專利名稱：具有集成溫度傳感器的控制單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于電動機的控制器單元。特別地，本發(fā)明涉及一種具有集成溫
度傳感器的控制器單元，該集成溫度傳感器用于測量驅(qū)動壓縮機的電動機的繞組溫度。
背景技術：
家用壓縮機通常具有容納電動機和壓縮機的密封外殼。電動機典型地是單相電動 機，具有主繞組和用于起動電動機的起動繞組。起動過程由起動單元控制，該起動單元固定 在壓縮機外殼外部。 起動單元通常插到三插腳結(jié)構(gòu)，該三插腳伸出外殼，并對應于到主繞組、起動繞組 及它們共同端的三根引線。合適的三腳結(jié)構(gòu)的實例由Fusite公司(美國，俄亥俄州，辛辛 那提)提供。重要的是，在系統(tǒng)中加入一些保護，從而電動機在工作中不會過熱。通常，這 種保護包括外殼上或者靠近外殼的外部溫度傳感器。外部溫度傳感器檢測外殼的溫度，而 外殼的溫度又取決于電動機的溫度。但這種外部安裝的傳感器受到其它影響，諸如外界空 氣溫度。另外，由于熱通路相對長，外部安裝的傳感器可能不會迅速地對電動機的溫度變化 作出反應。 其它壓縮機使用內(nèi)部保護裝置，其與主繞組串聯(lián)，且置于電動機(下述)繞組中或 靠近其。內(nèi)部保護裝置響應繞組的溫度變化，以及流過其的電流，且如果其檢測到溫度太高 或者電流太大時，將斷開主繞組。當主繞組冷卻時，保護裝置重新連接，且電動機可重新起 動。 EP 0 484 077和US 4， 646， 195均涉及外部機械式解決方案，其中到壓縮機內(nèi)的 電動機的驅(qū)動電流由機械裝置監(jiān)測并斷開。EP 0 484 077中提供的機械式解決方案涉及偏 置彈簧，其在給定電動機溫度時永久斷開電動機電流。US 4，646，195也涉及基于彈簧的解 決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標是提供一種具有集成的電子溫度傳感器的控制器單元，其位于電動 機外殼外面。 本發(fā)明的另一目標是提供一種控制器單元，其中裝有可編程電子溫度傳感器。
上述目標通過以下實現(xiàn)將溫度傳感器集成到控制器單元中，所述控制器單元可 釋放地連接到布置在壓縮機外殼外部的三個連接插腳。依此方法，溫度傳感器更容易到達， 更易更換和維修。通過與一個或多個插腳緊密熱接觸，控制器單元的溫度傳感器與電動機 繞組熱接觸。插腳又通過導熱線纜連接到電動機繞組。因而相比僅靠近壓縮機外殼安裝的 溫度傳感器，它們與電動機繞組的熱接觸更好。 第一方面，本發(fā)明涉及一種確定電動機溫度的控制器單元，所述控制器單元包 括 用于將控制器單元可釋放地連接到電動機的對應的控制器端子的裝置；
電絕緣承載部件，該電絕緣承載部件上布置有一個或多個導電通路，用于傳輸電 流，所述承載部件進一步具有布置在其上的至少一個導熱通路，用于將熱量傳輸?shù)娇刂破?單元的熱敏元件，從而確定電動機的溫度。 優(yōu)選地，控制器單元適于可釋放地連接到位于電動機外殼外表面部分上的控制器 端子。 根據(jù)本發(fā)明的控制器單元構(gòu)成現(xiàn)有技術已知的內(nèi)部和外部保護器。根據(jù)本發(fā)明的 控制器單元可以比現(xiàn)有電動機保護器更為精確。另外，可以使用以下實現(xiàn)控制器微處理 器、ASIC，或者任意其它合適的控制器，其中可以設置規(guī)格(特性)以適合特定壓縮機。規(guī) 格(特性)可以在控制器單元的生產(chǎn)期間通過硬件或軟件編程。 原則上，控制器單元可以配置用于任意類型的電動機。因而，控制器單元適于單相 或多相電動機。 然而，本發(fā)明的第一方面的一個特別感興趣的應用是操作性連接到壓縮機的單相 電動機。雖然不限于壓縮機的應用，但以下將參照這種應用描述本發(fā)明。
承載部件可包括多個貫穿孔，每一個所述貫穿孔都適于容納插腳狀觸點元件。
可以設置接觸裝置，所述接觸裝置用于在所述導電通路和相應插腳狀觸點元件之 間建立電接觸。另外，所述接觸裝置中的至少一個適于在導熱通路和選擇的插腳狀觸點元 件之間建立熱連接，所述插腳狀觸點元件優(yōu)選地是電連接到電動機的起動繞組和主繞組的 共同插腳。接觸裝置可以成形為在接觸裝置和插腳狀觸點元件之間產(chǎn)生合適牢固的連接。 例如，接觸裝置可以成形為具有貫穿切口的彈性圓筒，所述貫穿切口沿圓筒壁的縱向方向 布置。 優(yōu)選地，所述承載部件包括印刷電路板(PCB)。由于可以使用PCB工藝領域中標準 制造工藝設置例如銅的導電和導熱通路，因此使用PCB會是有利的。 導電和導熱通路可以布置在PCB的同一側(cè)。事實上，導電和導熱通路可以由同一 通路構(gòu)成。選擇性地，導電和導熱通路可以布置在PCB的相反側(cè)。 熱敏元件可以包括熱敏電阻，所述熱敏電阻固定到所述承載部件。熱敏電阻可以 是具有正溫度系數(shù)(PTC)或者負溫度系數(shù)(NTC)的熱敏電阻。優(yōu)選地，采用NTC熱敏電阻。
控制器單元可進一步包括電流檢測裝置，所述電流檢測裝置適于測量提供到電動 機的電流。優(yōu)選地，所述電流檢測裝置包括形成所述承載部件的導電通路的整體部分的一 部分。通過測量電流檢測裝置兩側(cè)所產(chǎn)生的電壓可以確定通過電流檢測裝置的電流。由于 電流檢測裝置的電阻已知，可以使用歐姆定理計算電流。 選擇性地，可以從電流檢測裝置產(chǎn)生的熱量來確定電流。通過將熱敏元件定位在 相對于電流檢測裝置合適的位置，可以從由熱感應元件產(chǎn)生的信號來確定提供到電動機的 電流。 一種使電流檢測裝置和熱感應元件相對彼此定位的方法是將它們定位在PCB的相反 側(cè)上_優(yōu)選地在彼此正上方。 第二方面，本發(fā)明涉及一種確定電動機溫度的方法，確定是基于電和熱連接到電
動機的至少一個繞組的插腳狀元件的溫度的測量，所述方法包括以下步驟 將控制器單元可釋放地連接到電動機的對應端子，所述控制器單元包括電絕緣的
承載部件，所述承載部件上具有至少一個導熱通路，用于將熱量從插腳狀元件傳輸?shù)讲贾?br> 在所述承載部件上的熱敏元件，且
確定所述熱敏元件的電參數(shù)值，所述值是對于電動機溫度的測量值。
電參數(shù)值可以是電阻，且其中電阻是熱敏電阻、諸如NTC熱敏電阻的可變電阻。
所述方法進一步包括以下步驟確定提供到電動機的至少一個繞組的電流。如參 照本發(fā)明的第一方面所述，可以通過測量設置在承載部件上的電流檢測元件兩側(cè)的壓降來 確定電流。選擇性地，可以通過測量來自熱敏元件的輸出信號來確定電流，所述輸出信號取 決于提供到電動機的電流。優(yōu)選地，電動機的溫度和提供到電動機的電流大致同時地確定。
第三方面，本發(fā)明涉及根據(jù)本發(fā)明第一方面的控制器單元的使用，該控制器單元 用于確定電動機的溫度，所述電動機操作性地連接到壓縮機。 第四方面，本發(fā)明涉及一種可編程控制器單元，其適于確定電動機的溫度，所述控 制器單元包括 用于將所述控制器單元可釋放地連接到電動機的對應控制器端子的裝置； 電絕緣承載部件，所述電絕緣承載部件上布置有至少一個導熱通路，所述至少一
個導熱通路適于從電動機的插腳狀元件傳輸熱量到控制器單元的熱敏元件，禾口 預編程的集成電路，從而符合給定類型電動機的電動機相關數(shù)據(jù)，集成電路適于
處理來自熱敏元件的信號。 集成電路可以包括布置在電絕緣部件上的ASIC，該電絕緣部件優(yōu)選地包括PCB。
優(yōu)選地，如果所述電動機的溫度超過預定極限值，集成電路適于斷開提供到電動 機的電流。該預定極限可以在集成電路的制造期間預植入其中。該集成電路可以定制/編 程，以匹配特定電動機數(shù)據(jù)或特定應用。


以下將結(jié)合附圖、進一步詳細地解釋本發(fā)明 圖1顯示了根據(jù)第一實施例的PCB布線的俯視圖； 圖2顯示了根據(jù)第一實施例的PCB布線的仰視圖； 圖3顯示了根據(jù)第二實施例的PCB的俯視圖； 圖4顯示了第二實施例的頂層布線； 圖5顯示了第二實施例的底層布線；禾口 圖6顯示了根據(jù)第三實施例的PCB布線的俯視圖。 本發(fā)明允許各種修改及替代形式，通過圖中實例顯示了特定實施例，并詳細地說 明。然而，應當理解為，本發(fā)明并不限于所披露的特殊形式。相反，本發(fā)明覆蓋所有落入權 利要求限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的修改、等同物，及替換。
具體實施例方式
廣義上，本發(fā)明涉及一種控制器單元，其可釋放地連接到電動機的三個插腳，所述 電動機諸如操作性連接到壓縮機的電動機。由布置在單面或雙面PCB上的導電和導熱通路 提供到三個插腳的電連接和熱連接。通過由NTC熱敏電阻或其它安裝在PCB上的任意熱測 量元件確定插腳之一的溫度，來測量電動機的溫度，其可能置于壓縮機外殼內(nèi)。由于插腳熱 連接到電動機的繞組，插腳之一、典型地公共插腳的溫度提供對于電動機溫度的測量。共同 插腳(common pin)連接到電動機的起動繞組和主繞組。
繼電器觸點典型地與電源電壓線串聯(lián)地插入壓縮機的電動機的主繞組。在共同插 腳上測得的溫度超過預定極限值情況下，該繼電器被關閉。 —種在例如共同插腳和NTC熱敏電阻之間提供熱接觸的方法是在共同插腳周圍 設置銅區(qū)域，并將NTC熱敏電阻布置在所述區(qū)域上，以確保從共同插腳到NTC熱敏電阻的低 熱阻。 現(xiàn)在參照顯示PCB1表面的圖1。表面上布置有導電通路2。貫穿孔3設置在PCB 和導電通路2中。該孔3適于容納共同插腳(未顯示)。設置用于接合插腳的夾持部4，從 而產(chǎn)生所述插腳和導電通路2之間的電連接。因而，電流可以通過導電通路2和夾持部4 提供到插腳。 電阻元件5與導電通路2集成。電阻元件5具有精確的電阻，通過測量電阻元件 5兩側(cè)的壓降，可以確定流過其的電流，并可由此確定提供到電動機的電流。電動機控制器 可利用該電流測量來限制根據(jù)預定或動態(tài)限定的極限值所提供的電流。該極限值可以是組 裝或起用控制器單元時預先編程在軟件或硬件中的。硬件設置可以通過例如電路板上的電 阻。電阻元件5的電阻取決于電動機電流，并典型地選擇以提供大約0.5W的熱效應。包括 集成電阻元件5的導電通路2可以由各種導電材料制造，諸如銅。然而，也可應用其它材料。
選擇性地，可以從電阻元件5所產(chǎn)生的熱量來確定提供到電動機的電流。事實上， 電阻元件5產(chǎn)生與通過元件的電流相關的熱量。該熱量使得PCB安裝熱敏元件7(參考圖 2)的相對側(cè)上的溫度升高。因而，由熱敏元件7測量的溫度升高由通過電阻元件5的電流 產(chǎn)生，或者由插腳的溫度升高產(chǎn)生，或者是兩者一起產(chǎn)生。 圖2顯示了圖1中所示的PCB的相對側(cè)。導電通路2和電阻元件5以虛線表示，
以指示它們定位在PCB的相對側(cè)。導熱元件6圍繞貫穿孔3定位。該導熱元件6設置用于
建立進入孔3的插腳與布置在導熱元件6上的熱敏元件7之間的熱連接。如上所述，熱敏
元件7所測量的溫度升高是由通過電阻元件5的電流引起、或者由進入孔3的插腳的溫度
升高引起的，或者由兩者共同引起。 導熱元件6可以由適當成形的銅層構(gòu)成。 熱敏元件可以包括各種裝置，諸如PTC或者NTC熱敏電阻或者RTD (電阻溫度探測 器)裝置，諸如鉑電阻元件，包括例如薄膜或線繞電阻元件。優(yōu)選地，采用NTC熱敏電阻。因 而，當插腳定位在貫穿孔3中時，所述插腳和導熱元件6之間產(chǎn)生熱連接。以此方式，導熱 元件6的溫度大致等于插腳的溫度。由于它們之間的電連接和熱連接、插腳的溫度大致等 于相繞組的溫度，因此電動機的溫度也是可確定的。優(yōu)選地，待定位在貫穿孔中的插腳是所 謂的共同插腳，其連接到電動機的起動繞組和主繞組。 圖3-5顯示了本發(fā)明的另一實施例。圖3顯示了其中布置有三個貫穿孔8、9、10的 PCB的俯視圖。這三個貫穿孔適于容納相關壓縮機的三個插腳。到插腳的電接觸和熱接觸 由三個連接夾持部11、12、13提供。為了確定插腳的溫度，NTC熱敏電阻14設置在PCB的 中心附近。 優(yōu)選地，PCB是具多個相互電絕緣的銅層的多層PCB。圖4中顯示了頂層布線。如 所示，頂層包括成對安裝墊15、16，用于連接夾持部11、12。另外，設置導電導熱元件17。該 導電導熱元件用于提供電功率信號到定位在孔10中的插腳。定位在孔10中的插腳的溫 度通過導電導熱元件17傳遞到NTC熱敏電阻。通過NTC觸點墊18、19可以測量NTC熱敏電阻的電阻，并由此測得插腳的溫度。安裝墊15、16、NTC觸點墊18、19和導電導熱元件17 均電連接到另一銅層相應的墊/軌道，如圖5。因而，在NTC觸點墊18、19和相應的引出軌 (lead out track) 20、21之間提供貫穿連接。引出軌20、21電連接到合適的測量系統(tǒng)(未 顯示)。導電導熱元件17、安裝墊15和安裝墊16經(jīng)由貫穿的PCB連接分別電連接到觸點 墊24、觸點墊22和觸點墊23。觸點墊22、23和24通過另外的引出軌(未顯示)電連接到 外部設備。這種另外的外部設備典型地包括電源、可控開關等。 圖6顯示了圖1中所示的布線的選擇性實施例。圖6顯示了一種PCB，其包括導電 通路25，用于提供電流到插入孔26的插腳(未顯示)。電流從外部電源到墊27并通過電 阻元件28到電動機的插腳(未顯示)。圖6中所示的實施例典型地包括夾持器，用于產(chǎn)生 電動機的插腳和導電通路25之間的電連接。通過電阻元件28的電流將引起元件中的溫度 升高。如果熱感應元件的位置在PCB相反側(cè)上的電阻元件正上方，那么該溫度升高是可測 量的。該熱敏元件、典型地NTC熱敏電阻，連接到NTC觸點墊29、30。因而，所述元件28中 由于功率耗散所引起的溫度升高通過熱敏元件可以測量。另外，由熱敏元件所測得的溫度 升高也會由進入孔26的插腳的溫度升高所引起。
權利要求
一種確定電動機溫度的控制器單元，所述控制器單元包括用于將控制器單元可釋放地連接到電動機的對應的控制器端子的裝置；電絕緣承載部件，該電絕緣承載部件上布置有一個或多個導電通路，用于傳輸電流，所述承載部件進一步具有布置在其上的至少一個導熱通路，用于將熱量傳輸?shù)娇刂破鲉卧臒崦粼瑥亩_定電動機的溫度。
2. 根據(jù)權利要求1所述的控制器單元，其中，所述單元適于可釋放地連接到位于電動機外殼外表面部分上的控制器端子。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的控制器單元，其中，所述承載部件包括多個貫穿孔，每一個所述貫穿孔都適于容納插腳狀觸點元件。
4. 根據(jù)權利要求3所述的控制器單元，進一步包括接觸裝置，所述接觸裝置用于在所述導電通路和相應插腳狀觸點元件之間建立電接觸。
5. 根據(jù)權利要求4所述的控制器單元，其中，所述接觸裝置中的至少一個適于在導熱通路和選擇的插腳狀觸點元件之間建立熱連接。
6. 根據(jù)權利要求1-5中的任意一項所述的控制器單元，其中，所述承載部件包括PCB。
7. 根據(jù)前述權利要求中的一項所述的控制器單元，其中，所述導電和導熱通路布置在承載部件的相同側(cè)。
8. 根據(jù)權利要求1-6中的一項所述的控制單元，其中，所述導電和導熱通路布置在所述承載部件的相反側(cè)。
9. 根據(jù)權利要求7所述的控制器單元，其中，所述導電和導熱通路由同一通路構(gòu)成。
10. 根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的控制器單元，其中，所述熱敏元件包括熱敏電阻，所述熱敏電阻固定到所述承載部件。
11. 根據(jù)權利要求IO所述的控制器單元，其中，所述熱敏電阻是NTC熱敏電阻。
12. 根據(jù)前述權利要求中任意一項所述的控制器單元，進一步包括電流檢測裝置，所述電流檢測裝置適于測量提供到電動機的電流。
13. 根據(jù)權利要求12所述的控制器單元，其中，所述電流檢測裝置包括形成所述承載部件的導電通路的整體部分的一部分。
14. 一種確定電動機溫度的方法，確定是基于電和熱連接到電動機的至少一個繞組的插腳狀元件的溫度的測量，所述方法包括以下步驟將控制器單元可釋放地連接到操作性連接到電動機的對應的控制器端子，所述控制器單元包括電絕緣的承載部件，所述承載部件上具有至少一個導熱通路，用于將熱量從插腳狀元件傳輸?shù)讲贾迷谒龀休d部件上的熱敏元件，和確定所述熱敏元件的電參數(shù)值，所述值是對于電動機溫度的測量值。
15. 根據(jù)權利要求14所述的方法，其中，電參數(shù)值是電阻，且其中熱敏元件包括熱敏電阻，諸如NTC熱敏電阻。
16. 根據(jù)權利要求14或15所述的方法，進一步包括以下步驟確定提供到電動機的至少一個繞組的電流。
17. 根據(jù)權利要求16所述的方法，其中，通過測量設置在承載部件上的電流檢測元件兩側(cè)的壓降來確定電流。
18. 根據(jù)權利要求16所述的方法，其中，通過測量來自熱敏元件的輸出信號來確定電流，所述輸出信號取決于提供到電動機的電流。
19. 根據(jù)權利要求16-18中的任意一項所述的方法，其中，電動機的溫度和提供到電動機的電流大致同時地確定。
20. 根據(jù)權利要求1-13中任意一項所述控制器單元的使用，該控制器單元用于確定電動機的溫度，所述電動機操作性地連接到壓縮機。
21. —種可編程控制器單元，其適于確定電動機的溫度，所述控制器單元包括用于將所述控制器單元可釋放地連接到電動機的對應控制器端子的裝置；電絕緣承載部件，所述電絕緣承載部件上布置有至少一個導熱通路，所述至少一個導熱通路適于將熱量從電動機的插腳狀元件傳輸?shù)娇刂破鲉卧臒崦粼?，禾口集成電路，對該集成電路預編程從而符合給定類型電動機的電動機相關數(shù)據(jù)，所述集成電路適于處理來自熱敏元件的信號。
22. 根據(jù)權利要求21所述的可編程控制器單元，其中，所述集成電路包括ASIC。
23. 根據(jù)權利要求21或22所述的可編程控制器單元，其中，如果所述電動機的溫度超過預定極限值，集成電路適于斷開提供到電動機的電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制器單元，其適于可釋放地連接到位于電動機驅(qū)動的壓縮機的外表面部分上的對應的端子。根據(jù)本發(fā)明的控制器單元包括電絕緣承載部件，該電絕緣承載部件上布置有一個或多個導電通路，用于傳輸電功率信號，承載部件進一步具有布置在其上的至少一個導熱通路，用于將熱量傳輸?shù)娇刂破鲉卧臒崦粼瑥亩_定壓縮機的電動機的溫度。本發(fā)明進一步涉及實現(xiàn)本發(fā)明的方法。
文檔編號H02H7/08GK101741065SQ20091022528
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權日2008年11月18日
發(fā)明者C·施米特, D·霍姆思 申請人:丹福斯壓縮器有限公司