CN114624491A - 用于测量磁场以执行电流测量的电气设备 - Google Patents

用于测量磁场以执行电流测量的电气设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电气设备(1)，其包括支撑件(11)，该支撑件包括保持构件(111)，以及电气设备(1)包括电路(12)，该电路至少部分地容纳在支撑件(11)中并且包括电迹线阵列(122)和被设计成接收磁场传感器的接收部分(121)。电路(12)被配置成在磁场传感器和电气设备(1)外部的电子板之间建立电连接。保持构件(111)包括至少一个形成止挡件的支承部分(112)，以便在支撑件(11)和电子板之间建立机械连接，从而将磁场传感器定位在电导体中形成的自由体积中，以便使磁场传感器能够对电导体中流动的电流感应的磁场进行测量。

Description

用于测量磁场以执行电流测量的电气设备
技术领域
本发明涉及电气***的监控领域，尤其是用于车辆，特别是电动或混合动力车辆的电气***。更准确地说，本发明的目标是一种用于测量电流以便监控电气***的电气设备。
背景技术
已知的是，电动或混合动力机动车辆包括电动化***，该电动化***通过高电压车载电气***由高电压供电电池供电。高电压供电电池执行向电动化***供应能量以推进车辆的功能。更准确地说，为了控制驱动车轮的电机，已知使用逆变器将由高电压供电电池提供的DC电流转换成一个或多个例如正弦交流控制电流。
为此，逆变器包括被提供给电机的能量穿过的电气部件，以及包括用于监控逆变器的电气部件的电子监控单元。逆变器的电气部件可以布置在功率电子模块中。
逆变器还包括电导体，特别是三相模式下三个电导体，其连接到电机的相，或者如果逆变器向多个三相电机供电，其数量通常为三的倍数。所考虑的电气***的每个电导体，也称为“引线框”，如本领域技术人员所知，连接到电机的相位连接器。
众所周知，为了监视监控电机的电气***的操作，例如监控电机的逆变器，有必要知道在电机的每一相中流动的电流，以便适当地控制向所述电机供应电能的逆变器。
为此，已知在所考虑的电气***的电导体中进行电流测量。一般来说，在三相逆变器的情况下，在三个电导体中的两个中执行电流测量就足够了，在第三个导体中流动的电流能够从在另外两个导体中流动的电流确定。这种电流测量通常包括磁场测量。因此，布置测量磁场的传感器，以便测量由电气***的相应电导体中的电流感应的磁场。然后用每个磁场的值来确定电流的强度。
典型地，测量磁场的传感器安装在电子板上，该电子板将基于测量磁场的传感器执行的测量来传递电流值。传感器通常与电子板相距一段距离，以便尽可能靠近电导体，并且通过引脚连接到所述电子板。然而，传感器和电子板之间的这种电连接可能是脆弱的，例如由于施加在引脚上和/或引脚和传感器之间的接合处的机械约束。
此外，一些已知的磁场传感器可以在组件中使用磁场集中器，特别是具有气隙的C形或U形磁场集中器。磁场集中器尤其可以提高磁场测量精度，但是体积庞大。
然而，如今，特别是在汽车行业，与体积相关的限制变得越来越严格。因此，需要一种用于确定来自逆变器的输出电流的磁场传感器，其使得减小由此引起的体积成为可能。
为此，本发明提出了一种用于磁场测量的电气设备。
发明内容
更准确地说，本发明涉及一种电气装置，特别是用于容纳在电动或混合动力汽车上的电气装置，包括支撑件和至少部分容纳在支撑件中的电路。本发明使得可以测量电气***的电导体中的电流，以监控所述电气***，特别是功率电子设备。
该电路包括电迹线阵列和被设计成接收磁场传感器的接收部分，该电路被配置成通过接收部分和电迹线阵列在磁场传感器和电子设备外部的电子板之间建立电连接。
此外，支撑件包括保持构件，该保持构件包括至少一个支承部分，该支承部分形成用于在支撑件和电子板之间建立机械连接的止挡件，以便将磁场传感器定位在形成于电导体中的自由体积中，从而使得磁场传感器能够对由在电导体中流动的电流感应的磁场进行测量，电气设备被配置为将所述磁场测量值传输到电子板。
本发明的显著优点是，可以使用没有任何引脚的磁场传感器，在原位产生磁场测量，并且不需要磁场集中器。电气***的紧凑性因此得到改善。
有利地，支撑件包括用于相对于支撑件定位磁场传感器的接收部分，接收部分和保持构件被构造成使得能够相对于电导体安装电气设备，从而降低磁场传感器和电导体之间的定位不确定性。
有利地，保持构件的所述至少一个支承部分具有支承表面，该支承表面被构造成支承抵靠电子板。
有利的是，支撑件包覆成型在电路上，支撑件和电路形成包覆成型组件。磁场传感器和电导体之间的定位不确定性因此被降低，从而使得提高电流测量的精度成为可能。
有利的是，支撑由塑料组成。
有利的是，电路包括连接脚，连接脚被配置成电连接到电子板。
本发明还涉及一种包括磁场传感器和根据本发明的电气设备的电磁场测量组件。
本发明还涉及一种电气组件，其包括根据本发明的电磁场测量组件、电子板和电导体，该电磁场测量组件首先被施加到电子板，其次将磁场传感器浸入在电导体中形成的自由体积中，以便测量由在电导体中流动的电流感应的磁场。
有利的是，电气组件没有磁场集中器。
本发明还涉及一种功率电子设备，该功率电子设备包括电子板、多个电导体和多个根据本发明的电磁场测量组件，每个电磁场测量组件与电导体之一配对，以便执行由相应电导体中流动的电流感应的磁场的测量。
附图说明
通过阅读以下描述，将更好地理解本发明，所述描述以示例的方式给出，并且参考以下附图，所述附图以非限制性示例的方式给出，并且其中相同的附图标记表示相似的对象。
图1示出了根据本发明一个示例的电气设备的视图。
图2示出了包括磁场传感器和根据本发明一个示例的电气设备的电磁场测量组件的正视图。
图3示出了根据本发明一个方面的电气组件的一个示例的侧视图，该电气组件包括电子板、电导体和电磁场测量组件，该电磁场测量组件包括根据本发明一个示例的电气设备和磁场传感器。
图4示出了根据本发明一个示例的电气设备的电路的视图。
应该注意的是，为了实施本发明，附图详细解释了本发明，所述附图当然能够用于在适用的情况下更好地定义本发明。
具体实施方式
本发明涉及一种电气设备，特别是用于电流测量的电气设备，用于监控电气***，特别是被配置为容纳在电动或混合动力汽车上。下面将在测量电气***的电导体中流动的电流的背景下描述本发明。这种电导体通常被称为“引线框”。电气***可以是功率电子设备，特别是逆变器或DC-DC电压转换器。
参考图1，根据本发明的电气设备1包括支撑件11和至少部分容纳在支撑件11中的电路12。换句话说，支撑件11保持电路12。
此外，参考图1和4，电路12包括电迹线122的阵列和接收部分121，接收部分121被设计成接收磁场传感器2，磁场传感器2在图2和3中所示。特别地，磁场传感器2可以包括霍尔传感器、巨磁电阻或任何其他磁场测量设备，只要磁场传感器2不具有任何引脚并且被配置为在原位执行磁场测量以便从中导出电流测量值。使用这种磁场传感器2可以显著提高电流测量的精度。然而，电流测量的精度对磁场传感器2的定位敏感。
如图3所示，电路12被配置成通过接收部分121和电迹线122阵列在磁场传感器2和电子设备1外部的电子板4之间建立电连接。换句话说，磁场传感器2通过接收部分121然后通过电迹线122阵列将磁场测量值传输到电子板4。电子板4尤其使得基于磁场测量来控制监视电气***的操作成为可能。
此外，参照图1至图3，支撑件包括保持构件111，保持构件111包括至少一个支承部分112，支承部分112形成止挡件，以便在支撑件11和电子板之间形成机械连接。
支撑件11因此被构造成首先相对于电导体3定位电气设备1，其次相对于电子板4定位电气设备1，以将磁场传感器2定位在电导体3中形成的自由体积中。换句话说，磁场传感器2特别是垂直地浸没在自由体积中。自由体积优选是开放的。自由体积特别适合于获得磁场测量的最佳精度。
磁场传感器2因此能够执行测量由电导体3中流动的电流感应的磁场。此外，电气设备1被配置成将所述磁场测量值传输到电子板4，特别是为了监控电气***。
支撑件11优选包括与接收部分121相对地形成的开口，以允许磁场传感器2紧固在接收部分121上。接收部分121特别地与保持构件隔开一段距离，特别是在支撑件11相对于保持构件111的远端处。因此，磁场传感器2使得能够测量在导体3中流动的电流，该导体3与安装有支撑件11的电子板4相距一定距离。
此外，参考图4，接收部分121优选地形成暴露表面，该暴露表面被配置成通过接收部分121和磁场传感器的面之间的平面到平面的接触来产生与磁场传感器的电连接。
此外，支撑件11优选地包括接收部分114，用于相对于支撑件11定位磁场传感器2。如图1所示，与接收部分121相对地形成的开口的周边可以形成接收部分114。接收部分114然后执行楔块(chock)的功能，以便允许磁场传感器2相对于支撑件11的精确定位。
此外，所述至少一个支承部分112优选地由分别位于支撑件11的两个相对端的两个支承部分形成，以便改善支撑件11和电子板4之间的保持，并确保其精确定位。
参照图1至3，所述至少一个支承部分112具有支承表面113，该支承表面113被构造成支承抵靠电子板4。支撑件11和电子板4之间的机械连接包括该支承。
接收部分114和保持构件111特别地被构造成使得能够相对于电导体3安装电气设备1。因此，可以确保磁场传感器2和电导体3之间的精确且受控的定位不确定性，特别是在将磁场传感器2连接到其上安装有电气设备1的电子板4的轴线的方向上。
电气设备1可以优选地具有适于减少磁场传感器2的任何振动的刚度。
此外，电气设备1可以包括用于组装电气设备1和电子板4的紧固装置。
支撑件11优选地包覆成型在电路12上。支撑件11和电路12因此形成包覆成型组件。
这种包括保持构件111和接收部分114的包覆成型组件使得能够以减少的定位不确定性确保磁场传感器2和电导体3之间的定位。定位的不确定性主要取决于包覆成型过程的不确定性；例如，定位不确定性可以是+/-0.4毫米的量级。减少定位不确定性使得可以显著提高当前测量的精度，特别是提高30％的因子。因此，使用包覆成型组件使得能够提高磁场传感器2的电流测量精度，特别是通过减少磁场传感器2相对于电导体3的相对定位所需的物理上独立的元件的数量。
支撑件11优选由塑料组成，特别是与包覆成型制造工艺兼容。
参考图4，电路12可以有利地包括连接脚123，连接脚123被配置为电连接到电子板4。连接脚123允许电子设备1到电子板4的简化连接。
此外，电迹线122的阵列优选地被布线，以便将磁场传感器2特别地电连接到电子板4。在如上所述的包覆成型组件的情况下，在包覆成型之后执行布线操作是常见且有利的。结果，提供在包覆成型组件的支撑件11中形成的开口可以是有用的。这些开口尤其是要被穿孔的电迹线122阵列的相对部分，以便能够在包覆成型之后执行布线。
电路12优选由导电材料构成，特别是包含铜的材料。
根据本发明的一个方面，电磁场测量组件包括磁场传感器2和电气设备1。电气组件特别地被配置为定位在电子板4上，并且使得磁场传感器2浸没在电导体3中形成的自由体积中。
制造电磁场测量组件的过程还可包括:
-导电材料片的冲压步骤，随后是弯曲导电材料片的步骤，以形成电路12，电路12不必正确布线；
-将电路12与支撑件11包覆成型的步骤；
-冲切步骤，以对电路12的电迹线122阵列进行布线，
-将磁场传感器2钎焊到接收部分121的步骤。
根据本发明的一个方面，电气组件包括电磁场测量组件、电子板4和电导体3。电磁场测量组件首先被施加到电子板4上，然后浸入在电导体3中形成的自由体积中，以测量由流过电导体3的电流感应的磁场。
此外，电气组件优选地不具有磁场集中器，允许紧凑性的增加。
根据本发明的一个方面，功率电子设备包括电子板、多个电导体和多个电磁场测量组件。每个电磁场测量组件与电导体中的一个配对，以便测量由相应电导体中流动的电流感应的磁场。可以注意到，电导体的数量不一定等于电磁场测量组件的数量。实际上，少于电导体数量的多个电磁场测量组件可能就足够了，其余的电流值能够从电磁场测量组件执行的测量中推导出来。
功率电子设备可特别是逆变器。电导体的数量特别是对应于逆变器的交流相的数量，通常等于三相。特别地，电磁场测量组件的数量可以等于两个。然后，两个电磁场测量组件被配置成在三个电导体中的两个电导体中执行电流测量，第三电导体中的电流能够从来自其他两个电导体的电流测量中推导出来。
作为替代方案，功率电子设备项目可以特别是DC-DC电压转换器，特别是高电压电池输入端的DC-DC电压转换器。
综上所述，本发明具有实质上的优点，使得可以使用没有任何引脚的磁场传感器来原位执行磁场测量，换句话说，不需要任何磁场集中器。因此，改善了功率电子设备的紧凑性。
通过使用包覆成型组件，本发明具有保证受控且精确的定位不确定性的显著优点，引起磁场测量精度的改善且因此电流测量精度的提高。精确的电流测量使得可以改善电流监控，尤其是在逆变器或DC-DC电压转换器的输入和/或输出端，从而提高电气元件的使用寿命。
此外，包覆成型组件有利地使得可以确保电磁场测量组件的实施的改善的可重复性，因此带来电流测量的改善的可重复性。
此外，从工业制造的角度来看，包覆成型组件的配置使得可以使用包覆成型制造工艺，该工艺是控制良好且廉价的工艺。
本发明还具有使电子设备的尺寸更容易设置的优点，这能够被调节。根据本发明的电气设备能够连接到电气***的各种配置。

Claims (10)

1.一种电气设备(1)，特别是用于容纳在电动或混合动力汽车上的电气设备，包括:
-包括保持构件(111)的支撑件(11)；
-电路(12)，其至少部分地容纳在所述支撑件(11)中，并且包括电迹线(122)的阵列和被设计成接收磁场传感器(2)的接收部分(121)；
该电路(12)被配置成通过接收部分(121)和电迹线(122)的阵列在磁场传感器(2)和电子设备(1)外部的电路板(4)之间建立电连接，
该保持构件(111)包括至少一个支承部分(112)，该支承部分形成止挡件，以便在所述支撑件(11)和所述电子板(4)之间建立机械连接，从而将磁场传感器(2)定位在电导体(3)中形成的自由体积中，以使磁场传感器(2)能够对由在所述电导体(3)中流动的电流感应的磁场进行测量，所述电气设备(1)被配置成将所述磁场测量值传输到电子板(4)。
2.根据权利要求1所述的电气设备(1)，其特征在于，所述支撑件(11)包括用于相对于所述支撑件(11)定位所述磁场传感器(2)的接收部分(114)，所述接收部分(114)和保持构件(111)被配置为允许所述电气设备(1)相对于所述电导体(3)安装，以减少所述磁场传感器(2)和所述电导体(3)之间的定位不确定性。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电气设备(1)，其特征在于，所述保持构件(111)的所述至少一个支承部分(112)具有被构造成支承抵靠所述电子板(4)的支承表面(113)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电气装置(1)，其特征在于，所述支撑件(11)包覆成型在所述电路(12)上，所述支撑件(11)和所述电路(12)形成包覆成型组件。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电气设备(1)，其特征在于，所述支撑件(11)由塑料构成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电气设备(1)，其特征在于，所述电路(12)包括连接脚(123)，所述连接脚被配置为电连接到所述电子板(4)。
7.一种电磁场测量组件，包括磁场传感器(2)和根据前述权利要求中任一项所述的电气设备(1)。
8.一种电气组件，包括根据前一权利要求所述的电磁场测量组件、电子板(4)和电导体(3)，所述电磁场测量组件首先被施加到所述电子板(4)上，然后将所述磁场传感器(2)浸入电导体(3)中形成的自由体积中，以测量由在所述电导体(3)中流动的电流感应的磁场。
9.根据权利要求7或8所述的电气组件，不具有磁场集中器。
10.一种功率电子设备，包括电子板(4)、多个电导体和多个根据权利要求7所述的电磁场测量组件，每个电磁场测量组件与所述电导体中的一个配对，以执行由在相应电导体中流动的电流感应的磁场的测量。
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