CN104160284A - 用于固定在汇流排上的电流传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于固定在汇流排(S)上的电流传感器，其包括霍尔传感器(2)，所述霍尔传感器(2)浇注在塑料罩壳(3)中，其中，所述塑料罩壳(3)的表面设定成，在垂直于所述汇流排(S)的纵向延伸的方向上、特别是在预定的与所述汇流排的相对位置中安装在所述汇流排上，并且形状配合地和/或传力地和/或材料配合地与所述汇流排相连接。

Description

用于固定在汇流排上的电流传感器
技术领域
本发明涉及一种用于测量电流的装置、特别是电流传感器，所述电流在被电流穿流的导体装置、特别是汇流排中流动。在个人交通电气化的进程中，需要电流传感器以用于监控和调节车辆的电子组件，所述电流传感器探测在单个导体中流动的电流并且将相应的信号传递到评估单元处。至今为止为此越来越多地使用的装置包围被电流穿流的导体，以借助于通量集中器将环绕该导体的磁场聚集并且从磁场测量中推出穿过导体的电流的大小。图1示出了一种装置，在其中，分别有一个电流传感器包围三相电系统的一个相。为此，在电路板L上设置有电流传感器1a、1b和1c，其容纳基本上平行于电路板L的表面定向的汇流排S。电流传感器1a、1b和1c具有(未示出的)通量集中器以用于集中包围汇流排S的磁通量。已知的通量集中器可由冲制的板叠或烧结材料制成。由此，在通量集中器中被聚集的磁通量借助于已知的作用原理得到评估并且与引起该通量的电流具有关系。
背景技术
这种电流传感器原则上可使用在现代化的电驱动的车辆中。然而，安装在这些车辆中的汇流排有时受到很强的弯曲和/或受损，从而需要设置在用于汇流排的电流传感器中的开口必须实施成比实际所需的更大，以能够在完成汇流排之后根据期望安置电流传感器。备选地或附加地，需要慎重地选择电流传感器安装到汇流排上的时刻，因为在汇流排弯曲之后可能完全不再能够安装电流传感器。因此，这样的电流传感器是值得期望的，即，其具有小的结构体积，可灵活地安装和定位，并且由于低的生产成本适合用于在电动车中的批量制造。
发明内容
为了满足现有的要求，本发明提出具有根据权利要求1所述特征的电流传感器。相应地，电流传感器包括霍尔传感器，其浇注在塑料罩壳中。该塑料罩壳在此以已知的被称为“模制的”方法步骤制成，并且在此已经包含霍尔传感器以及其联接线路。塑料罩壳的表面可设定成，侧向地附接在汇流排的侧边上。由此，与现有技术相反地，不需要将电流传感器推到汇流排上。换句话说，塑料罩壳的表面可具有用于安装到汇流排上的侧向的贴靠面，从而电流传感器基本上可在垂直于汇流排的纵向方向的方向上安装，电流传感器将固定在该汇流排上。为了建立在电流传感器和汇流排之间精确的、预定的相对位置，塑料罩壳的贴靠面可具有凹口或者被置于凹口或凹处中。由此，在装配过程中，将汇流排嵌入根据本发明的电流传感器的侧边中。在此，可以不同的方式实现在汇流排和电流传感器之间的固定：通过塑料罩壳具有卡紧元件，汇流排借助于该卡紧元件侧向地被包围和保持，可建立在构件之间的卡紧连接。在此，卡紧元件可以包括卡锁元件，汇流排的棱边借助于该卡锁元件被底切。备选地或附加地，在塑料罩壳的表面中可设置插接元件，其可以穿过在汇流排中的凹口和/或可底切该该汇流排。备选地或附加地，可建立在塑料罩壳和汇流排之间的材料配合的连接(例如借助于粘合剂)。
从属权利要求示出了本发明的优选的改进方案。
有利地，根据本发明的电流传感器配备有结构元件，其构造成与汇流排的轮廓对应。由此，保证了电流传感器在汇流排上可复制的精确定位，并且电流传感器在汇流排上的取向具有极小的公差。
优选地，在塑料罩壳的表面中设置所谓的销作为结构元件，其设定成，穿过在汇流排中的开口并且在后侧被压紧、压制和/或焊接，以建立在塑料罩壳和汇流排之间可靠的连接。该销例如可以具有基本上圆柱形的横截面并且具有在2至8mm的范围中的直径。目前，常常使用的用于由铜制成的汇流排的横截面在20至60mm2之间的范围中，以能够承受在汽车应用中出现的电流。相应地，在塑料罩壳中的用于汇流排的凹口的尺寸也可以具有在10mm至25mm之间的宽度、优选在13至18mm之间的范围中的宽度以及在0至8mm的范围中的深度、特别是在3至6mm的范围中的深度。为了可靠地固定汇流排，卡锁钩部和/或(塑料)销显然可具有更大的总长度，以在后侧底切被容纳的汇流排。
此外优选地，使用一维地或多维地测量的霍尔传感器，以例如能够识别和考虑干扰或外部磁场。优选地，根据本发明的电流传感器包括至少两个霍尔传感器，由此，例如可进行差评估。这实现了识别干扰并且此外能够根据更大的数据基础进行磁场评估。附加地，通过冗余测量得到失效保护，其此外也使得在故障情况中可以运行。
更为优选地，塑料罩壳可附加地包括评估电路，其设定成，接收和评估来自一个或多个霍尔传感器的信号。例如，两个信号的简单相加提高了信号的敏感性。备选地，一定信号的相减可识别出误差影响。为此，评估电路可包括所谓的微控制器，其借助于被引导穿过的塑料罩壳的联接线路供给电能。附加地，微控制器可设定成，用于将以数据形式的评估结果发送到电流传感器的周边设备。这同样可有线地和/或无线地实现。同样，在塑料罩壳之内可配属有为微控制器或评估电路配属的网路控制器(例如总线控制器)，电流传感器可借助于该网络控制器将评估结果直接发送到局部的总线系统处。
为了传递电能和信息而设置在电流传感器的塑料罩壳上的联接线路特别是可设定成，直接与在电路板上的联接部相连接。备选地或附加地，为了特别简单地接触，可在塑料罩壳和/或联接线路自身上设置插接触点。为了能够补偿例如由于振动引起的机械应力，联接线路可配备有应变区域(Dehnungsbereich)或相似的区段，其例如具有曲折地设计的线路几何结构。
由于根据本发明未设置通量集中器，根据本发明的电流传感器可由以上已经描述的特征的组合组成。换句话说，提出保护的实施例中的一个基本上不需要包括与所讨论的不同的其它技术特征。通过省去了通量集中器减小了电流传感器的制造成本，制造方法的复杂性以及部件多样性降低并且省去了将电流传感器“串在”汇流排上。此外，设置在塑料罩壳上的用于将电流传感器定位和固定在汇流排上的结构可精确地与汇流排的这样的位置相匹配，即，电流传感器应最终布置在该位置处并且在此处运行。由此得到这样的可能性，即，电流传感器可更快速更精确且更成本适宜地定位在汇流排上，并且获得相对于现有技术更精确的测量结果。
根据本发明的另一方面，提供一种用于可电驱动的车辆的功率电子设备的部件，其包括至少一个汇流排以及布置在该汇流排上的电流传感器，如以上已经详细描述的那样。特别是，该部件的电流传感器可布置在汇流排的这样的区域上，即，该区域置于车辆的能量电芯附近或者位于电转换器(直流-三相交流电流)附近。
附图说明
下面参考附图详细描述本发明的实施例。在附图中：
图1示出了在三相系统上的传统电流传感器的原理图；
图2示出了根据本发明的实施例的立体图；
图3示出了本发明的备选的实施例的立体图；
图4a示出了在汇流排上处于传力连接的根据本发明的电流传感器的横截面；
图4b示出了在汇流排上处于形状配合连接的根据本发明的电流传感器的横截面；
图4c示出了在汇流排上处于材料配合连接的根据本发明的电流传感器的横截面；
图5示出了本发明的备选的实施例的立体图。
具体实施方式
图2示出了具有第一和第二霍尔传感器2的根据本发明的电流传感器1。如放大地示出的那样，霍尔传感器2实施成3D霍尔元件。两个霍尔传感器2布置在作为塑料罩壳3的传递模块的相对的端部上。塑料罩壳具有基本上正方形的基本形状。为了节省结构空间，该正方形实施成非常扁平，即，在垂直方向上具有很小的厚度。其(相对于穿过汇流排S的电流流动方向的)长度实施成比其深度稍微更大，从而霍尔传感器2可靠地被罩壳3包围。如此选择塑料罩壳3的宽度，使得彼此相对的霍尔传感器2可布置在汇流排S的相对侧上。在霍尔传感器2之间的区域中，在塑料罩壳3中设有凹口4，其基本上与汇流排S的横截面积对应。换句话说，凹口4在塑料罩壳的纵向上布置在其下侧上，使得汇流排S至少一半(其横截面的一半)可被罩壳3的凹口4包围。在该实施例中，凹口4此外具有第一侧边4a以及第二侧边4c，该第一侧边和第二侧边沿基本上垂直的方向布置。这两者结束都在凹口4的底部4b中。换句话说，凹口4的第一侧边4a和第二侧边4c设定成，用于将压力施加在汇流排S的彼此相对的侧边上。塑料销5基本上垂直地从凹口4的底部4b中伸出，该塑料销5设定成穿过在汇流排S中的孔6。在销5的头部上，示出了用于卡锁汇流排S的卡锁元件。金属线销8作为用于霍尔传感器2的电联接线路分别在凹口4旁边从塑料罩壳的下侧中伸出。仅仅出于可见性原因，相应的霍尔传感器2的金属线销8分别示例性地具有用于补偿机械应力或承受在运行中的振动的应变区段9。
图3示出了在图2中示出的组件的备选的实施例。与图2相反地，图3未示出在电流传感器1的塑料罩壳3中的凹口4。代替地，塑料罩壳3具有两个塑料销5a和5b，塑料罩壳3可借助于塑料销5a和5b布置在汇流排S上的预定的相对位置中。为了与塑料罩壳3相连接，汇流排S具有对应的孔6a和6b，塑料销5a和5b可通过所述孔6a和6b被插入。由此，与汇流排S的宽度无关地(以虚线指出)实现了防止旋转的相对的定位和固定。
图4a示出了根据本发明的电流传感器1的横截面，在其中汇流排S布置在凹口4中并且该汇流排的下侧被罩壳3的卡锁元件5c底切。在汇流排S的左侧和右侧上，大致在其上侧的高度分别布置第一和第二霍尔传感器2。所示出的图是传力的连接的示例，在其中，底切元件5c可附加地用于电流传感器1与汇流排S的可靠的形状配合。
图4b示出了对于图4a中示出的组件的用于固定的备选方案。在此，在塑料罩壳3中的凹口4具有比汇流排S更大的横截面，从而在凹口的侧边4a和4c和汇流排S的侧边之间不存在传力的连接。尽管如此为了在电流传感器1和汇流排S之间保证精确的定位，塑料罩壳3的销5穿过汇流排S插入并且其后侧通过卡锁元件5c底切。为了传感器1在汇流排S上防止旋转的装配，(如在图3中示出的那样)，(不可见的)第二销5以观察者的方向位于开口销5之后的方式布置。
图4c示出了在根据本发明的电流传感器1和汇流排S之间的用于固定的备选方案。罩壳3的下侧基本上构造成平的以能够相应于汇流排的多种样式。汇流排S示例性地布置在塑料罩壳3的下侧上并且借助于粘接连接10相对于两个霍尔传感器2对称地固定。为了精确的定位，在塑料罩壳3上可设置(未示出的)标记，根据该标记可在装配过程中进行在汇流排S和电流传感器1之间的精确定位。特别是在使用自动化连接技术时，显然可省去光学的标记，而尽管如此应进行汇流排相对于霍尔传感器2的精确定位。
图5示出了本发明的备选的实施例的立体图，在其中，塑料罩壳3包括微控制器7作为评估电路。其设定成准备霍尔传感器2的信号，将其相互比较，解释和/或评估并且继续传输。为此，霍尔传感器2可通过(未示出的)线路与微控制器7相互连接，通过所述线路可传递测量信号。附加地，霍尔传感器2可通过所述的线路或独立的线路由微控制器7供电。显然，这种能量供给也可与微控制器7无关地进行。微控制器7也可通过线路供电。按照根据本发明的电流传感器1的大小，塑料罩壳2也可包括(未示出的)能量转换器，以例如为根据本发明的电流传感器1的运行提供一定大小或频率的电压(特别是直流电压)。为了传递获得的信息，可为微控制器7配置无线的和/或有线的通讯接口，该通讯接口特别是同样可布置在塑料罩壳3中。通过该通讯接口可将所获得的信息传输到包括汇流排S的装置的能量控制部(“能量主控器”)并且由此将汇流排上或中的进程作为装置控制的基础。逻辑电路集成到根据本发明的电流传感器的优点是，需要更少的独立的功能单元和装配步骤。
可选地，例如可将其它传感器，例如温度传感器、光传感器和湿度传感器集成到根据本发明的电流传感器1中，以借助于仅仅一个传感器单元获得其它关于环境条件或运行条件的信息。这些附加的传感器同样例如可通过微控制器7供能和操控。同样，通过传感器获取的数据由微控制器7解释、评估并且尤其地为了可信度的目的与其它数据(例如电流数据)相关联。这特别适用于在汇流排S上的温度和流过汇流排的电流。
本发明的核心想法在于，提供一种电流传感器1，其可随意选择地布置在汇流排的预定的位置上，而该电流传感器不必串在汇流排上并且移动到通过汇流排的侧边上。为此，本发明提供了在电流传感器和汇流排之间的相对定位和连接的不同方案，基于其实现了根据本发明的电流传感器侧向地置放在汇流排S上。在此，本发明省去了使用通量集中器，其根据现有技术至少近似地包围电流强度待测量的汇流排。
在以上已经详细描述了本发明的实施例和特征的同时其用于解释说明，其中，可进行大范围的组合、特别是在所示出的实施例之间的组合，其全都被视为在本发明的保护范围中，如通过从属权利要求限定的那样。

Claims (10)

1.一种用于固定在汇流排(S)上的电流传感器，所述电流传感器包括霍尔传感器(2)，所述霍尔传感器(2)浇注在塑料罩壳(3)中，其中，所述塑料罩壳(3)的表面设定成，在垂直于所述汇流排(S)的纵向延伸的方向上、特别是在预定的与所述汇流排的相对位置中安装在所述汇流排上，并且形状配合地和/或传力地和/或材料配合地与所述汇流排相连接。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其中，所述塑料罩壳(3)具有一个或多个用于固定在所述汇流排(S)上的和/或作为用于在所述汇流排(S)上预定的取向的定位辅助部的结构元件(4a、4b、4c；5a、5b)。
3.根据权利要求2所述的电流传感器，其中，作为结构元件，在所述塑料罩壳(3)的表面上设置销(5a、5b)和/或在所述塑料罩壳(3)的表面中设置凹口(4)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的电流传感器，其中，在所述塑料罩壳(3)的表面中设置尺寸为宽度在10mm至25mm之间、优选13至18mm之间以及深度为0至8mm、特别是3至6mm的凹口。
5.根据上述权利要求中任一项所述的电流传感器，其中，在所述塑料罩壳(3)上，设置
-用于穿过在汇流排(S)和/或电路板(L)中的对应的凹口(6a、6b)的元件(5a、5b)，和/或
-用于与汇流排(S)进行卡紧连接和/或卡锁连接的元件(4a、5c)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的电流传感器，其中，所述霍尔传感器(2)设定成多维地、特别是三维地(3D)测量磁场。
7.根据上述权利要求中任一项所述的电流传感器，其中，所述塑料罩壳(3)还包括
-第二霍尔传感器(2)，和/或
-评估电路，其特别是实施成微控制器(7)的形式，和/或用于准备、评估和传递所获得的信息。
8.根据上述权利要求中任一项所述的电流传感器，还包括用于接收电能、和/或接收和/或给出信息的联接线路(8a、b、c、d、e、f)，其中，所述联接线路(8a、b、c、d、e、f)特别是设定成，与外围设备直接相连接和/或补偿在所述电流传感器(1)和其外围设备之间的机械应力。
9.根据上述权利要求中任一项所述的电流传感器，其由在上述权利要求中定义的特征的多种组合之一构成。
10.一种特别是用于可电驱动的车辆的功率电子设备的部件该部件包括至少一个汇流排(S)以及根据上述权利要求中任一项所述的布置在所述汇流排(S)上的且特别是在几何结构上与所述汇流排(S)相匹配的电流传感器(1)。
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