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DE102006039097A1 - Electric motor e.g. direct current motor, current measuring device for motor vehicle, has conductor path section electrically connected with input and output contacts, has and including voltage meter to measure voltage drop between points - Google Patents

Electric motor e.g. direct current motor, current measuring device for motor vehicle, has conductor path section electrically connected with input and output contacts, has and including voltage meter to measure voltage drop between points Download PDF

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Maik Dipl.-Ing. Salomo (FH)
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Aumovio Microelectronic GmbH
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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Abstract

The device has a printed circuit board (4) with an input contact (5) and an output contact (6), and a conductor path section (7) electrically connected with the input contact and the output contact. The conductor path section exhibits two measuring points (8, 9) and a voltage meter (11) that is provided for measuring a voltage drop between the measuring points. A temperature sensor (16) stays in thermal contact with the printed circuit board and the conductor path section. The temperature sensor is provided for compensating measurement errors based on variations in temperature.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strommess-Einrichtung, insbesondere eine Einrichtung zur Messung eines Motorstroms, sowie eine diese umfassende Vorrichtung zum Steuern eines elektrischen Gerätes, insbesondere eines Elektromotors.The The invention relates to a current measuring device, in particular a Device for measuring a motor current, and a device comprising this for controlling an electrical device, in particular an electric motor.

Elektronisch angesteuerte Gleichstrommotoren werden insbesondere als Antrieb von Kühlerlüftern in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Steuergeräte hierfür sollen unter anderem Schwergängigkeit und/oder Kurzschlüsse der Gleichstrommotoren feststellen und für derartige Fälle geeignete Schutzmaßnahmen treffen. Es ist bekannt, z. B. die Schwergängigkeit eines Elektromotors mittels Messung des Motorstromes festzustellen. Für diese Strommessung wird üblicherweise ein Shunt eingesetzt. Da es sehr temperaturstabile Shunts gibt, lässt sich mit einer derartigen Einrichtung relativ temperaturunabhängig der Strom messen. Ein Nachteil ist jedoch der hohe Kostenaufwand für den Shunt.electronic driven DC motors are used in particular as a drive from radiator fans in Used motor vehicles. Controllers for this purpose are, inter alia, binding and / or shorts determine the DC motors and suitable for such cases precautions to meet. It is known, for. B. the stiffness of an electric motor determine by measuring the motor current. For this Current measurement is usually a shunt inserted. Since there are very temperature stable shunts, let yourself with such a device relatively independent of the temperature Measure current. A disadvantage, however, is the high cost of the shunt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges Strommessverfahren mit hoher Temperaturunabhängigkeit zu schaffen.It is therefore an object of the present invention, a cost-effective To provide current measurement method with high temperature independence.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.These The object is solved by the features of claim 1.

Der Kern der Erfindung besteht darin, den Spannungsabfall über einem definierten Leiterbahnabschnitt auf der Leiterplatte zu messen. Ein teurer Shunt zur Strommessung entfällt. Die Strommess-Einrichtung sowie eine diese umfassende Steuer-Vorrichtung können kompakt ausgeführt werden.Of the Essence of the invention is the voltage drop across a to measure the defined strip conductor section on the printed circuit board. An expensive shunt for current measurement is eliminated. The current measuring device as well as a comprehensive control device can be made compact.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the Dependent claims.

Eine Strommess-Einrichtung nach Anspruch 2 vereint beide zum Betrieb eines mit Gleichstrom betriebenen elektrischen Gerätes notwendigen Anschlussbahnen auf der selben Leiterplatte und ist daher besonders platzsparend herzustellen.A Current measuring device according to claim 2 combines both for operation a DC powered electrical device necessary Connecting tracks on the same circuit board and is therefore special save space.

Ein in einen Leiterbahnabschnitt integrierter Schalter gemäß Anspruch 3 ermöglicht ein besonders einfaches Ein- und Ausschalten eines mit den Ausgangskontakten der Leiterplatte elektrisch verbundenen Gerätes.One in a track section integrated switch according to claim 3 allows a particularly easy on and off one with the output contacts the circuit board electrically connected device.

Ein Temperatursensor nach Anspruch 4 ermöglicht es, temperaturbedingte Widerstandsschwankungen zu kompensieren.One Temperature sensor according to claim 4 allows temperature-related To compensate for resistance fluctuations.

Durch die Anordnung des ersten Leiterbahnabschnitts gemäß Anspruch 5 wird ein besonders einfaches Abgleichen des Widerstandes dieses Leiterbahnabschnitts ermöglicht.By the arrangement of the first conductor track section according to claim 5 will be a particularly easy comparison of the resistance of this Track section allows.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige, temperaturunabhängige Steuer-Vorrichtung für ein elektrisches Gerät zu schaffen, welche die Stärke des zu diesem Gerät fließenden Stromes überwacht.A Another object of the invention is to provide a cost-effective, temperature-independent Control device for an electrical device to create the strength of this device overflowing current.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 6 gelöst.These The object is achieved by a device according to claim 6.

Eine optische und/oder akustische Signal-Einheit gemäß Anspruch 7 ist ein effizientes Mittel, ein unerwünschtes Ansteigen der Stromstärke, welches möglicherweise auf einen elektrischen oder mechanischen Fehler zurückzuführen ist, anzuzeigen.A Optical and / or acoustic signal unit according to claim 7 is an efficient Means, an undesirable Increase in current, which possibly due to an electrical or mechanical fault, display.

Eine Regel-Einrichtung nach Anspruch 8 schützt das mit den Ausgangskontakten verbundene elektrische Gerät vor Überlastung.A Control device according to claim 8 protects that with the output contacts connected electrical device in front of overload.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.Further Features and details of the invention will become apparent from the following Description of an embodiment based on the drawing.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer Strommess-Einrichtung und einer diese umfassenden Steuer-Vorrichtung. 1 shows a schematic view of a current measuring device and a comprehensive control device.

Eine Steuer-Vorrichtung 1 umfasst eine Strommess-Einrichtung 2 sowie einen Mikro-Kontroller 3. Bei der Steuer-Vorrichtung 1 handelt es sich um ein Steuergerät für eine Leistung, die geringer ist als 400 W. Die Strommess-Einrichtung 2 umfasst ihrerseits eine Leiterplatte 4 mit einem ersten Eingangskontakt 5, einem ersten Ausgangskontakt 6 sowie einem den ersten Eingangskontakt 5 und den ersten Ausgangskontakt 6 verbindenden ersten Leiterbahnabschnitt 7. Letzterer ist auf der Leiterplatte 4, z. B. durch Beschichten, aufgebracht. Dem ersten Leiterbahnabschnitt 7 sind ein erster Messpunkt 8 und ein zweiter Messpunkt 9 zugeordnet. Die Messpunkte 8, 9 sind elektrisch mit dem Leiterbahnabschnitt 7 verbunden. Zwischen dem ersten Messpunkt 8 und dem zweiten Messpunkt 9 ist auf dem ersten Leiterbahnabschnitt 7 eine Messstrecke 10 definiert. Weiterhin ist ein Spannungsmesser 11 vorgesehen, welcher einerseits mit dem ersten Messpunkt 8, andererseits mit dem zweiten Messpunkt 9 elektrisch verbunden ist. Ein zweiter Leiterbahnabschnitt 12 mit einem zweiten Eingangskontakt 13 und einem zweiten Ausgangskontakt 14 hat einen Schalter 15 zum Takten eines mit den Ausgangskontakten 6, 14 elektrisch verbundenen Gerätes, insbesondere eines Elektromotors. In der Nähe des ersten Leiterbahnab schnitts 7 ist ein Temperatursensor 16 angebracht. Dieser steht mit der Leiterplatte 4 und den Leiterbahnabschnitten 7, 12 in thermischem Kontakt. Sowohl der Spannungsmesser 11 als auch der Temperatursensor 16 stehen mit dem Mikro-Kontroller 3 in Signalverbindung. Der Mikro-Kontroller 3 ist mit den Eingangskontakten 5, 13 und einer Signal-Einheit 17 verbunden. In der 1 nicht dargestellt ist eine Stromzuführung zum Mikro-Kontroller 3 und zu den Eingangskontakten 5, 13. Ebenfalls nicht dargestellt ist das elektrisches Gerät, insbesondere der Elektromotor, welcher mit den Ausgangskontakten 6, 14 verbunden ist.A control device 1 includes a current measuring device 2 and a microcontroller 3 , At the control device 1 it is a control unit for a power less than 400 W. The current measuring device 2 in turn includes a printed circuit board 4 with a first input contact 5 , a first output contact 6 as well as the first input contact 5 and the first output contact 6 connecting first conductor track section 7 , The latter is on the circuit board 4 , z. B. by coating applied. The first track section 7 are a first measuring point 8th and a second measuring point 9 assigned. The measuring points 8th . 9 are electrical to the track section 7 connected. Between the first measuring point 8th and the second measuring point 9 is on the first track section 7 a measuring section 10 Are defined. Furthermore, a voltmeter 11 provided, which on the one hand with the first measuring point 8th on the other hand with the second measuring point 9 electrically connected. A second track section 12 with a second input contact 13 and a second output contact 14 has a switch 15 to clock one with the output contacts 6 . 14 electrically connected device, in particular an electric motor. Near the first conductor section 7 is a temperature sensor 16 appropriate. This stands with the circuit board 4 and the conductor track sections 7 . 12 in thermal contact. Both the voltmeter 11 as well as the temperature sensor 16 stand with the micro-controller 3 in signal connection. The microcontroller 3 is with the input contacts 5 . 13 and a signal unit 17 connected. In the 1 not shown is a power supply to the microcontroller 3 and to the input contacts 5 . 13 , Also not shown is the electrical device, in particular the electric motor, which with the output contacts 6 . 14 connected is.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der Steuer-Vorrichtung 1 mit der Strommess-Einrichtung 2 beschrieben: Zum Betrieb des Elektromotors wird an dem ersten Eingangskontakt 5 und dem zweiten Eingangskontakt 13 eine geeignete Spannung angelegt. Sofern der Schalter 15 geschlossen ist, und auch in dem Gerät selbst keine Stromunterbrechung vorhanden ist, fließt im ersten Leiterbahnabschnitt 7 ein Strom. Dieser Strom ist proportional zum Spannungsabfall im ersten Leiterbahnabschnitt 7, insbesondere proportional zum Spannungsabfall über der Messstrecke 10 zwischen dem ersten und zweiten Messpunkt 8, 9. Die Spannung zwischen dem ersten und zweiten Messpunkt 8, 9 wird vom Spannungsmesser 11 gemessen. Dabei ist die Größe des Messwerts abhängig vom Strom, welcher in der Messstrecke 10 fließt, sowie vom Widerstand zwischen dem ersten und zweiten Messpunkt 8, 9. Dieser Widerstand kann vorteilhaft beim Fräsen der Nutzen, also einzelner Teil-Leiterplatten, abgeglichen werden. Der Temperatursensor 16 dient zur Kompensation einer unerwünschten Temperaturabhängigkeit dieses Widerstandes. Dazu wird die Temperatur in der Nähe der Messstrecke 10 vom Temperatursensor 16 gemessen und diese Daten zur Auswertung an den Mikro-Kontroller 3 weitergeleitet. Aus den Daten vom Spannungsmesser 11 und Temperatursensor 16 ermittelt der Mikro-Kontroller 3 den temperatur-kompensierten Strom im ersten Leiterbahnabschnitt 7. Bei einem unerwünschten Ansteigen der Stromstärke im ersten Leiterbahnabschnitt 7, beispielsweise aufgrund eines elektrischen Fehlers oder einer Schwergängigkeit des Elektromotors, kann der Mikro-Kontroller 3 geeignete Schutzmaßnahmen treffen. Derartige Schutzmaßnahmen können darin bestehen, die Signal-Einheit 17, welche beispielsweise optischer und/oder akustischer Natur sein kann, zu aktivieren und/oder die an den Eingangskontakten 5, 13 angelegte Spannung zu regeln und/oder die Taktfrequenz des Schalters 15 zu reduzieren.The following is the operation of the control device 1 with the current measuring device 2 For operation of the electric motor is at the first input contact 5 and the second input contact 13 applied a suitable voltage. If the switch 15 is closed, and also in the device itself no power interruption exists, flows in the first track section 7 a stream. This current is proportional to the voltage drop in the first track section 7 , in particular proportional to the voltage drop across the measuring path 10 between the first and second measuring points 8th . 9 , The voltage between the first and second measuring point 8th . 9 is from the voltmeter 11 measured. The size of the measured value depends on the current which is in the measuring section 10 flows, as well as the resistance between the first and second measuring point 8th . 9 , This resistance can be advantageously adjusted when milling the benefits, ie individual part PCBs. The temperature sensor 16 serves to compensate for an undesirable temperature dependence of this resistance. For this, the temperature is near the measuring section 10 from the temperature sensor 16 measured and these data for evaluation to the microcontroller 3 forwarded. From the data from the voltmeter 11 and temperature sensor 16 determines the microcontroller 3 the temperature-compensated current in the first trace section 7 , With an undesirable increase in the current in the first conductor track section 7 For example, due to an electrical fault or sluggishness of the electric motor, the micro-controller 3 take appropriate protective measures. Such safeguards can be the signal unit 17 which may be optical and / or acoustic, for example, and / or those at the input contacts 5 . 13 to regulate applied voltage and / or the clock frequency of the switch 15 to reduce.

Durch diese Anordnung ist die Strommess-Einrichtung 2 bzw. die Steuer-Vorrichtung 1 temperaturstabil, präzise und dennoch kostengünstig herzustellen.By this arrangement, the current measuring device 2 or the control device 1 Temperature stable, precise and yet inexpensive to produce.

Claims (8)

Einrichtung (2) zur Messung eines Stroms, insbesondere eines Motorstroms umfassend: a) eine Leiterplatte (4) mit einem ersten Eingangskontakt (5) und einem ersten Ausgangskontakt (6), b) einen den ersten Eingangskontakt (5) und den ersten Ausgangskontakt (6) elektrisch verbindenden, auf der Leiterplatte (4) aufgebrachten ersten Leiterbahnabschnitt (7), welcher aufweist: i. einen ersten Messpunkt (8) und ii. einen zweiten Messpunkt (9), sowie c) einen Spannungsmesser (11) zur Messung des Spannungsabfalls zwischen dem ersten Messpunkt (8) und dem zweiten Messpunkt (9).Facility ( 2 ) for measuring a current, in particular a motor current, comprising: a) a printed circuit board ( 4 ) with a first input contact ( 5 ) and a first output contact ( 6 ), b) a first input contact ( 5 ) and the first output contact ( 6 ) electrically connecting, on the circuit board ( 4 ) applied first conductor track section ( 7 ), which comprises: i. a first measuring point ( 8th ) and ii. a second measuring point ( 9 ), as well as c) a voltmeter ( 11 ) for measuring the voltage drop between the first measuring point ( 8th ) and the second measuring point ( 9 ). Strommess-Einrichtung (2) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (4) einen zweiten Eingangskontakt (13), einen zweiten Ausgangskontakt (14) sowie einen den zweiten Eingangskontakt (13) und den zweiten Ausgangskontakt (14) verbindenden, auf der Leiterplatte (4) aufgebrachten zweiten Leiterbahnabschnitt (12) aufweist.Current measuring device ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the printed circuit board ( 4 ) a second input contact ( 13 ), a second output contact ( 14 ) and a second input contact ( 13 ) and the second output contact ( 14 ), on the printed circuit board ( 4 ) applied second conductor track section ( 12 ) having. Strommess-Einrichtung (2) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leiterbahnabschnitt (12) einen Schalter (15) zum Takten eines mit dem gemessenen Strom versorgten elektrischen Gerätes, insbesondere eines Elektromotors, aufweist.Current measuring device ( 2 ) according to claim 2, characterized in that the second conductor track section ( 12 ) a switch ( 15 ) for clocking an electrical device supplied with the measured current, in particular an electric motor. Strommess-Einrichtung (2) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommess-Einrichtung (2) einen mit der Leiterplatte (4) und/oder dem ersten Leiterbahnabschnitt (7) in thermischem Kontakt stehenden Temperatursensor (16) zur Kompensation von Messfehlern aufgrund von Temperaturschwankungen aufweist.Current measuring device ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the current measuring device ( 2 ) one with the circuit board ( 4 ) and / or the first track section ( 7 ) in thermal contact temperature sensor ( 16 ) to compensate for measurement errors due to temperature fluctuations. Strommess-Einrichtung (2) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leiterbahnabschnitt (7) eine zumindest abschnittsweise abtragbare Messstrecke (10) umfasst.Current measuring device ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first conductor track section ( 7 ) an at least partially ablatable measuring section ( 10 ). Vorrichtung (1) zum Steuern eines elektrischen Gerätes, insbesondere eines Elektromotors mit a) einer Strommess-Einrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 sowie b) einem Mikro-Kontroller (3) zum Überwachen des gemessenen Stroms, insbesondere zum Vergleichen des gemessenen Motorstroms mit einem Strom-Sollwert.Contraption ( 1 ) for controlling an electrical device, in particular an electric motor with a) a current measuring device ( 2 ) according to one of claims 1 to 5 and b) a microcontroller ( 3 ) for monitoring the measured current, in particular for comparing the measured motor current with a current setpoint. Steuer-Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Signal-Einheit (17), insbesondere eine Kontrolllampe, vorgesehen ist, welche vom Mikro-Kontroller (3) bei einem unerwünschten Ansteigen der Stromstärke, insbesondere über den Strom-Sollwert, aktiviert wird.Control device ( 1 ) according to claim 6, characterized in that a signal unit ( 17 ), in particular a control lamp, provided by the microcontroller ( 3 ) is activated at an undesirable increase in the current, in particular via the current setpoint. Steuer-Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Mikro-Kontroller (3) bei einem unerwünschten Ansteigen der Stromstärke, insbesondere über den Strom-Sollwert, gesteuerte Regel-Einrichtung zum Regeln der an den Eingangskontakten (5, 13) angelegten Spannung vorgesehen ist.Control device ( 1 ) according to claim 6 or 7, characterized in that one of the micro-controllers ( 3 ) in the case of an undesired increase in the current intensity, in particular via the current setpoint, controlled regulating device for regulating the voltage at the input contacts ( 5 . 13 ) applied voltage is provided.
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