EP1733469A1 - Motorsteuergerät - Google Patents
MotorsteuergerätInfo
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- EP1733469A1 EP1733469A1 EP04726433A EP04726433A EP1733469A1 EP 1733469 A1 EP1733469 A1 EP 1733469A1 EP 04726433 A EP04726433 A EP 04726433A EP 04726433 A EP04726433 A EP 04726433A EP 1733469 A1 EP1733469 A1 EP 1733469A1
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- H05K7/14322—Housings specially adapted for power drive units or power converters wherein the control and power circuits of a power converter are arranged within the same casing
Definitions
- the invention relates to an engine control unit, in particular an engine control unit according to claim 1.
- the object of the present invention is to provide an engine control unit with an integrated by-pass function, which allows both a simple structure and universal use. This object is achieved by a motor control device according to claim 1.
- connecting elements which electrically and mechanically connect the electronic switching element of a power unit with corresponding contact rail parts of the contact rail and the electromechanical switching element of this power unit so that the contact rail parts of this power unit can be interconnected both by the electronic switching element and by the electromechanical switching element, can without much effort, that is, without a large number of additional
- connection connections provided according to the invention elements take over both the mechanical and the electrical functions, the effort for additional parts is particularly low, which ultimately leads to a reduction in possible sources of error and to lower manufacturing costs of the engine control unit.
- FIG. 1 shows a perspective illustration of an engine control unit in a three-pole design
- FIG. 2 shows a perspective view of three power unit units for forming a three-pole, three-phase controlled engine control unit
- Fig. 4 shows in perspective a partial section of the three-phase controlled engine control unit.
- FIG. 1 shows a three-pole motor control device 1, which essentially consists of a housing unit 2 and a cooling unit 3 arranged below the housing unit 2.
- the housing unit 2 is made entirely of a plastic material.
- Fastening elements 4 for fastening the engine control unit 1 to a mounting wall or the like are provided in the foot region of the cooling unit 3.
- the housing unit 2 comprises a basic housing module 5, as well as a housing cover 6 built thereon, which is designed to accommodate a central control unit (not shown) is.
- the central control unit is used to control the individual power subunits of the engine control unit 1.
- the cooling unit 3 serves to receive heat sinks of the power subunits of the engine control unit 1.
- fans 7 are provided for actively cooling the engine control unit 1.
- an embodiment without additional fans is of course also possible.
- FIG. 2 shows three power unit units 17 of the engine control unit 1, as can be installed in a housing unit 2 shown in FIG. 1, in order to form a three-pole, three-phase controlled engine control unit 1.
- Each of the three power unit units 17 shown is assigned a phase.
- Each power unit 17 comprises an electronic switching element 18, for example a thyristor, and an electromechanical bypass in the form of an electromechanical switching element 19 in the manner of a single-phase contactor and corresponding heat sinks 20.
- a power unit 17 is formed by an electronic switching element 18 and an electromechanical switching element 19 assigned to this electronic switching element 18.
- Each contact rail 21 is assigned a toroidal core converter 22, which lies in a housing recess 11, supplies the control unit with current information and thus ensures motor protection.
- the phase angle-controlled ignition of the thyristors during startup and switching off of the engine connected to the engine control unit (not shown) is used in the Housing cover 6 of the housing unit 3 arranged central control unit, which is designed in the form of a microcontroller arranged on a circuit board.
- the bypass function is activated by the control unit.
- the electronic switching element 18 is then bridged by the electromechanical switching element 19. If the motor is to be switched off again, the electromechanical switching element 19 is deactivated with the aid of the control unit and the electronic switching element 18 is activated. The motor is therefore switched on and off via the electronic switching element 18, while the current is conducted via the electromechanical switching element 19.
- the control unit serves to control the interaction of the thyristor and the bypass.
- control unit evaluates the current level information of the toroidal core converters 22 assigned to the individual phases and determines the load on the thyristors for adequate internal thyristor protection.
- the control unit is also responsible for engine protection.
- the electromechanical switching element 19 Since the electromechanical switching element 19 has a heat loss which is approximately ten times lower than the electronic switching element 18, in other words the heat losses produced during operation via the electromechanical switching element 19 are many times smaller, this can be used for cooling the electronic switching element 18 provided heat sink 20 are designed to be significantly smaller. In addition, the electronic switching element 18 itself can also be dimensioned smaller, since it is not exposed to any permanent load.
- the electromechanical switching element 19 comprises a fixed yoke 23, below which a magnet coil 24 is arranged. A movable armature 25 is arranged under the coil 24. A plastic contact carrier 26 connected to the armature 25, two fixed contacts 27, 28 and a movable one
- the fixed contacts 27, 28, which are designed in the form of contact rail parts and are provided for connecting connecting cables, have silver coatings. If a voltage is applied to the switching element 19 via the control unit, a current flows through the magnet coil 24 and the armature 25 moves in the direction of the yoke 23 until armature 25 and yoke 23 lie one on top of the other. During this movement, the contact carrier 26 is taken along and presses the switching piece 29 onto the two fixed contacts 27, 28 via the spring 30. A conductive connection is thus established.
- FIG. 3 shows the power unit units 17 of the engine control unit 1 described above in a side view, so that only one power unit unit 17 is visible here.
- connecting elements 40 and 50 are now provided which, in the case of a power unit 17, connects the electronic switching element 18 to the corresponding contact rail parts 21 'and 21 ⁇ * of the contact rail 21 such that the two switching elements 18 and 19 are ultimately arranged parallel to one another.
- the bridging function can then be achieved by this parallel arrangement of the electronic switching element 18, which is designed in particular as a semiconductor switching element, and the electromagnetic switching element 19.
- the connecting element 40 is designed as a stamped and bent part and the connecting element 50 is designed as a turned part. Both together form an optimal mechanical fastening of the electrical switching element 18 to the contact slide ne 21.
- the turned part is particularly preferable if the construction needs to be as small as possible for the attachment and the connecting element should be guided very closely in the housing.
- any other type of connecting element 40 and 50 is also conceivable, as long as the idea according to the invention is achieved that these connecting elements 40 and 50 achieve both an electrical parallel connection of the two switching elements 18 and 19 and a mechanically resilient fastening.
- the connecting elements must ultimately be selected so that they can absorb accelerations of the power section, that is to say accelerations of the electrical circuit 18, but also external forces acting on the contact rail at the connecting parts 27 and 28.
- FIG. 4 A perspective section of the three-phase controlled engine control unit is shown in FIG. 4, so that a preferred embodiment of the connecting element 40 can be seen.
- the stamped and bent part 40 is preferably designed with an elongated hole at the end to which the electrical switching element 18 is to be fastened.
- a screw guided through the elongated hole for fastening the switching element 18 can be varied in its position relative to the stamped and bent part, so that manufacturing tolerances can be compensated.
- the other end of the stamped and bent part is attached to the contact rail part 21 x using appropriate means, such as a screw.
- any other type of connecting element 40 is also conceivable as long as a large-area connection is ensured.
- openings can be made in the stamped and bent part
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Motorsteuergerät, insbesondere ein Motorsteuergerät (1), mit einer Anzahl von Leistungsteileinheiten (17) in einer Gehäuseeinheit (2) des Motorsteuergerätes (1), wobei mindestens eine Leistungsteileinheit (17) eine Kontaktschiene (21), ein elektronisches Schaltglied (18) und ein als Überbrückungselement ausgebildetes elektromechanisches Schaltglied (19) umfasst. In der Gehäuseeinheit (2) sind Verbindungselemente (40, 50) vorgesehen, die das elektronische Schaltglied (18) einer Leistungsteileinheit (17) mit entsprechenden Kontaktschienenteilen der Kontaktschiene (21) und dem elektromechanischen Schaltglied (19) dieser Leistungsteileinheit (17) elektrisch und mechanisch so verbinden, dass die Kontaktschienenteile (21) dieser Leistungseinheit (17) sowohl vom elektronischen Schaltglied (18) als auch vom elektromechanischen Schaltglied (19) zusammenschaltbar sind.
Description
Beschreibung
MotorSteuergerät
Die Erfindung betrifft ein Motorsteuergerät insbesondere ein Motorsteuergerät nach Anspruch 1.
Bei den, aus dem Stand der Technik bekannten Halbleitermotorsteuergeräten (Sanftstartern) ist bekannt, eine By-pass- Funktion, das heißt eine Überbrückung eines Schalters über ein zusätzliches Schütz zu verwirklichen. Der Sanftstarter übernimmt dabei die Ansteuerung des Schützes. Nachteilig bei diesen Geräten ist es, dass zusätzliche Bauelemente zur Realisierung dieser By-pass-Funktion erforderlich sind. Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Geräte bekannt, bei denen die By-pass-Funktion in dem Motorsteuergerät integriert ist. Nachteilig bei diesen Geräten ist jedoch, dass diese entweder nur für eine zweiphasig gesteuerte Ausführung oder aber nur für eine dreiphasig gesteuerte Ausführung ausgebildet sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Motorsteuergerät mit integrierter By-pass-Funktion bereitzustellen, welches sowohl einen einfachen Aufbau als auch eine universelle Einsetzbarkeit gestattet. Diese Aufgabe wird durch ein Mo- torsteuergerät nach Anspruch 1 gelöst.
Dadurch, dass in der Gehäuseeinheit Verbindungselemente vorgesehen sind, die das elektronische Schaltglied einer Leistungsteileinheit mit entsprechenden Kontaktschienenteilen der Kontaktschiene und dem elektromechanischen Schaltglied dieser Leistungsteileinheit elektrisch und mechanisch so verbinden, dass die Kontaktschienenteile dieser Leistungsteileinheit sowohl vom elektronischen Schaltglied als auch vom elektromechanischen Schaltglied zusammenschaltbar sind, kann ohne gro- ßen Aufwand, das heißt ohne eine hohe Anzahl zusätzlicher
Teile die By-Pass-Funktion erreicht werden. Insbesondere dadurch, dass diese erfindungsgemäß vorgesehenen Verbindungs-
elemente sowohl die mechanischen als auch die elektrischen Funktionen übernehmen, ist der Aufwand an zusätzlichen Teilen besonders gering, was letztendlich zu einer Verringerung von möglichen Fehlerquellen und zu geringeren Herstellkosten des Motorsteuergerätes führt.
Weitere vorteilhafte Ausführungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsbeispiele derselben werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
Fig.l eine perspektivische Darstellung eines Motorsteuer- gerätes in dreipoliger Ausführung,
Fig.2 eine perspektivische Darstellung von drei Leistungsteileinheiten zur Ausbildung eines dreipoligen, dreiphasig gesteuerten Motorsteuergerätes,
Fig.3 eine seitliche Ansicht des dreiphasig gesteuerten Motorsteuergerätes ,
Fig. 4 perspektivisch einen Teilausschnitt des dreiphasig gesteuerten Motorsteuergerätes.
Figur 1 zeigt ein dreipoliges Motorsteuergerät 1, welches im Wesentlichen aus einer Gehäuseeinheit 2 und einer unterhalb der Gehäuseeinheit 2 angeordneten Kühleinheit 3 besteht. Die Gehäuseeinheit 2 ist vollständig aus einem Kunststoffmaterial gefertigt. Im Fußbereich der Kühleinheit 3 sind Befestigungselemente 4 zur Befestigung des Motorsteuergerätes 1 an einer Montagewand oder dergleichen vorgesehen.
Die Gehäuseeinheit 2 umfasst ein Gehäusegrundmodul 5, sowie ein darauf aufgebauter Gehäusedeckel 6, der zur Aufnahme einer zentralen Steuereinheit (nicht abgebildet) ausgebildet
ist. Die zentrale Steuereinheit dient zur Ansteuerung der einzelnen Leistungsteileinheiten des Motorsteuergerätes 1.
Die Kühleinheit 3 dient zur Aufnahme von Kühlkörpern der Leistungsteileinheiten des Motorsteuergerätes 1. Darüber hinaus sind Lüfter 7 zur aktiven Kühlung des Motorsteuergerätes 1 vorgesehen. Selbstverständlich ist jedoch auch eine Ausführungsform ohne zusätzliche Lüfter möglich.
Figur 2 zeigt drei Leistungsteileinheiten 17 des Motorsteuergerätes 1, wie sie in eine in Figur 1 dargestellte Gehäuseeinheit 2 eingebaut werden kann, um ein dreipoliges, dreiphasig gesteuertes Motorsteuergerät 1 auszubilden. Jeder der drei abgebildeten Leistungsteileinheiten 17 ist dabei eine Phase zugeordnet. Jede Leistungsteileinheit 17 umfasst ein elektronisches Schaltglied 18, beispielsweise einen Thyristor, und eine elektromechanische Überbrückung in Form eines elektromechanischen Schaltglieds 19 nach Art eines einphasigen Schützes sowie entsprechende Kühlkörper 20. Mit an- deren Worten - eine Leistungsteileinheit 17 wird gebildet von einem elektronischen Schaltglied 18 und einem diesem elektronischen Schaltglied 18 zugeordneten elektromechanischen Schaltglied 19.
Jeder Phase sind zwei Kontaktschienenteile einer Kontaktschiene 21 zugeordnet. Diese Kontaktschienen 21 treten im Montageendzustand jeweils an der Stirnseite 13 sowie an der Rückseite 12 des Gehäusegrundmoduls 5 zur Ausbildung von Anschlusskontakten aus dem Gehäusegrundmodul 5 aus. Jeder Kon- taktschiene 21 ist ein Ringkernwandler 22 zugeordnet, der in einer Gehäusevertiefung 11 einliegt, die Steuereinheit mit einer Strominformation versorgt und damit den Motorschutz gewährleistet .
Der phasenwinkelgesteuerten Zündung der Thyristoren während des Hochlaufens und des Ausschaltens des an das Motorsteuergerät angeschlossenen Motors (nicht abgebildet) dient die im
Gehäusedeckel 6 der Gehäuseeinheit 3 angeordnete zentrale Steuereinheit, die in Form eines auf einer Leiterplatte angeordneten Mikrocontrollers ausgebildet ist.
Nachdem der von dem Motorsteuergerät 1 angesteuerte Motor unter Verwendung des elektronischen Schaltglieds 18 hochgelaufen ist und seinen Betriebspunkt, also Nenndrehzahl und Nennstrom, erreicht hat, wird die Überbrückungs- oder By-pass- Funktion durch die Steuereinheit aktiviert. Mit anderen Wor- ten erfolgt dann eine Überbrückung des elektronischen Schaltglieds 18 durch das elektromechanische Schaltglied 19. Soll der Motor wieder ausgeschaltet werden, wird mit Hilfe der Steuereinheit das elektromechanische Schaltglied 19 deaktiviert und das elektronische Schaltglied 18 aktiviert. Das Ein- und Ausschalten des Motors erfolgt also über das elektronische Schaltglied 18, während das Stromführen über das elektromechanische Schaltglied 19 erfolgt. Die Steuereinheit dient dabei zur Steuerung des Zusammenspiels von Thyristor und Überbrückung.
Gleichzeitig wertet die Steuereinheit die Stromhöheninformationen der den einzelnen Phasen zugeordneten Ringkernwandler 22 aus und ermittelt die Belastung der Thyristoren für einen ausreichenden Thyristoreigenschutz. Darüber hinaus ist die Steuereinheit für den Motorschutz zuständig.
Da das elektromechanische Schaltglied 19 einen etwa um den Faktor zehn geringeren Wärmeverlust als das elektronische Schaltglied 18 aufweist, die produzierten Wärmeverluste mit anderen Worten während des Betriebs über das elektromechanische Schaltglied 19 also um ein Vielfaches geringer sind, kann der für die Kühlung des elektronischen Schaltglieds 18 vorgesehene Kühlkörper 20 wesentlich kleiner ausgelegt werden. Darüber hinaus kann auch das elektronische Schaltglied 18 selbst geringer dimensioniert sein, da es keiner Dauerbelastung ausgesetzt ist.
Das elektromechanische Schaltglied 19 umfasst ein feststehendes Joch 23, unterhalb dessen eine Magnetspule 24 angeordnet ist. Unter der Spule 24 ist ein beweglicher Anker 25 angeordnet. Ein mit dem Anker 25 verbundener Kontaktträger 26 aus Kunststoff, zwei Festkontakte 27, 28 und ein bewegliches
Schaltstück 29, das sich über eine Feder 30 an dem Kontaktträger 26 abstützt, bilden das Verbindungsteil .
Die in Form von Kontaktschienenteilen ausgebildeten Festkon- takte 27, 28, die zum Anschluss von Anschlusskabeln vorgesehen sind, verfügen über Silberauflagen. Wird über die Steuereinheit eine Spannung an das Schaltglied 19 angelegt, erfolgt ein Stromfluss durch die Magnetspule 24 und der Anker 25 bewegt sich in Richtung des Jochs 23, bis Anker 25 und Joch 23 aufeinanderliegen. Bei dieser Bewegung wird der Kontaktträger 26 mitgenommen und drückt über die Feder 30 das Schaltstück 29 auf die beiden Festkontakte 27, 28. Damit ist eine leitende Verbindung hergestellt.
Figur 3 zeigt die zuvor beschriebene Leistungsteileinheiten 17 des Motorsteuergerätes 1 in seitlicher Ansicht, so dass hier aber nur eine Leistungsteileinheit 17 sichtbar ist. Erfindungsgemäß sind nun Verbindungselemente 40 und 50 vorgesehen, die bei einer Leistungsteileinheit 17 das elektronische Schaltglied 18 mit den entsprechenden Kontaktschienenteilen 21' und 21λ* der Kontaktschiene 21 so verbindet, dass letztendlich die beiden Schaltglieder 18 und 19 parallel zueinander angeordnet sind. Durch diese parallele Anordnung des e- lektronischen Schaltgliedes 18, das insbesondere als Halblei- terschaltglied ausgebildet ist, und dem elektromagnetischen Schaltglied 19 ist dann die Überbrückungsfunktion erzielbar.
Wie in Figur 3 dargestellt, ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Verbindungselement 40 als Stanz-Biegeteil ausgeführt und das Verbindungselement 50 als Drehteil ausgeführt. Beide zusammen bilden eine optimale mechanische Befestigung des elektrischen Schaltgliedes 18 an der Kontaktschie-
ne 21. Das Drehteil ist insbesondere dann vorzuziehen, wenn bei der Konstruktion auf einen möglichst geringen Platzbedarf für die Befestigung geachtet werden soll und das Verbindungselement sehr eng im Gehäuse geführt werden soll. Grundsätz- lieh ist aber auch jede andere Art der Verbindungselemente 40 und 50 denkbar, solange der erfindungsgemäße Gedanke, dass durch diese Verbindungselemente 40 und 50 sowohl eine elektrische Parallelschaltung der beiden Schaltglieder 18 und 19 als auch eine mechanisch belastbare Befestigung erreicht wird. So müssen die Verbindungseiemente letztendlich so gewählt werden, dass sie Beschleunigungen des Leistungsteils, dass heißt Beschleunigungen des elektrischen Schaltkreises 18, aber auch von außen an den Anschlussteilen 27 und 28 auf die Kontaktschiene einwirkende Kräfte aufnehmen können.
In Figur 4 dargestellt ist perspektivisch ein Teilausschnitt des dreiphasig gesteuerten Motorsteuergerätes, so dass eine bevorzugte Ausbildung des Verbindungselements 40 zu sehen ist. So ist das Stanz-Biegeteil 40 vorzugsweise an dem Ende, an dem das elektrische Schaltglied 18 befestigt werden soll mit einem Langloch ausgeführt. Dadurch kann eine zur Befestigung des Schaltglieds 18 durch das Langloch geführte Schraube in ihrer Lage relativ zu dem Stanz-Biegeteil variiert werden, so dass Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden können. Das andere Ende des Stanz-Biegeteils wird mit entsprechenden Mitteln, wie beispielsweise einer Schraube, am Kontaktschienenteil 21 x befestigt. Anstelle des hier dargestellten Stanz- Biegeteils 40 ist auch jede andere Art von Verbindungselement 40 denkbar, solange eine großflächige Verbindung gewährleis- tet ist. Zusätzlich können in dem Stanz-Biegeteil Öffnungen
43 so vorgesehen sein, dass ein Kühlluftstrom weiterhin weitgehend ungehindert durch das Motorsteuergerät strömen kann.
Claims
1. Motorsteuergerät (1) mit einer Anzahl von Leistungsteileinheiten (17) in einer Gehäuseeinheit (2) des Motorsteu- ergerätes (1), wobei mindestens eine Leistungsteileinheit (17) eine Kontaktschiene (21), ein elektronisches Schaltglied (18) , und ein als Uberbruckungselement ausgebildetes elektromechanisches Schaltglied (19) umfasst, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s in der Gehäuseeinheit (2) Verbindungselemente (40,50) vorgesehen sind, die das elektronische Schaltglied (18) einer Leistungsteileinheit (17) mit entsprechenden Kontaktschienenteilen der Kontaktschiene (21) und dem elektromechanischen Schaltglied (19) dieser Leistungsteileinheit (17) e- lektrisch und mechanisch so verbinden, dass die Kontaktschienenteile (21) dieser Leistungseinheit (17) sowohl vom elektronischen Schaltglied (18) als auch vom elektromechanischen Schaltglied (19) zusammenschaltbar sind.
2. Motorsteuergerät nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s ein erstes Verbindungselement (40) einer Leistungsteileinheit (17) als Stanz-Biegeteil ausgebildet ist.
3. Motorsteuergerät nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Stanz-Biegeteil (40) ein Langloch (41) zur Befestigung am elektronischen Schaltglied (18) aufweist.
4. Motorsteuergerät nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Stanz-Biegeteil (40) zusätzliche Öffnungen (43) aufweist .
5. Motorsteuergerät nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das ein weiteres Verbindungs element (50) ein Drehteil ist.
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