具有电子测量装置并包括密封件的电子系统以及包括这种电子系统的电气组件

技术领域

本实用新型涉及一种电子系统，特别是用于旋转电机的电子控制系统，其包括测量装置和密封件，并且涉及一种包括这种电子系统和旋转电机的电气组件。

背景技术

众所周知，电子系统可以包括：

用于将DC电流转换成AC电流的功率电子模块，该功率电子模块包括：

第一母线和第二母线，用于向功率电子模块提供DC电流，

第三母线，能够为旋转电机的相绕组供电，

控制引脚，接收用于驱动该功率电子模块的控制信号，

电子控制模块，其与功率电子模块分离并且被配置为生成控制信号，该电子控制模块包括电子测量装置，

支撑件，在该支撑件第一侧上承载有电子控制模块，该支撑件包括在该支撑件的与第一侧相对的第二侧上的突起，

测量外壳，包括狭槽，该外壳位于支撑件的该第二侧上，

该电子测量装置容纳在支撑件的突起中，

该突起穿入测量外壳的空腔中，使得电子测量装置也穿入测量外壳的狭槽中。

测量外壳的狭槽可以对应于包含在测量外壳中的磁环的气隙。文献 FR3068564A1公开了具有磁环的测量外壳的一个例子。在该文件中，测量外壳包覆成型在磁环上。

电子测量装置例如是霍尔效应传感器。这种穿入磁环气隙中的霍尔效应传感器使得可以测量流经穿过磁环的导体的电流。

在这种类型的电子系统中，保护电子控制模块很重要，例如使用凝胶或保护性树脂进行保护。众所周知的做法是使用支撑件，该支撑件限定具有底壁的容座，突起形成在该底壁中，电子控制模块容纳在容座中。由于突起的密封，可以填充容座，从而用凝胶或保护性树脂覆盖电子控制模块。

如果支撑件及其突起由塑料制成，这种电流测量是可能的。

出于机械强度和/或热和/或防火性能的原因，使用金属支撑件可能是优选的。然而，使用带有金属突起的支撑件会使测量变得困难。具体而言，在支撑件及其突起的金属中以高频感应出涡流。这些涡流会对测量造成干扰。

实用新型内容

本实用新型旨在克服所有或一些这些缺点。

本实用新型涉及一种电子系统，其包括：

功率电子模块，用于将DC电流转换成AC电流，该功率电子模块包括：

第一母线和第二母线，用于向功率电子模块提供DC电流，

第三母线，能够为旋转电机的相绕组供电，和

控制引脚，接收用于驱动该功率电子模块的控制信号，

电子控制模块，与功率电子模块分离并且被配置为生成该控制信号，该电子控制模块包括电子测量装置，

支撑件，包括开口并在支撑件的第一侧上承载该电子控制模块，该支撑件尤其由金属制成，

测量外壳，包括空腔，该测量外壳位于与支撑件的第一侧相对的、支撑件的第二侧上，

电子测量装置穿入支撑件中的开口和测量外壳的空腔中，以及

密封装置，在测量外壳和支撑件之间提供密封。

这种系统一方面使得有可能使用由支撑件承载的电子控制模块的电子测量装置，同时减少支撑件可能产生的干扰，特别是如果支撑件由金属制成的话。具体而言，支撑件中的开口允许穿过电子测量装置的敏感部分，使得支撑件不会在敏感部分和与敏感部分相互作用的元件之间产生干扰。因此，可以使用一种测量装置，其敏感部分是金属支撑件上的霍尔效应传感器，该金属支撑件例如由铝制成。这种传感器例如用于测量流经导体的电流，该导体穿过具有气隙的磁环。霍尔效应传感器然后被放置在气隙中。磁环和霍尔效应传感器之间没有任何金属部件，这使得有可能避免测量中的干扰，该干扰可由这种金属部件中以高频感应的涡流产生。

测量外壳和支撑件之间的密封装置使得例如可以使用保护装置，例如用于支撑件中的电子控制模块的保护凝胶，尽管支撑件中存在开口。

根据本实用新型的一个附加特征，电子模块包括包覆成型在第一母线、第二母线、第三母线和控制引脚上的第一壳体，并且测量外壳与功率电子模块的第一包覆成型壳体是连续形成的。

根据本实用新型的第一变型，测量外壳包括烟囱状孔道，该烟囱状孔道包括第一自由端，围绕空腔开口端，并且支撑件包括面向测量外壳的烟囱状孔道的第一自由端的凹槽。

根据本实用新型的第二变型，支撑件包括烟囱状孔道，该烟囱状孔道包括第一自由端，在支撑件的第二侧上包围支撑件中的开口，并且测量外壳包括面向烟囱状孔道的第一自由端的凹槽。

根据本实用新型的一个附加特征，插入凹槽中的密封件提供测量外壳与支撑件之间的密封。

根据本实用新型的一个附加特征，密封件是粘合剂沉积物。

在本实用新型的第一变型中，凹槽的使用使得有可能有助于将密封件应用于支撑件，并且在本实用新型的第二变型中，有助于将密封件应用于外壳。当处理各部件时，该凹槽限制固体密封件(如弹性体密封件)的运动，或者限制流体密封件(如粘合剂)的流动。

根据本实用新型的第三变型：

测量外壳包括烟囱状孔道，该烟囱状孔道包括具有第一形状的第一自由端，围绕空腔开口端，并且支撑件包括具有第二形状的支承面，该第二形状与第一形状互补，并且该支承面面向测量外壳烟囱状孔道的第一自由端，

或者，支撑件包括烟囱状孔道，该烟囱状孔道包括具有第一形状的第一自由端，在支撑件的第二侧上包围支撑件中的开口，并且测量外壳包括具有第二形状的支承面，该第二形状与第一形状互补，并且该支承面面向支撑件的烟囱状孔道的第一自由端，

或者，支撑件包括第一烟囱状孔道，该第一烟囱状孔道包括具有第一形状的第一自由端，围绕支撑件的第二侧上的支撑件中的开口，并且测量外壳包括第二烟囱状孔道，该第二烟囱状孔道包括具有第二形状的第二自由端，该第二形状与第一形状互补，该第二烟囱状孔道围绕空腔的开口端，并且测量外壳的第二烟囱状孔道的第二自由端面向支撑件的第一烟囱状孔道的第一自由端，

密封件布置在支撑件的第一形状和测量外壳的第二形状之间。

支撑件和测量外壳之间互补形状的使用使得可以使用简单的扁平密封件或由少量糊状物制成的密封件。因此，可以降低电子系统的成本。

根据本实用新型的第四变型，支撑件包括在支撑件的第二侧上围绕支撑件中开口的第一管状突起，并且测量外壳包括至少部分围绕空腔的第二管状突起，第一管状突起穿入第二管状突起中。

根据本实用新型第四变型的一个附加特征，密封装置布置在第一管状突起和第二管状突起之间。

根据本实用新型的第四变型的一个附加特征，密封装置是树脂，该树脂被倒入空腔中，然后被聚合。

使用树脂来提供支撑件和测量外壳之间的密封，这允许在产生密封的区域上有更宽的尺寸公差。具体而言，树脂聚合前的流动性允许与树脂接触的各部件的良好匹配。因此，第一管状突起和第二管状突起的尺寸可以有很大的公差。因此，可以降低电子系统的成本。

根据本实用新型的一个附加特征，测量外壳包括具有气隙的磁环，并且电子测量装置包括插入测量外壳空腔中以及气隙中的霍尔效应传感器，磁环和霍尔效应传感器相互作用，以便测量穿过磁环的电导体的电流。

根据本实用新型的一个附加特征，电导体电连接到第三母线。

根据本实用新型的一个附加特征，测量外壳被包覆成型在电导体上和/或测量外壳被包覆成型在磁环上。

根据本实用新型的一个附加特征，支撑件限定了具有底壁的容座，开口形成在底壁中，电子控制模块容纳在容座中，并且凝胶或保护性树脂填充该容座以覆盖电子控制模块。

本实用新型还涉及一种电气组件，其包括：

如上所述的电子系统，以及

旋转电机。

附图说明

通过阅读本实用新型的非限制性示例性实施例的以下描述并研究附图，可以更好地理解本实用新型，其中：

图1示出了包括根据本实用新型的电子系统的电气组件的电路图，

图2示出了根据本实用新型的电子系统的分解局部示意图，

图3示出了在图2的电子系统中使用的测量外壳的视图，

图4示出了图3中测量外壳的局部视图，

图5示出了根据本实用新型第一实施例的电子系统的局部剖视图，

图6示出了根据本实用新型第二实施例的电子系统的局部剖视图，

图7示出了组装图5中电子模块的第一步骤，

图8示出了组装图5中电子模块的第二步骤，

图9示出了组装图5中电子模块的第三步骤，

图10示出了组装图6中电子模块的第一步骤，

图11示出了组装图6中电子模块的第二步骤，并且

图12示出了组装图6中电子模块的第三步骤。

在所有附图中，相同或执行相同功能的元件具有相同的附图标记。以下实施例是示例。尽管说明书涉及一个或多个实施例，但这不一定意味着每个附图标记涉及相同的实施例，或者各特征仅适用于一个实施例。不同实施例的单独特征也可以组合或互换，以便创建其他实施例。

具体实施方式

图1示出了可以实施本实用新型的电气组件100。

电动组件100例如用于安装在机动车辆中。

电气组件100首先具有电源102，电源102被设计成输送DC电压U，该DC电压U例如在20V和100V之间，例如为48V。电源102具有例如电池。

电气组件100还包括旋转电机130，旋转电机130包括多个相绕组(未示出)，这些相绕组用于具有各自的相电压。

电气组件100还包括电子系统104。

在附图所示的各种实施例中，电子系统104是电压转换器104。然而，在未示出的其他实施例中，组件可以执行不同的功能。

电压转换器104连接在电源102和电机130之间，以便执行直流电压U 和相电压之间的转换。

电压转换器104首先包括正极电线106和负极电线108，它们用于连接到电源102以接收直流电压U，其中正极电线106接收高电势，负极电线 108接收低电势。负极电线例如接收零电势，并且连接到机动车辆的地电位。

电压转换器104还包括至少一个功率电子模块110，该功率电子模块110 包括一个或多个相电线122，该相电线122用于分别连接到电机130的一个或多个相，以便提供它们各自的相电压。

在所描述的示例中，电压转换器104包括三个功率电子模块110，每个功率电子模块包括连接到电机130的两相的两相电线122。

更具体地，在所描述的示例中，电机130包括两个三相系统，每个三相系统包括三相，并且用于彼此电相移120°。优选地，功率电子模块110的第一相电线122分别连接到第一三相系统的三相，而功率电子模块110的第二相电线122分别连接到第二三相系统的三相。

对于每个相电线122，每个功率电子模块110包括连接在正极电线106 和相电线122之间的第一可控开关112，以及连接在相电线122和负极电线 108之间的第二可控开关114。可控开关112、114因此被布置成形成斩波臂，其中相电线122形成中央分接头。

每个可控开关112、114包括第一和第二主端子116、118以及控制端子 120，该控制端子120用于根据施加到其上的控制信号选择性地打开和关闭其两个主端子116、118之间的可控开关112、114。可控开关112、114优选地是晶体管，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFEET)，其栅极形成控制端子120，漏极和源极分别形成主端子116、118。

在所描述的示例中，可控开关112、114分别具有板的形式，该板例如基本上是矩形的并且具有上表面和下表面。第一主端子116在下表面上延伸，而第二主端子118在上表面上延伸。此外，下表面形成散热面。

对于每个功率电子模块110，电压转换器104还包括滤波电容器124，滤波电容器124具有分别连接到正极电线106和负极电线108的第一端子 126和第二端子128。

应当理解的是，正极电线106、负极电线108和相电线122是刚性元件，被设计成承受至少1A的电流。它们优选具有至少1毫米的厚度。

此外，在所描述的示例中，电机130同时具有交流发电机和电动机功能。更具体地，机动车辆还包括具有输出轴的内燃机(未示出)，电机130例如通过皮带或链条或齿轮系(未示出)连接到该输出轴。内燃机用于通过其输出轴驱动机动车辆的车轮。因此，在作为交流发电机运行期间，电机基于输出轴的旋转、向电源102供应电能。然后，电压转换器104作为整流器工作。在作为电动机运行期间，电机驱动输出轴(除驱动内燃机之外，或者代替内燃机)。然后，电压转换器104作为逆变器工作。

电机130位于例如变速箱中或者机动车辆的离合器中，或者替代交流发电机。

图2示出了根据本实用新型的电子系统104。

电子系统104包括：

用于将DC电流转换成AC电流的功率电子模块110，该功率电子模块 110包括：

第一母线206和第二母线208，用于向功率电子模块提供DC电流，

第三母线522，能够向旋转电机130的相绕组供电，

控制引脚520，接收用于驱动功率电子模块110的控制信号。

第一母线206电连接到正极电线106。第二母线208电连接到负极电线 108。第三母线522电连接到相电线122。控制引脚150电连接到控制端子 120。

功率电子模块110还可以包括包覆成型在第一可控开关112、第二可控开关114、第一母线206、第二母线208、第三母线522和控制引脚150上的第一壳体550。功率电子模块例如使用TML(转移模制引线框)技术生产。电绝缘体例如是环氧型热固性树脂。

在未示出的另一实施例中，功率电子模块还包括包覆成型在第一母线、第二母线、第三母线和控制引脚上的第一壳体。第一可控开关和第二可控开关电连接到第一母线、第二母线、第三母线和控制引脚，但是不包覆成型在第一壳体中。例如，保护凝胶沉积在壳体中，以保护第一可控开关和第二可控开关以及它们与第一母线、第二母线和控制引脚的连接。

电子系统104还可以包括散热器(未示出)。

功率电子模块110通过紧固装置紧固到散热器。

功率电子模块110包括散热表面。该散热表面与散热器的热交换表面热接触。热接触例如使用热膏或热粘合剂实现。

该电子系统还包括：

电子控制模块700，其与功率电子模块分离并被配置成生成控制信号，电子控制模块700包括电子测量装置440，

支撑件300，包括开口310，并在支撑件300的第一侧320上承载电子控制模块700，

测量外壳600，包括空腔640，测量外壳600位于支撑件300的第二侧 360上，所述第二侧与支撑件300的第一侧320相对。

电子测量装置440穿入支撑件300中的开口310和测量外壳600中的空腔640。

支撑件300例如由金属制成，特别是由铝合金制成。

支撑件300限定了具有底壁340和边缘330的容座390。电子控制模块 700容纳在容座390中。底壁340例如通常是平坦的。边缘330例如具有在电子控制模块700一侧上、从底壁340突出的大致管状形状。

电子控制模块700包括例如电子板730和连接到电子板730的电子元件。电子测量装置440例如连接到电子板730，并且通过形成于电子板730 中的孔740(例如长方形孔)紧固到电子板730。

电子控制模块700可以包括散热表面。该散热表面与支撑件300的热交换表面热接触，例如底壁340的热交换表面。热接触例如使用热膏或热粘合剂实现。

金属支撑件300的使用使得可以改善电子控制模块700的冷却。

图3和图4示出了测量外壳600。

在所示的实施例中，测量外壳600是互连模块。它提供第三母线522和电机130的相绕组之间的电连接。测量外壳600包括导体622。导体622例如在这些端部中的一端处连接到第三母线522，并且在这些端部中的另一端处连接到电机130的相绕组。

图3和图4所示的测量外壳600包括两个导体622，用于将两个第三母线522连接到电机130的两相绕组。两个导体622中的每一个都连接到第三母线，并且能够连接到电机130的相绕组。

导体622和第三母线522之间的连接例如通过焊接来实现，例如电焊、激光焊接或钎焊。

导体622和相绕组之间的连接例如通过螺纹连接实现。

为了改善螺纹连接，可以将螺母660紧固到导体622上，例如通过焊接或压配紧固。

测量外壳600还可以包括磁环430。电导体622穿过磁环430。电子测量装置440可以包括霍尔效应传感器460。磁环430具有气隙450。测量外壳600中的空腔640穿入气隙450。测量装置440的霍尔效应传感器460被插入测量外壳600的空腔640中。磁环430和霍尔效应传感器相互作用，以便测量电导体622中的电流。

测量外壳600包括包覆成型在电导体622和螺旋管430上的第二壳体 620。

在未示出的另一实施例中，测量外壳形成在功率电子模块中。功率电子模块的母线之一，特别是第三母线，穿过磁环。在该实施例中，功率电子模块和测量外壳是邻接的。例如，第一包覆成型壳体550和第二包覆成型壳体 620形成同一个壳体。

图5示出了本实用新型的第一实施例。

在该实施例中，测量外壳600包括烟囱状孔道610，烟囱状孔道610包括第一自由端630。烟囱状孔道610围绕空腔640的开口端。支撑件300包括面向测量外壳600的烟囱状孔道610的第一自由端630的凹槽370。

密封装置在测量外壳600和支撑件300之间提供密封。密封装置例如是插入凹槽370中的密封件350。密封件例如是粘合剂沉积物。

保护装置800，特别是凝胶或保护性树脂，例如可聚合树脂，填充该容座390以覆盖电子控制模块700。

保护装置800还填充支撑件中的开口310以及测量外壳600中的空腔 640。

术语填充被理解为意味着保护装置800防止液体或其他污染元素侵入电子控制模块700，特别是电子测量装置440。可接受的情况是，容座390、开口310和空腔640的一些区域不包含保护装置。当填充该容座390、开口310 和空腔640时，会产生这些区域，例如气泡。

密封装置防止保护装置800在测量外壳600和支撑件300之间流动。

在未示出的本实用新型的另一实施例中，支撑件包括烟囱状孔道，该烟囱状孔道包括第一自由端。烟囱状孔道在支撑件的第二侧上围绕支撑件中的开口，并且测量外壳包括面向烟囱状孔道的第一自由端的凹槽。如在第一实施例中，测量外壳和支撑件之间的密封装置例如是插入凹槽中的密封件，特别是粘合剂沉积物。

在未示出的另一实施例中，测量外壳包括烟囱状孔道，该烟囱状孔道包括具有第一形状的第一自由端。烟囱状孔道围绕着空腔的开口端。支撑件包括具有第二形状的支承面，该第二形状与第一形状互补，该支承面面向测量外壳的烟囱状孔道的第一自由端。烟囱状孔道的第一自由端的第一形状直接或通过设置在第一自由端和支承面之间的密封件抵靠支撑件的支承面的第二形状。这种密封例如是粘合剂沉积物。第一形状和第二形状例如是平面。

在未示出的另一实施例中，支撑件包括烟囱状孔道，该烟囱状孔道包括具有第一形状的第一自由端。烟囱状孔道在支撑件的第二侧上围绕支撑件中的开口。测量外壳包括具有第二形状的支承面，该第二形状与第一形状互补，该支承面面向支撑件的烟囱状孔道的第一自由端。支撑件的第一自由端的第一形状直接或通过设置在第一自由端和支承面之间的密封件抵靠测量外壳的支承面的第二形状。

在未示出的另一实施例中，支撑件包括第一烟囱状孔道，该第一烟囱状孔道包括具有第一形状的第一自由端。第一烟囱状孔道在支撑件的第二侧上围绕支撑件中的开口。测量外壳包括第二烟囱状孔道，该第二烟囱状孔道包括具有第二形状的第二自由端，该第二形状与第一形状互补。第二烟囱状孔道围绕空腔的开口端。测量外壳的第二烟囱状孔道的第二自由端面向支撑件的第一烟囱状孔道的第一自由端。支撑件的第一烟囱状孔道的第一形状直接或通过设置在支撑件的第一烟囱状孔道的第一形状和测量外壳的第二烟囱状孔道的第二形状之间的密封件抵靠测量外壳的第二烟囱状孔道的第二形状。

图6示出了本实用新型的第二实施例。

在该实施例中，支撑件300包括在支撑件300的第二侧360上围绕支撑件300中开口310的第一管状突起380。第一管状突起380包括第二自由端 390。测量外壳600包括至少部分围绕空腔640的第二管状突起680。第一管状突起380穿入第二管状突起680。密封装置布置在第一管状突起380和第二管状突起680之间。

密封装置例如是树脂810，其被倒入空腔640中，然后被聚合。

树脂810的量足以使第二自由端390浸入树脂中。

第二自由端390例如浸入树脂810中0.5毫米至10毫米，优选1毫米至2毫米

霍尔效应传感器460浸入树脂810中。

霍尔效应传感器460例如伸出第一管状突起380，以避免霍尔传感器460 的测量被第一管状突起380干扰。

在另一个未示出且类似于第二实施例的实施例中，密封件不是由空腔 640中的聚合树脂提供的，而是由布置在第一管状突起380和第二管状突起 680之间的密封件提供的。该密封件例如是插入第二管状突起680中的弹性套筒或布置在第一管状突起380外部的弹性套筒。

图7、图8和图9示出了组装根据第一实施例的电子系统104的各步骤。

图7示出了第一组装步骤，其中，将密封件350沉积在支撑件300的凹槽370中。

密封件350例如被放置在凹槽370中，或者使用喷嘴(未示出)以糊状物的形式沉积。

图8示出了第二组装步骤，其中，测量外壳600和支撑件300被组装，电子控制模块700已经安装在支撑件300中的容座390中。

在该步骤结束时，密封件350在测量外壳600的烟囱状孔道610的第一自由端630和支撑件300的凹槽370之间提供密封。

图9示出了第三组装步骤，其中，保护装置800被倒入支撑件300的容座390中的电子控制模块700上。保护装置流入支撑件300和电子控制模块 700之间的间隙中。因此，保护装置800在控制模块700下方流动，直到支撑件中的开口310，然后进入测量外壳600中的空腔640。

密封件350阻止第一自由端630和凹槽370之间的任何流动。

图10、图11和图12示出了组装根据第二实施例的电子系统104的各步骤。

图10示出了第一组装步骤，其中，树脂810被倒入测量外壳600中的空腔640中。

图11示出了第二组装步骤，其中，测量外壳600和支撑件300被组装，电子控制模块700已经被安装在支撑件300中的容座390中。

第一管状突起380穿入树脂810中。

树脂810聚合。例如，树脂810在外部热量输入的作用下聚合，或者树脂810是自聚合树脂，即：能够在室温下聚合的树脂。

在该步骤结束时，树脂810在第一管状突起380和第二管状突起680之间形成密封件。霍尔效应传感器460被树脂810围绕。

图12示出了第三组装步骤，其中，保护装置820被倒入支撑件300的容座390中的电子控制模块700上。保护装置820流入支撑件300和电子控制模块700之间的间隙中。因此，保护装置820在控制模块700下方流动，直到支撑件中的开口310。保护装置820进入空腔640的流动被树脂810阻挡。