DE102017218861A1 - Circuit arrangement and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Schaltungsanordnung, umfassend wenigstens einen Aktor (5), wobei der Aktor (5) wenigstens eine Komponente umfasst, welche einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand aufweist und durch deren Bestromung eine Kraft und/oder ein Drehmoment durch den Aktor (5) ausübbar ist, wobei zu der Komponente des Aktors wenigstens ein zweipoliges Widerstandselement (6) in Reihe geschaltet ist, wobei ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand des Widerstandselements (6) einen Temperaturkoeffizienten aufweist, welcher innerhalb eines Betriebstemperaturbereichs ein umgekehrtes Vorzeichen gegenüber einem Temperaturkoeffizienten des temperaturabhängigen Widerstandes der Komponente des Aktors (5) aufweist.Circuit arrangement, comprising at least one actuator (5), wherein the actuator (5) comprises at least one component which has a temperature-dependent electrical resistance and by the energization of a force and / or torque through the actuator (5) is exercisable, wherein the Component of the actuator at least a two-pole resistor element (6) is connected in series, wherein a temperature-dependent electrical resistance of the resistance element (6) has a temperature coefficient which has an inverse sign over a temperature coefficient of the temperature-dependent resistance of the component of the actuator (5) within an operating temperature range ,
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung umfassend wenigstens einen Aktor, wobei der Aktor wenigstens eine Komponente umfasst, welche einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand aufweist und durch deren Bestromung eine Kraft und/oder ein Drehmoment durch den Aktor ausübbar ist.The invention relates to a circuit arrangement comprising at least one actuator, wherein the actuator comprises at least one component which has a temperature-dependent electrical resistance and by the energization of which a force and / or torque can be exerted by the actuator.
Aktoren, durch welche eine Kraft und/oder ein Drehmoment ausübbar sind, kommen bei einer Vielzahl von verschiedenen Anwendungen zum Einsatz. Dabei kann es vorkommen, dass sich ein Aktor im Betrieb selbst erwärmt oder dass der Aktor in einer Umgebung angeordnet ist, welche während des Betriebs des Aktors Temperaturschwankungen unterworfen sein kann. Um eine Beeinträchtigung der Funktionsweise des Aktors in solchen Situationen zu verhindern, kann eine Kompensation von Temperatureffekten, welche den Betrieb des Aktors beeinflussen, vorgesehen werden.Actuators, by which a force and / or torque are exercised, are used in a variety of different applications. It may happen that an actuator heats itself during operation or that the actuator is disposed in an environment which may be subject to temperature fluctuations during operation of the actuator. In order to prevent an impairment of the operation of the actuator in such situations, a compensation of temperature effects, which influence the operation of the actuator, be provided.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze zur Kompensation von Temperatureffekten bei Schaltungsanordnungen bekannt.Various approaches to compensate for temperature effects in circuit arrangements are known from the prior art.
So wird in
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation beim Betrieb eines Aktors anzugeben.The invention has for its object to provide an improved circuit arrangement for temperature compensation during operation of an actuator.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zu der Komponente des Aktors wenigstens ein zweipoliges Widerstandselement in Reihe geschaltet ist, wobei ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand des Widerstandselements einen Temperaturkoeffizienten aufweist, welcher innerhalb eines Betriebstemperaturbereichs ein umgekehrtes Vorzeichen gegenüber einem Temperaturkoeffizienten des temperaturabhängigen Widerstandes der Komponente des Aktors aufweist.To achieve this object, the invention provides that to the component of the actuator at least a two-pole resistive element is connected in series, wherein a temperature-dependent electrical resistance of the resistive element has a temperature coefficient, which within an operating temperature range, a reverse sign to a temperature coefficient of the temperature-dependent resistance of the component Actors has.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass in dem Betriebstemperaturbereich eine temperaturabhängige Widerstandsänderung der Komponente des Aktors dadurch kompensiert wird, dass das zu der Komponente des Aktors in Reihe geschaltete Widerstandselement eine umgekehrte, temperaturabhängige Änderung seines Widerstandes aufweist. Erwärmt sich die Komponente des Aktors im Betrieb und steigt beispielsweise aufgrund der Erwärmung der Widerstand der Komponente des Aktors, so kann durch ein Widerstandselement, dessen Widerstand aufgrund der steigenden Temperatur im gleichen Maße abnimmt, der Einfluss der Erwärmung auf den Betrieb des Aktors reduziert oder verhindert werden. Dadurch kann erreicht werden, dass sich ein Gesamtwiderstand der Reihenschaltung aus der Komponente des Aktors und dem Widerstandselements im Betriebstemperaturbereich nicht oder nur in einem zu vernachlässigendem Maße ändert, so dass bei einer konstanten Betriebsspannung, welche über dieser Reihenschaltung abfällt, eine temperaturunabhängige Bestromung der Komponente des Aktors erreicht werden kann. Der Betriebstemperaturbereich deckt dabei sowohl die mögliche Eigenerwärmung der Schaltungsanordnung während ihres Betriebes als auch eine Erwärmung der Schaltungsanordnung durch andere, fremde Wärmequellen, ab. Abhängig von dem Temperaturverhalten der Komponente des Aktors kann das zweipolige Widerstandselement entweder als Heißleiter oder als Kaltleiter ausgebildet sein, mithin also eine Verringerung oder eine Zunahme seines Widerstandes bei Erwärmung zeigen.The advantage of the solution according to the invention is that in the operating temperature range, a temperature-dependent change in resistance of the component of the actuator is compensated by the fact that the resistor element connected in series with the component of the actuator has a reverse, temperature-dependent change in its resistance. If the component of the actuator heats up during operation and the resistance of the component of the actuator increases, for example because of the heating, the influence of the heating on the operation of the actuator can be reduced or prevented by a resistance element whose resistance decreases to the same extent due to the rising temperature become. It can thereby be achieved that a total resistance of the series connection of the component of the actuator and the resistance element in the operating temperature range does not change or only to a negligible extent, so that at a constant operating voltage which drops across this series connection, a temperature-independent energization of the component Actors can be achieved. The operating temperature range covers both the possible self-heating of the circuit arrangement during its operation and a heating of the circuit arrangement by other, foreign heat sources from. Depending on the temperature behavior of the component of the actuator, the two-pole resistive element can be used either as a thermistor or as PTC thermistor be formed, so therefore show a reduction or increase in its resistance when heated.
Für das Widerstandselement kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass es ein Ohm'scher Widerstand ist. Das Widerstandselement kann dabei auf einem Halbleiter basieren oder aus einem Metall beziehungsweise einer Metalllegierung bestehen.For the resistance element can be inventively provided that it is an ohmic resistance. The resistance element may be based on a semiconductor or consist of a metal or a metal alloy.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Komponente des Aktor eine aus einem metallischen Leiter gebildete elektrische Spule ist. Die Spule kann dabei mehrere Wicklungen umfassen. Die Wicklungen können durch einen Metalldraht, beispielsweise einen Kupferdraht, erzeugt werden. Eine solche metallische Spule weist das Verhalten eines Kaltleiters auf. Der Widerstand steigt somit bei einer Erwärmung. In diesem Fall wird das Widerstandselement als Heißleiter ausgeführt, also als ein Widerstandselement, welches bei steigenden Temperaturen eine Abnahme seines Widerstandes zeigt. Erfindungsgemäß weist das Widerstandselement innerhalb des Betriebstemperaturbereichs der Schaltungsanordnung einen Temperaturkoeffizienten auf, welcher ein umgekehrtes Vorzeichen gegenüber dem Temperaturkoeffizienten der als elektrische Spule ausgeführten Komponente des Aktors aufweist. Die Bestromung der Spule, welche bei einer konstanten Betriebsspannung der Reihenschaltung von Widerstandselement und Spule auch bei wechselnden Temperaturen durch die erfindungsgemäße Kompensation der temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes mit einem konstanten Strom betrieben wird, kann durch das durch die Spule erzeugte Magnetfeld eine Aktuation des Aktors durch Ausübung einer Kraft und/oder eines Drehmomentes zur Folge haben.According to the invention, it can be provided that the at least one component of the actuator is an electrical coil formed from a metallic conductor. The coil can comprise several windings. The windings can be generated by a metal wire, for example a copper wire. Such a metallic coil has the behavior of a PTC thermistor. The resistance thus increases with a warming. In this case, the resistance element is designed as a thermistor, so as a resistance element, which shows a decrease in its resistance at increasing temperatures. According to the invention, the resistance element has, within the operating temperature range of the circuit arrangement, a temperature coefficient which has an inverse sign relative to the temperature coefficient of the component of the actuator embodied as an electrical coil. The energization of the coil, which is operated at a constant operating voltage of the series circuit of resistance element and coil even at changing temperatures by the inventive compensation of the temperature-dependent change of the resistance with a constant current, can be actuated by the magnetic field generated by the coil actuation of the actuator a force and / or a torque result.
Das Widerstandselement und die Komponente des Aktors können in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung über ein Kopplungselement der Schaltungsanordnung thermisch gekoppelt sein. Durch eine solche thermische Kopplung kann vorteilhaft erreicht werden, dass das Widerstandselement und die Komponente des Aktors im Wesentlichen die gleiche Temperatur aufweisen. Als Kopplungselement kann beispielsweise ein wärmeleitendes Substrat verwendet werden, auf dem sowohl das Widerstandselement als auch die Komponente des Aktors angeordnet sind, oder es kann ein Gehäuse der Schaltungsanordnung oder des Aktors verwendet werden, welches das Widerstandselement und die Komponente des Aktors thermisch koppelt.The resistance element and the component of the actuator can be thermally coupled in a preferred embodiment of the invention via a coupling element of the circuit arrangement. By such a thermal coupling can be advantageously achieved that the resistance element and the component of the actuator have substantially the same temperature. As a coupling element, for example, a thermally conductive substrate may be used, on which both the resistive element and the component of the actuator are arranged, or it can be a housing of the circuit arrangement or the actuator can be used, which thermally couples the resistor element and the component of the actuator.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Aktor bei einer Beaufschlagung der Reihenschaltung von der Komponente und dem Widerstandselement mit einer konstanten Spannung innerhalb des Betriebstemperaturbereichs eine im Wesentlichen konstante Kraft und/oder ein im Wesentlichen konstantes Drehmoment erzeugt. In diesem Zusammenhang ist im Wesentlichen konstant so zu verstehen, dass die Spannung beziehungsweise die Kraft und/oder das Drehmoment innerhalb des Betriebstemperaturbereichs eine Änderung von weniger als 5 %, insbesondere von weniger als 1 % aufweist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Widerstandselement einen Temperaturkoeffizienten aufweist, welcher dem Temperaturkoeffizienten der Komponente des Aktors, durch deren Bestromung die Kraft und/oder das Drehmoment ausübbar ist, entgegengesetzt ist.According to the invention, it can be provided that the actuator generates a substantially constant force and / or a substantially constant torque when the series circuit is acted upon by the component and the resistance element with a constant voltage within the operating temperature range. In this connection, it should be understood that the voltage or the force and / or the torque within the operating temperature range has a change of less than 5%, in particular less than 1%. This can be achieved by virtue of the fact that the resistance element has a temperature coefficient which is opposite to the temperature coefficient of the component of the actuator by virtue of which the force and / or the torque can be exerted.
Für den Gesamtwiderstand der Reihenschaltung von der Komponente des Aktors und dem Widerstandselement kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass er innerhalb des Betriebstemperaturbereichs eine Änderung von weniger als 5 %, insbesondere von weniger als 1 %, aufweist. Diese Widerstandsänderung kann sich insbesondere auf den Gleichstromwiderstand beziehungsweise den Realteil einer Impedanz der Reihenschaltung aus Komponente des Aktors und Widerstandselement beziehen.For the total resistance of the series connection of the component of the actuator and the resistive element may be provided according to the invention that within the operating temperature range, it has a change of less than 5%, in particular less than 1%. This change in resistance may relate in particular to the DC resistance or the real part of an impedance of the series connection of the component of the actuator and the resistance element.
Für den Betriebstemperaturbereich kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass er sich zumindest von einer unteren Grenze von -30 °C zu einer oberen Grenze von 130 °C erstreckt. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass sich der Temperaturbereich zumindest von einer unteren Grenze von -50 °C zu einer oberen Grenze von 150 °C erstreckt. Der Betriebstemperaturbereich berücksichtigt dabei insbesondere den Einfluss der Umgebung der Schaltungsanordnung, also Temperaturschwankungen der Schaltungsanordnung, welche auf Änderungen einer Umgebungstemperatur zurückzuführen sind, wie auch Einflüsse, die dadurch entstehen können, dass sich die Schaltungsanordnung, insbesondere die Komponente des Aktors, während eines Betriebs des Aktors erwärmt.For the operating temperature range can be inventively provided that it extends at least from a lower limit of -30 ° C to an upper limit of 130 ° C. It can preferably be provided that the temperature range extends at least from a lower limit of -50 ° C to an upper limit of 150 ° C. The operating temperature range takes into account in particular the influence of the environment of the circuit arrangement, ie temperature fluctuations of the circuit arrangement, which are due to changes in ambient temperature, as well as influences that may arise because the circuit arrangement, in particular the component of the actuator, during operation of the actuator heated.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Aktor ein Elektromotor oder ein elektromagnetisches Stellelement ist. Bei der Komponente eines als Elektromotor oder elektromagnetisches Stellelement ausgeführten Aktors kann es sich insbesondere um eine Spule beziehungsweise eine Spulenanordnung handeln, durch deren Bestromung ein Magnetfeld erzeugt wird, welches eine Kraft- und/oder eine Drehmomentausübung des Aktors erzeugt.According to the invention it can be provided that the actuator is an electric motor or an electromagnetic actuator. The component of an actuator designed as an electric motor or an electromagnetic control element may, in particular, be a coil or a coil arrangement, by the energization of which a magnetic field is generated which generates a force and / or torque application of the actuator.
Neben der Schaltungsanordnung betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung umfasst.In addition to the circuit arrangement, the invention relates to a motor vehicle comprising a circuit arrangement according to the invention.
Für die Schaltungsanordnung kann dabei erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass sie in einem Motorraum des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Bei dem Aktor kann es sich beispielsweise um einen Lüftermotor oder einen Motor zum Betrieb einer Kühlmittel- oder Kraftstoffpumpe des Kraftfahrzeugs handeln. Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird eine Kompensation von Temperatureffekten erzielt, welche insbesondere aufgrund der Anordnung der Schaltungsanordnung in einem Motorraum des Kraftfahrzeugs auftreten können. In einem Motorraum treten insbesondere Temperaturschwankungen zwischen einem Beginn des Betriebs direkt nach dem Starten des Kraftfahrzeugs und einem Zustand, in dem sich die Komponenten im Motorraum des Fahrzeugs auf Betriebstemperatur erwärmt haben, auf.For the circuit arrangement can be inventively provided that it is arranged in an engine compartment of the motor vehicle. at The actuator can be, for example, a fan motor or an engine for operating a coolant or fuel pump of the motor vehicle. By means of the circuit arrangement according to the invention, a compensation of temperature effects is achieved, which can occur in particular due to the arrangement of the circuit arrangement in an engine compartment of the motor vehicle. In an engine compartment occur in particular temperature fluctuations between a start of operation directly after starting the motor vehicle and a state in which the components in the engine compartment of the vehicle have warmed up to operating temperature on.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, -
2 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, sowie -
3 eine geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
-
1 a schematic side view of an embodiment of a motor vehicle according to the invention, -
2 a circuit diagram of an embodiment of a circuit arrangement according to the invention, as well -
3 a sectional side view of an embodiment of a circuit arrangement according to the invention.
Das in
In
Das aufgrund des Betriebsstroms
Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Widerstandselement
Der Betriebstemperaturbereich kann dabei beispielsweise eine untere Grenze von -30 °C und eine obere Grenze von 130 °C aufweisen. Abhängig von den zulässigen Betriebstemperaturen des Kraftfahrzeugs
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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