strommessung und ermöglicht hierdurch eine Kostenreduktion.
Insbesondere bei der Messung von großen Strömen (> 20A) werden, wie zuvor beschrieben, entsprechend große Bauteile im Bauraum benötigt. Durch die Messung der Ströme an den Durchführungskontakten 20 können diese großen Bauteile entfallen. Auch hierdurch kann der Platzbedarf im Platinen Layout sowie im gesamten Bauraum weiter gesenkt werden.
Bezugszeichenliste

1: Anordnung zur Strommessung
2: Antriebsmotor
3: erste Phasenwicklung
4: zweite Phasenwicklung
5: dritte Phasenwicklung
6: erster Motorphasenstrom
7: zweiter Motorphasenstrom
8: dritter Motorphasenstrom
9: erster Shunt-Widerstand
10: zweiter Shunt-Widerstand
11: dritter Shunt-Widerstand
12: erster Differenzverstärker
13: zweiter Differenzverstärker
14: dritter Differenzverstärker
15: erster Differenzverstärkerausgang
16: zweiter Differenzverstärkerausgang
17: dritter Differenzverstärkerausgang
18: Stromdurchführung
19: planare Platte (E-Pinplatte)
20: Durchführungskontakt
21: Umspritzung
22: Dichtung
23: Kältemittelverdichter
24: Kompressorgehäuse, Druckgehäuse
25: Kühlmittel, Kühlflüssigkeit
26: Messspule/Wicklung
27: Leiterplatte
28: Spulenkörper
29: ringförmiger magnetischer Träger

Claims

Anordnung zur Strommessung (1) an einer Stromdurchführung (18), bestehend aus einer planaren Platte (19), in welcher mindestens ein Durchführungskontakt (20) angeordnet ist, wobei zwischen der planaren Platte (19) und dem Durchführungskontakt (20) eine elektrisch isolierende Umspritzung (21) angeordnet ist, einem Sensor zur Erzeugung eines Sensorsignals und einer Verstärkeranordnung (12, 13, 14) zur Verstärkung des erzeugten Sensorsignals, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Messspule (26) ist und dass die Messspule (26) auf dem Durchführungskontakt (20), galvanisch getrennt von diesem, angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Durchführungskontakt (20) ein Spulenkörper (28) angeordnet ist, auf welchem mehrere, die Messspule (26) bildende Drahtwicklungen aufgebracht sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Durchführungskontakt (20) ein ringförmiger magnetischer Träger (29) angeordnet ist, um welchen herum mehrere, die Messspule (26) bildende Drahtwicklungen angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (28) oder der ringförmige magnetische Träger (29) mit einer Klebe- oder Vergussmasse fest auf dem Durchführungskontakt (20) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (28) der Messspule (26) aus einem Kunststoff oder Teflon^TM besteht.
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige magnetische Träger (29) aus einem Ferrit oder einer Ferritlegierung mit einer Permeabilität größer 300 H·m^–1 besteht.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der planaren Platte (19) eine umlaufende Nut angeordnet ist, in welche eine Dichtung (22) eingelegt wird.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die planare Platte (19) an einem Kompressorgehäuse (24) eines Kältemittelverdichters (23) angeordnet wird.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der planaren Platte (19) der Stromdurchführung (18) zwei oder drei Durchführungskontakte (20) angeordnet sind und dass auf jedem dieser Durchführungskontakte (20) je eine Messspule (26) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiterplatte (27) angeordnet ist, dass auf dieser Leiterplatte ein oder mehrere Differenzverstärker (12, 13, 14) angeordnet sind, dass die Differenzverstärker (12, 13, 14) eingangsseitig mit je einer Messspule (26) verbunden sind, dass die Durchführungskontakte (20) mit der Leiterplatte (27) zur Stromzufuhr für den Antriebsmotor (2) verbunden sind und dass auf der Leiterplatte (27) Ausgänge der Anordnung zur Strommessung (1) angeordnet sind, welche jeweils mit den Ausgängen der Differenzverstärker (12, 13, 14) verbunden sind.