CN114364993A - 传感器，保护开关，充电缆线和充电站 - Google Patents

传感器，保护开关，充电缆线和充电站 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种传感器(100)，相对于现有技术，所述传感器一方面因所述屏蔽件(50)的通孔的内宽在25.2至32mm范围内而对差动电流、特别是对差动电流的交直流敏感测定具有更高的灵敏度，另一方面，在所监控的电路接通时错误地检测到误认为超过极限电流的差动电流的概率更小。本发明还涉及一种保护开关、一种充电缆线和一种充电站，其分别具有这种传感器。

Description

传感器，保护开关，充电缆线和充电站
本发明涉及一种传感器、一种保护开关、一种充电缆线和一种充电站。
差动电流特别是可能对人构成危险并且引发火灾，因此，已知不同结构形式和针对不同应用情形的用于测定差动电流的传感器。
在电网、特别是电网内部的电路有故障因而电网内部的故障电流向大地流散情况下，产生差动电流。视电网的具体类型和结构，差动电流可具有交流分量和/或直流分量。
由于可再生能源、电动汽车、变速电机和/或诸如此类的使用大幅增加，导致AC和DC电网相互耦合的电气系统的数量增加。由此，差动电流的直流分量变得越来越重要。
一般情况下，特别是在进行室内电气安装时仅安装A型FI保护开关，其可对室内电网的包含交流分量的差动电流进行监控，但无法对直流故障进行检测或将其切断。但在室内电气安装中，例如在对电动车进行充电时或由于太阳能设备的工作，直流元件的使用也有所增加。
因此，特别是在充电基础设施或太阳能逆变器或诸如此类工作时，需要对差动电流进行交直流敏感的监控，此监控包含差动电流传感器，其测得的测量值在超过极限值的情况下导致相关基础设施被切断。
已知针对充电基础设施或太阳能逆变器或诸如此类的工作的B型FI保护开关，其也可以检测和监控差动电流的直流分量。但相对而言，B型FI保护开关的成本极高。
交直流敏感的差动电流传感器对流入相位和中性线的所有电流进行同时监控，并且检测可能的直流和交流故障。视具体应用，此传感器可在故障情形下自动控制切断系统，或向上级控制单元报告已超过通断阈值。由于容许故障电流极小，需要极高的测量精度。此外，需要特别快速地检测并随后将整个系统切断，以确保人的安全。
已知的差动电流传感器例如基于以下布局，即，磁芯以气隙布置在待监控导线周围。在电流流动的情形下，感应出磁场，此磁场穿过磁芯。在已知布局中，在气隙中布置有霍尔元件，其根据磁场产生输出电压。可以设置补偿绕组，其布置在磁芯上以提高测量精度。这一点通过以下方式实现：通过待监控电流所产生的磁场进行电气补偿，并且调节霍尔传感器的零位。其中，这种传感器的实际输出信号为补偿绕组中所需的电流。
此外，已知用于测量电流所产生的磁场的所谓磁通门传感器。在这个方法中，将初级线圈缠绕在磁芯上并且用交流电流进行控制。借助于次级探针线圈截取出与差动电流相关的输出信号。
本发明的目的是改进现有技术或提供替代方案。
根据本发明的第一方面，用以达成上述目的的解决方案为一种用于测定差动电流、特别是用于交直流敏感地测定差动电流的传感器，
-其中所述传感器具有磁场敏感元件、第一主绕组、测试绕组和屏蔽件，
-其中所述磁场敏感元件具有通孔，其中所述磁场敏感元件的通孔的横截面构建为具有两个对称轴的椭圆形，
-其中所述第一主绕组和所述测试绕组分别以多个线匝围绕磁场敏感元件，
-其中所述屏蔽件具有容置腔，所述容置腔适于容置所述磁场敏感元件、所述第一主绕组和所述测试绕组，
-其中所述屏蔽件的容置腔在径向上受屏蔽件外壁和屏蔽件内壁限制，
-其中所述屏蔽件内壁定义所述屏蔽件的通孔，其中所述屏蔽件的通孔构建为具有两个对称轴的椭圆形，
-其中所述屏蔽件在所述屏蔽件内壁的区域内具有环绕式间隙，
-其中所述传感器适于环绕至少两个电导线布置，
-其中所述磁敏感元件的通孔沿对称轴具有至少一个内宽，
其中所述至少一个内宽处于25.2至32mm范围内，优选在25.5至29mm范围内，特别优选为25.8至27mm。
对术语的说明如下：
首先，需要明确指出的是，在本专利申请范围内，如果对应的上下文中并未明确说明、或者对于本领域技术人员而言显而易见、或者技术上强制要求该处为“刚好一个…”、“刚好两个…”等情况，那么如“一”、“二”等不定冠词和数值数据在通常情况下应理解为“至少”数据，即“至少一个…”、“至少两个…”等。
在本专利申请范围内，“特别是”的表达始终是指，通过这个表述引入可选的、优选的特征。该表达不应被理解为“确切而言”或“亦即”。
“传感器”抑或“检测器”是一种技术组件，其能够对其周围环境的特定物理或化学特性以及/或者物质性质进行定性检测，或者作为“被测变量”进行定量检测。借助物理或化学效应检测这些量，并将其转换成模拟的或数字的电信号。这种信号也称作“传感器信号”。
优选地，传感器信号与电流消耗互成比例，特别是与测试绕组和/或第一主绕组和/或第二主绕组的电流消耗互成比例。优选地，传感器信号，尤其是测试绕组和/或第一主绕组和/或第二主绕组的传感器信号，能够以数学规则转换成电流消耗。
“电流消耗”是指：在定义的电压下流经电路、特别是流经测试绕组和/或第一主绕组和/或第二主绕组的电流强度。需要明确指出的是，电流消耗这一术语不要求说明电流的符号。电流消耗特别是可以对应于正电流或者负电流。
优选地，传感器信号是指第一主绕组的电流消耗。优选地，可以借助数学规则将第一主绕组的电流消耗转换成由传感器指定监控的电路的差动电流。优选地，通过传感器的校准曲线确定这个数学规则。
“差动电流”是指传感器周围的所有电导线的矢量和。
差动电流可以具有交流分量和/或直流分量。
对差动电流的“交直流敏感地测定”是指：传感器既适于测定交流分量，也适于测定直流分量。
“磁场敏感元件”是指以元件的至少一个状态变量的变化对磁场进行响应的元件。
优选地，磁场敏感元件是指具有磁特性的材料。
特别优选地，磁场敏感元件是指软磁材料。
“软磁材料”是指易于在磁场中磁化的材料。优选地，软磁材料具有小于等于1000A/m的矫顽场强。
“矫顽场强”是指为了将预先充电至饱和磁通密度的磁场敏感元件完全退磁所需要的磁场强度。
优选地，软磁材料是指由无定形金属制成并且具有纳米晶结构的材料。
软磁材料特别是具有合金，该合金具有铁、镍和钴。
“绕组”是指处于固态的导电材料的围绕磁场敏感元件延伸的卷绕物，特别是采用线丝的形式。
“主绕组”是指一个绕组，其适于借助电流源被有源供电。作为替代方案，主绕组也可以与电压源连接。主绕组也可称作“第一主绕组”。
优选地，主绕组、特别是第一主绕组适于提供传感器信号，特别是间接地通过主绕组的电流消耗实现，尤其是间接地通过第一主绕组和/或第二主绕组的电流消耗实现。
优选地，根据主绕组、特别是第一主绕组和/或第二主绕组的电流消耗，能够借助数学规则测定被指定通过传感器监控的电路的差动电流，优选借助从传感器的校准推导出的数学规则进行测定。
“测试绕组”是指一个绕组，其适于作为纯粹的无源元件，因源自磁场敏感元件的感应作用而被电流流过。优选地，测试绕组可以适于提供测试绕组信号，此信号可以应用于传感器的校准。与主绕组相比，测试绕组特别是具有另一数目的线匝。
优选地，每当进行测量操作时，均在原本的测量操作前实施对传感器的校准。
“屏蔽件”是指一个元件，其适于将电场和/或磁场与磁场敏感元件隔开，以及/或者适于对传感器的周围环境进行保护，以免其受到源自传感器的电场和/或磁场影响。
优选地，屏蔽件由具有大于等于20WT％的镍、优选大于等于30WT％的镍、特别优选大于等于50WT％的镍的合金构成。进一步优选地，屏蔽件由具有大于等于60WT％的镍、进一步优选大于等于70WT％的镍、特别优选大于等于80WT％的镍的合金构成。
优选地，屏蔽件由具有大于等于0.5WT％的钼、优选大于等于1WT％的钼、特别优选大于等于3WT％的钼的合金构成。进一步优选地，屏蔽件由具有大于等于4WT％的钼、进一步优选大于等于5WT％的钼、特别优选大于等于5.5WT％的钼的合金构成。
优选地，屏蔽件由具有大于等于10WT％的铁、优选大于等于20WT％的铁、特别优选大于等于30WT％的铁的合金构成。进一步优选地，屏蔽件由具有大于等于40WT％的铁、进一步优选大于等于50WT％的铁、特别优选大于等于55WT％的铁的合金构成。
需要明确指出的是，不应将针对屏蔽件的合金组成的上述值理解成严格的界限，确切言之，在不脱离本发明的所述方面的情况下，可以在工程尺度上超出或者低于这些值。简而言之，这些值用于为在此提出的屏蔽件的合金组成的变量提供依据。
优选地，屏蔽件采用分体式构建方案，特别是采用两分式构建方案。
特别优选地，两分式屏蔽件是以使得两个屏蔽部分在屏蔽件外壁上重叠或者至少部分重叠的方式构建。
进一步特别优选地，两分式屏蔽件是以使得两个屏蔽部分在屏蔽件内壁上不接触的方式构建，其中，两分式屏蔽件的两个屏蔽部分进一步优选地形成位于屏蔽件内壁上的间隙。
“通孔”是指形成在磁场敏感元件的内部区域中的自由横截面。
特别优选地，磁场敏感元件的外轮廓呈卵形，并且，磁场敏感元件的内轮廓同样呈现为具有两个对称轴的卵形。
磁场敏感元件的内轮廓形成磁场敏感元件的通孔。
优选地，磁场敏感元件的材料厚度是基本恒定的，或者是恒定的。在磁场敏感元件的横截面呈圆形并且磁场敏感元件的材料厚度恒定的特殊情形下，磁场敏感元件在横截面中具有圆环几何形状。
“卵形”是平的圆凸状图形。卵形涵盖作为特例情形的圆形和椭圆形，其中不同于圆形和椭圆形，任意的卵形无需具有“对称轴”。卵形特别是为位于平面中的、闭合的、能够两度不断差异化的凸状曲线。
如果卵形的曲线镜像式布置在一条假想线的两侧，则卵形具有一个对称轴。如果卵形的曲线镜像式布置在两条不重叠的假想线的两侧，则卵形具有“两个对称轴”。特定而言，圆形和椭圆形均为具有两个对称轴的卵形。
“线匝”是指绕组围绕磁场敏感元件盘绕一周。
“容置腔”是指在屏蔽件的内部由屏蔽件形成的腔室，并且该腔室适于容置其他元件，特别是磁场敏感元件、第一主绕组和测试绕组，以及优选也适于容置第二主绕组、绝缘体和间隔环。
“径向”是指从传感器的沿通孔的最小可能的横截面的法向延伸的中心轴线出发、呈直线沿径向相对中心轴延伸的方向。
“屏蔽件外壁”是指沿径向视之的外部面，其由屏蔽件、特别是由插在一起的两分式屏蔽件构成。
“屏蔽件内壁”是指沿径向视之的内部面，其由屏蔽件构成、特别是由具有靠内屏蔽件的分区以及环绕式间隙的分区的投射面构成。
“环绕式间隙”是指在屏蔽件内壁中、在屏蔽件所构成的屏蔽件内壁的分区之间环绕的间隙。沿径向并且以从中心轴线出发的方式视之，环绕式间隙朝向屏蔽件的容置腔将屏蔽件打开。
“电导线”是指任何具有可动的电荷载流子且进而能够输送电荷的介质。优选地，电导线是指充当导线的铜缆线和/或铝缆线，电子能够穿过这些缆线运动。
沿通孔的对称轴的“内宽”是指通孔在关注的对称轴的方向上和高度上的延伸度。
如果磁场敏感元件的通孔在横截面中构成的卵形具有两个对称轴，它们沿对称轴的延伸度不同，则产生沿第一对称轴的第一内宽和沿第二对称轴的第二内宽。
但凡在本说明书中仅提及内宽，则是指沿具有更大延伸度的对称轴的内宽。
“极限电流”是指传感器以足够的精度和足够的速度所能检测到的差动电流，使得一旦传感器检测到的差动电流至少达到或者超出保护开关的极限电流，保护开关便能立即在经传感器监控的电路中将电压切断。
保护开关的极限电流越小，并且传感器适于测量的差动电流越小，并且通过传感器可靠识别差动电流的速度越快，可能因差动电流而产生的危险便越小。
在现有技术中，已知传感器的磁场敏感元件的通孔的内宽比在此提出的更小。
传统方案特别是追求减小磁场敏感元件的通孔的内宽。
此追求的动机是，为了实现更小并且能够更快检测的差动电流，要求磁场敏感元件尽可能紧密地布置在经监控的电路的带电的电导线上。
源自带电电导线的磁场强度与相对带电电导线的距离互成反比。据此，磁场敏感元件与经监控的电路的带电电导线相距越远，在磁场敏感元件中因围绕带电电导线的磁场强度而引起的磁通密度便越小。
此外，经监控的电路的至少两个带电电导线(两者为了监控差动电流均需要穿过磁场敏感元件的通孔，并且具有相反的电流方向)的磁场强度重叠，并且在理想化的观察中，在经监控的电路中未出现差动电流的情况下，这些磁场强度相互抵消。
这使得尤其在经监控的电路中的差动电流较小的情况下，作用于磁场敏感元件的磁场强度特别小，进而在磁场敏感元件中引起特别小的磁通密度。
磁场敏感元件中的磁通密度越小，磁场敏感元件中的磁通密度在测试绕组和/或第一主绕组和/或第二主绕组中引起的电流便也越小。
换言之，磁场敏感元件的通孔的内宽越大，经监控的电路的电导线与磁场敏感元件的距离便也越大，这使得较小的差动电流完全无法检测或者特别难以检测。
出于此原因，为了能够检测较小的差动电流，产生尽可能减小磁场敏感元件的通孔的内宽的技术追求。
尽可能小的磁场敏感元件还使得传感器重量轻、材料需求小，进而降低成本和空间需求。
因此，许多因素都支持减小磁场敏感元件的通孔的内宽。
在现有技术中已知的是，具有非常小的差动电流的保护开关易于在经监控的电路的接通过程中误触发。
原因在于，现有技术中已知的传感器在电路接通过程中产生传感器信号，其可被解释成差动电流，尽管在经监控的电路中无需存在差动电流。对较小差动电流的需求致使保护开关的误触发数目增多。
与传统观点相左地，在实验室试验中意外地发现，存在磁场敏感元件的通孔的内宽的最佳范围，在该范围内能够以足够的时间检测尽可能小的差动电流，且同时能够大幅减小与传感器连接的保护开关的误触发概率，其中，发现的范围所要求的磁场敏感元件的通孔的内宽比现有技术中迄今为止已知的更大。
换言之，发现通孔的内宽的一个范围，借此能够可靠地测定尽可能小的差动电流，使得在将经传感器监控的电路接通的过程中，不会出现可被解释成高于要求的极限电流的差动电流的传感器信号，或者出现概率大幅降低。
为了在经监控的电路中实现能够通过传感器可靠地测定的最小极限电流，在此提出，磁场敏感元件的通孔的内宽是在介于25.2与32mm之间的范围内。
优选地提出，磁场敏感元件的通孔的内宽是在介于25.5与29mm之间的范围内。
特别优选地提出，磁场敏感元件的通孔的内宽是在介于25.8与27mm之间的范围内。
需要明确指出的是，不应将针对磁场敏感元件的通孔的内宽的上述值理解成严格的界限，确切言之，在不脱离本发明的所述方面的情况下，可以在工程尺度上超出或者低于这些值。简而言之，这些值用于为在此提出的磁场敏感元件的通孔的内宽的大小提供依据。
当然，也可以将为内宽给出的范围界限任意地相互组合。
在将位于待监控的电路上的电源接通的过程中，在围绕电导线传播的磁场与作用性关联的磁通密度之间，建立起物理上的作用性连接。
这在接通过程中导致磁场敏感元件中的短时间内也与位置相关的磁通的短期的时变脉冲。
这短暂地导致磁场敏感元件中的磁通的振荡特性。
基于磁场敏感元件中的这个短暂的振荡特性，在借助感应与磁场敏感元件作用性关联的测试绕组和/或第一主绕组和/或第二主绕组中，也短期地出现脉冲式电流。
实验室研究显示，由此可能短期地出现可被解释成差动电流的传感器信号，故在传感器的指定工作中，在保护开关中可能超出预定义的极限电流。这样一来，在为待监控的电路接通电源的过程中可能发生保护开关的切断。
多个不同的因素对这个短暂的振荡特性起抑制作用。这些因素中的一部分无法通过创造性的措施影响。
在实验室研究中发现，这些因素中的一个由待通过在此提出的传感器监控的电导线的相互距离决定。前述距离越大，在电源接通过程中在电导线与传感器信号之间的动态作用性关联便越强。
对于磁场敏感元件的通孔的横截面中的电导线的距离而言，基于现有的安全考量，总是要求较高的距离，用以避免电导线之间的短路。这样便令这个因素激化，并且在电路接通过程中出现意外的传感器信号的倾向增大。
另一同样在实验室研究中识别出的因素涉及：第一电导线相对磁场敏感元件中的一个点的距离与另一电导线相对该点的距离的比例。所述比例越偏离数字一，磁场敏感元件中的磁通密度的短期区域性区别便越大。这些区域性区别越大，传感器在电路接通过程中的动态启动特性便被更大程度地激化。
通过增大磁敏感元件的通孔的内宽，能够使第一电导线相对磁场敏感元件中的一个点的距离与另一电导线相对该点的距离的比例趋近于数值一，从而通过上述接通效应有利地实现传感器特性的抑制作用。
增大磁敏感元件的通孔的内宽也会导致对特别小的差动电流的灵敏度减小，因此，在此为磁场敏感元件的通孔的内宽提出一个最佳范围，这个最佳范围如下将两个物理效应考虑在内：使得一方面能够在传感器的控制操作中以足够的时间识别最小差动电流，另一方面，在将经传感器监控的电路接通的过程中不会出现致使误测出不存在的差动电流的传感器信号。
具体而言，在此同样提出，以一定方式构建传感器，使得传感器能够围绕电路的所有在常规工作中将电流导入待监控的电路和将电流导出待监控的电路的导体布置。特别是提出，在此提出的传感器不应布置在保护接地线周围。
特别是提出，在此提出的传感器在单相电网中的指定应用中布置在相线和中性线周围。据此，传感器应在单相电网中布置在两个电导线周围。
此外，就在三相电网中的指定应用提出，将传感器布置在三个相线和中性线周围。据此，传感器应在三相电网中布置在总共四个电导线周围。
优选地提出，磁场敏感元件的通孔的横截面呈圆形，即具有两个长度相同的半半径(Halbradien)的卵形。
进一步优选地提出，磁场敏感元件的通孔的横截面呈椭圆形，即具有两个长度不同的半半径的卵形。
需要明确指出的是，磁场敏感元件的通孔的横截面呈具有两个对称轴的卵形这一特征并非本发明的实质所在。
确切言之，也可以采用磁场敏感元件的在前述物理效应方面实现良好折衷的几何形状。优选地，这些几何形状也回归卵形横截面。
与磁场敏感元件的几何形状对应，也提出相应地调整屏蔽件的几何形状。
具体而言，在此同样提出，磁场敏感元件具有较高的磁导率。
磁场敏感元件的“磁导率”是指材料在外部磁场中的磁化。磁场敏感元件的磁导率越高，磁场敏感元件中的磁通密度与作用于磁场敏感元件的磁场强度的比例便越大。
据此，磁导率高的磁场敏感元件使得即使在磁场强度较小的情况下，在磁场敏感元件中也存在相对较高的磁通密度。因此，磁场敏感元件的高磁导率使得传感器的灵敏度增强，并且协助传感器检测即便是较小的差动电流。
优选地提出，磁场敏感元件具有大于等于35000H/m(亨/米)的磁导率，磁场敏感元件优选具有大于等于45000H/m的磁导率，磁场敏感元件特别优选具有大于等于50000H/m的磁导率。进一步优选地提出，磁场敏感元件具有大于等于60000H/m的磁导率，磁场敏感元件优选具有大于等于70000H/m的磁导率，磁场敏感元件特别优选具有大于等于80000H/m的磁导率。进一步优选地，磁场敏感元件具有大于等于90000H/m的磁导率，磁场敏感元件优选具有大于等于100000H/m的磁导率，磁场敏感元件特别优选具有大于等于110000H/m的磁导率。进一步优选地提出，磁场敏感元件具有大于等于120000H/m的磁导率，磁场敏感元件优选具有大于等于130000H/m的磁导率，磁场敏感元件特别优选具有大于等于140000H/m的磁导率。优选地，磁场敏感元件的磁导率大于等于150000H/m。
针对磁导率的上述值适用于以50Hz振荡的磁场。
需要明确指出的是，不应将针对磁场敏感元件的磁导率的上述值理解成严格的界限，确切言之，在不脱离本发明的所述方面的情况下，可以在工程尺度上超出或者低于这些值。简而言之，这些值用于为在此提出的磁场敏感元件的磁导率的大小提供依据。
优选地，磁场敏感元件具有大于等于1T的饱和磁通密度，磁场敏感元件优选具有大于等于1.1T的饱和磁通密度，磁场敏感元件特别优选具有大于等于1.2T的饱和磁通密度。优选地，磁场敏感元件具有大于等于1.3T的饱和磁通密度。
需要明确指出的是，不应将针对磁场敏感元件的饱和磁通密度的上述值理解成严格的界限，确切言之，在不脱离本发明的所述方面的情况下，可以在工程尺度上超出或者低于这些值。简而言之，这些值用于为在此提出的磁场敏感元件的饱和磁通密度的大小提供依据。
在此优选地提出，磁场敏感元件具有在磁导率方面的较高线性程度，特别是具有在磁导率方面比铁氧体材料更高的线性。换言之，优选地提出，不将铁氧体材料用于磁场敏感元件。
磁场敏感元件的在磁导率方面的线性越高，传感器的可实现的测量精度便越高。
优选地，磁场敏感元件具有小于等于30mA/cm的矫顽场强，磁场敏感元件优选具有小于等于20mA/cm的矫顽场强，磁场敏感元件特别优选具有小于等于15mA/cm的矫顽场强。进一步优选地，磁场敏感元件具有小于等于10mA/cm的矫顽场强，磁场敏感元件优选具有小于等于5mA/cm的矫顽场强，磁场敏感元件特别优选具有小于等于2mA/cm的矫顽场强。进一步优选地，磁场敏感元件具有小于等于1mA/cm的矫顽场强，磁场敏感元件优选具有小于等于0.5mA/cm的矫顽场强，磁场敏感元件特别优选具有小于等于0.2mA/cm的矫顽场强。优选地，磁场敏感元件具有小于等于0.1mA/cm的矫顽场强。
针对矫顽场强的上述值适用于以50Hz振荡的磁场。
通过磁敏感元件的较小的矫顽场强，特别是在磁场的场强变化的情况下，能够实现特别高的测量精度。磁敏感元件的矫顽场强越小，传感器的测量精度便越高。
需要明确指出的是，不应将针对磁场敏感元件的矫顽场强的上述值理解成严格的界限，确切言之，在不脱离本发明的所述方面的情况下，可以在工程尺度上超出或者低于这些值。简而言之，这些值用于为在此提出的磁场敏感元件的矫顽场强的大小提供依据。
优选地提出，选择由软磁材料构成的磁场敏感元件，或者用软磁材料制造磁场敏感元件。
优选地，磁场敏感元件由具有大于等于70WT％的铁、优选大于等于71.5WT％的铁、特别优选大于等于73WT％的铁的合金构成。优选地，磁场敏感元件由具有大于等于73.5WT％的铁的合金构成。
优选地，磁场敏感元件由具有处于0.75至1.25WT％范围内的铜、优选处于0.85至1.15WT％范围内的铜、特别优选处于0.95至1.05WT％范围内的铜的合金构成。优选地，磁场敏感元件的合金具有份额为1WT％的铜。
优选地，磁场敏感元件由具有处于2至4WT％范围内的铌、优选处于2.5至3.5WT％范围内的铌、特别优选处于2.8至3.2WT％范围内的铌的合金构成。优选地，磁场敏感元件的合金具有份额为3WT％的铌。
优选地，磁场敏感元件由具有处于5至9WT％范围内的硼、优选处于6至8WT％范围内的硼、特别优选处于6.5至7.5WT％范围内的硼的合金构成。优选地，磁场敏感元件的合金具有份额为7WT％的硼。
优选地，磁场敏感元件由具有处于14至17WT％范围内的硅、优选处于15至16WT％范围内的硅、特别优选处于15.4至15.6WT％范围内的硅的合金构成。优选地，磁场敏感元件的合金具有份额为15.5WT％的硅。
需要明确指出的是，不应将针对磁场敏感元件的合金组成的上述值理解成严格的界限，确切言之，在不脱离本发明的所述方面的情况下，可以在工程尺度上超出或者低于这些值。简而言之，这些值用于为在此提出的磁场敏感元件的合金组成的变量提供依据。
优选地，磁场敏感元件由具有处于5至30μm范围内的典型粒度的纳米晶软磁材料构成，优选由具有处于7至20μm范围内的典型粒度的纳米晶软磁材料构成，特别优选由具有处于8至15μm范围内的典型粒度的纳米晶软磁材料构成。
优选地，磁场敏感元件是由具有特别小的带厚的带材制成，因为这样便能根据麦克斯韦方程组将磁敏感元件中的涡流损耗保持在低水平。
优选地，磁场敏感元件具有在介于5与50μm之间的范围内的带厚。优选地，磁场敏感元件的带厚是在介于7.5与40μm之间的范围内，并且特别优选是在介于10与30μm之间的范围内。
需要明确指出的是，不应将针对磁场敏感元件的带厚的上述值理解成严格的界限，确切言之，在不脱离本发明的所述方面的情况下，可以在工程尺度上超出或者低于这些值。简而言之，这些值用于为在此提出的磁场敏感元件的带厚的大小提供依据。
优选地，磁场敏感元件的铁横截面积是在介于0.03与0.15cm2之间的范围内。进一步优选地，磁场敏感元件的铁横截面积是在介于0.04与0.12cm2之间的范围内。特别优选地，磁场敏感元件的铁横截面积是在介于0.05与0.1cm2之间的范围内。
优选地，磁场敏感元件具有介于3与7mm之间的高度，磁场敏感元件优选具有介于3.4与6.6mm之间的高度，磁场敏感元件特别优选具有介于3.8与6.2mm之间的高度。
需要明确指出的是，不应将针对磁场敏感元件的铁横截面积和高度的上述值理解成严格的界限，确切言之，在不脱离本发明的所述方面的情况下，可以在工程尺度上超出或者低于这些值。简而言之，这些值用于为在此提出的磁场敏感元件的铁横截面积和高度的大小提供依据。
优选地提出，传感器依据福斯特探针
Figure BDA0003537941460000111
的作用原理测定差动电流。
优选地，第一主绕组的绕组数目是在磁场敏感元件的整个盘绕范围内等距地分布。
优选地，第一主绕组具有在介于25与150之间的范围内的匝数，优选具有在介于35与135之间的范围内的匝数，特别优选具有在介于40与130之间的范围内的匝数。进一步优选地，第一主绕组具有在介于45与125之间的范围内的匝数，优选具有在介于50与120之间的范围内的匝数，特别优选具有处于从60至110的范围内的匝数。
借助在此提出的第一主绕组的线匝数，能够有利地使磁场敏感元件以各线匝之间尽可能等距的方式卷绕，从而在第一主绕组的通电过程中在磁场敏感元件中实现局部尽可能均匀的磁通密度。
需要明确指出的是，不应将针对第一主绕组的匝数的上述值理解成严格的界限，确切言之，在不脱离本发明的所述方面的情况下，可以在工程尺度上超出或者低于这些值。简而言之，这些值用于为在此提出的第一主绕组的匝数的大小提供依据。
优选地，测试绕组的绕组数目是在磁场敏感元件的整个盘绕范围内均匀分布。
优选地，测试绕组具有在介于3与40之间的范围内的匝数，优选具有在介于4与35之间的范围内的匝数，特别优选具有在介于5与30之间的范围内的匝数。进一步优选地，测试绕组具有在介于6与25之间的范围内的匝数，优选具有在介于8与22之间的范围内的匝数，特别优选具有处于从10至18的范围内的匝数。
借助在此提出的测试绕组的线匝数，能够有利地通过在测试绕组中引起的感应作用，极精确地测定磁场敏感元件中的磁通密度，特别是因为测试绕组能够以相邻线匝之间等距的方式均匀地分布在磁场敏感元件的范围内。
需要明确指出的是，不应将针对测试绕组的匝数的上述值理解成严格的界限，确切言之，在不脱离本发明的所述方面的情况下，可以在工程尺度上超出或者低于这些值。简而言之，这些值用于为在此提出的测试绕组的匝数的大小提供依据。
在屏蔽件具有理想的功能设计的情况下，在此提出磁场敏感元件的通孔的范围导致屏蔽件的通孔的处于从18.2至30mm范围内的内尺寸，优选导致屏蔽件的通孔的处于从19.5至27.5mm范围内的内尺寸，并且特别优选导致屏蔽件的通孔的处于从20.5至24.2mm范围内的内尺寸。特别优选地，屏蔽件的通孔的内尺寸处于从20.8至22.2mm范围内。
需要明确指出的是，不应将针对屏蔽件的通孔的内尺寸范围的上述值理解成严格的界限，确切言之，在不脱离本发明的所述方面的情况下，可以在工程尺度上超出或者低于这些值。简而言之，这些值用于为在此提出的屏蔽件的通孔的内尺寸范围的大小提供依据。
当然，也可以将为内尺寸给出的范围界限任意地相互组合。
根据一个优选实施方式，磁敏感元件是被绝缘体包裹，其中所述绝缘体布置在磁敏感元件与第一主绕组之间以及磁敏感元件与测试绕组之间。
对术语的说明如下：
“绝缘体”是指由以下材料构成的元件：该材料的电导率特别低，使得与周围的材料相比，该材料仅具备极小程度的电流传导能力。
优选地，绝缘体采用两分式构建方案，从而能够为了容置磁场敏感元件而打开，且随后能够重新闭合。
优选地，两分式绝缘体具有位于绝缘体的两个部分之间的形状配合和/或压紧配合，从而能够可靠地将磁场敏感元件围绕，并且不会意外地打开以及/或者将磁场敏感元件重新释放。
优选地，绝缘体具有与绕组相比更低的硬度，使得绝缘体与绕组之间的可能的摩擦更倾向于损害绝缘体，而非绕组。
借助绝缘体，能够有利地实现磁场敏感元件与第一主绕组和测试绕组、以及视情况而定与第二主绕组的区域分隔，从而减小可能发生的绕组损伤。
只要绝缘体的硬度和/或弹性模量比第一主绕组和测试绕组以及视情况而定的第二主绕组的绕组材料更低，便能借助预紧力以一定方式安设绕组，使得绕组引起绝缘体的变形，且进而引起绝缘体与绕组之间的形状配合，借此改善绕组相对彼此的位置固定性，从而有利地提升传感器的可靠性。
此外，借助绝缘体能够实现绕组与磁场敏感元件之间的恒定距离。这样便能有利地使绕组与磁场敏感元件之间的物理作用性连接保持恒定。借此持续地维持传感器信号的测定精度。
优选地，所述传感器具有第二主绕组，其中第二主绕组以数个线匝将磁敏感元件和/或绝缘体围绕。
对术语的说明如下：
“第二主绕组”是指除第一主绕组以外围绕磁场敏感元件卷绕的主绕组。
优选地，第二主绕组的卷绕方向有别于第一主绕组的卷绕方向。
在根据本发明的第一方面的、具有第一主绕组而不具有第二主绕组的传感器的指定工作中，为第一主绕组供应交变电压，使得每当供电电压的符号变换时，第一主绕组中的电流也随之将符号反转。
作为替代方案，通过将电流方向交替性反转的电流源为第一主绕组供电。通过使用电流源，能够有利地提升传感器的测量精度。
换言之，第一主绕组在传感器的指定工作中具有周期性不同的电流方向。
在指定的传感器工作中，第一主绕组中的电流的时间特性曲线可以呈正弦状或矩形，或者具有另一振荡模式。
第一主绕组中的振荡的电流适于在磁场敏感元件中感生同样振荡的磁通密度。
在此提出的传感器具有两个主绕组，第一主绕组和第二主绕组。
优选地，第二主绕组的绕组数目等同于第一主绕组的绕组数目。
这样一来，单个主绕组无需具有电流方向的符号变换来使传感器以指定的方式工作。确切言之，两个主绕组均可脉冲式工作，从而相互交替地具有电流和不具有电流。
如果这两个主绕组以不同的旋转方向围绕磁场敏感元件卷绕，则能够在磁场敏感元件中感生交替式变化的磁通密度，具体方式为，将这两个主绕组交替地与相同的电压源或电流源连接，其中电压源或者电流源可以具有始终恒定的初始值。这样便能为指定的编码器工作实现更加便利的工作电路方案。尽管需要另一主绕组，借此仍能减小传感器和工作电路的总成本。
优选地，第二主绕组的绕组数目是在磁场敏感元件的整个盘绕范围内等距地分布。
优选地，第二主绕组具有在介于25与150之间的范围内的匝数，优选具有在介于35与135之间的范围内的匝数，特别优选具有在介于40与130之间的范围内的匝数。进一步优选地，第二主绕组具有在介于45与125之间的范围内的匝数，优选具有在介于50与120之间的范围内的匝数，特别优选具有处于从60至110的范围内的匝数。
借助在此提出的第二主绕组的线匝数，能够有利地使磁场敏感元件以各线匝之间尽可能等距的方式卷绕，从而在第二主绕组的通电过程中在磁场敏感元件中实现局部尽可能均匀的磁通密度。
需要明确指出的是，不应将针对第二主绕组的匝数的上述值理解成严格的界限，确切言之，在不脱离本发明的所述方面的情况下，可以在工程尺度上超出或者低于这些值。简而言之，这些值用于为在此提出的第二主绕组的匝数的大小提供依据。
根据一个特别优选的实施方式，所述传感器具有间隔环，其中所述间隔环布置在屏蔽件内壁与第一主绕组之间。
对术语的说明如下：
“间隔环”是指适于布置在传感器的屏蔽件内壁与第一主绕组之间的环形元件。
优选地，间隔环适于减小或充填屏蔽件内壁与主绕组之间的容置腔中的径向间隙。
优选地，间隔环适于充填第一屏蔽件与第二屏蔽件之间的轴向间隙，使得在两个屏蔽件分别抵靠在间隔环上的情况下，间隔环能够定义环绕式间隙的宽度。
优选地，间隔环由塑料或者比电导率相对较低的另一材料形成。
有利地，还可以通过间隔环来在安装传感器时保护主绕组和/或测试绕组的电线。这样就能将间隔环与已经用一或若干主绕组或者测试绕组缠绕的磁场敏感元件一起插入特别是屏蔽件的第一部分，特别是屏蔽件的优选外表面至少部分地以指定方式被该屏蔽件的另一部分覆盖的部分。这样就能以目测将磁场敏感元件小心地送入屏蔽件的第一部分，其中该磁场敏感元件在其内侧受间隔环保护而免受机械负荷，特别是环绕磁场敏感元件布置的绕组在内侧受间隔环保护而免受机械负荷。随后，可以以某种方式插接屏蔽件的第二部分，使得绕组受间隔环和重叠的屏蔽件第一部分保护而免受机械负荷。就此而言，在安装屏蔽件的第二部分时，即使特别敏感的组件不可见，通过间隔环就已能够有利地改进对这些敏感组件的机械保护。
在此优选提出一间隔环，该间隔环在其基础材料内部具有一个嵌入件，该嵌入件具有磁导率相对较高的材料，该磁导率特别是大体相当于屏蔽件的磁导率。这个嵌入件优选完全被间隔环的基础材料包围，因此，该嵌入件因该电导率相对较低的基础材料而绝缘。
借此，由于间隔环的磁导率较高，在传感器以指定方式工作期间，能够减少从磁场敏感元件发出的磁场的环绕式间隙处的泄漏，从而有利地提高传感器的测量精度，并且减少传感器的电力需求。
可选地，屏蔽件具有涂层，特别是电绝缘涂层。
对术语的说明如下：
“涂层”是指由屏蔽件表面上由无定形物质形成的粘附层。
优选地，涂层特别不利于电流传导。也就是涂层优选具有极低的电导率。
优选地，涂层由环氧树脂形成。
优选地，涂层某种方式施覆至屏蔽件，使其至少覆盖外屏蔽面的以指定方式布置在印制电路板附近的局部区域。
有利地，可以实现屏蔽件相对于指定电路板的绝缘，从而有利地防止屏蔽件与指定电路板之间发生短路。
根据一个优选的实施方式，所述屏蔽件具有范围在0.25mm至0.45mm、优选范围在0.3mm至0.4mm、特别优选范围在0.32mm至0.38mm的材料厚度。
对术语的说明如下：
“材料厚度”或材料尺寸是指物体沿其表面法线方向的延伸度。
“涡电流”是指在随时间变化的磁场中的延伸电导线中以及/或者时间上恒定因而空间上不均匀的磁场中的运动导体中感应出的电流。如果导体具有有限电阻，那么导体就会因涡电流而升温。转换成热量的能量被称为“涡流损耗”。
在此提出，减小磁场敏感元件以及环绕该磁场敏感元件的至少一个主绕组和测试绕组的屏蔽件的材料厚度。
减少屏蔽件范围内的材料厚度的方案是基于屏蔽件制造领域的创新。
优选地，屏蔽件经深拉或由注射成型。
这样就能相对于较厚的屏蔽件材料尺寸有利地削减成本。
当传感器以指定方式工作时，磁场敏感元件具有振荡的磁通密度。屏蔽件同样由导电性良好的材料形成，因此，该屏蔽件因磁场敏感元件的磁通密度的变化而受到感应作用影响。这个感应作用是非期望的，因为会由此产生涡流损耗。
通过减小屏蔽件的材料厚度，就能有利地减小传感器以指定方式工作时所产生的涡流损耗。
借此，可以有利地减小传感器的电力需求并提高传感器的测量精度。
需要明确指出的是，不应将针对屏蔽件的材料厚度的上述值理解成严格的界限，确切言之，在不脱离本发明的所述方面的情况下，可以在工程尺度上超出或者低于这些值。简而言之，这些值用于为在此提出的屏蔽件材料厚度的大小提供依据。
优选地，环绕式间隙具有范围在0.1mm至2.0mm、优选范围在0.3mm至1.7mm、特别优选范围在0.6mm至1.3mm的隙宽。
对术语的说明如下：
“隙宽”是指间隙的宽度。优选地，间隙的宽度是指屏蔽件的屏蔽件内壁上的环绕式间隙的宽度。
屏蔽件中的环绕式间隙特别有利，否则屏蔽件也会成为由导电性良好的材料形成的环绕磁场敏感元件的绕组，该绕组会在传感器以指定方式工作时受到感应作用影响，当传感器工作时，磁场敏感元件中的磁通密度发生振荡。由此，与屏蔽件相关的涡流损耗增大，从而导致传感器的电力需求增大且传感器的测量精度降低。
但传感器的屏蔽件中的环绕式间隙之后也会导致环绕磁场敏感元件的磁场中形成凹陷，其原因特别是在于，环绕式间隙中的空气的磁导率远低于屏蔽件的磁导率。
因此，宽度过大的环绕式间隙也会导致其他类型的物理效应，这些效应同样会对传感器的电力需求和传感器的测量精度产生不利影响。
在此提出环绕式间隙的间隙宽度的一个特定范围，从而有利地基于不同的物理效应，在环绕式间隙的过小宽度相关的传感器最佳传感测量精度与环绕式间隙的过大宽度相关的传感器最佳传感测量精度之间达到最佳状态。
此外，借助于在此所提出的环绕间隙宽度可以有利地将传感器工作的电力需求最小化。
需要明确指出的是，不应将针对环绕式间隙的隙宽的上述值理解成严格的界限，确切言之，在不脱离本发明的所述方面的情况下，可以在工程尺度上超出或者低于这些值。简而言之，这些值用于为在此提出的环绕式间隙的隙宽的大小提供依据。
根据一个优选的实施方式，所述传感器具有电连接器，其中该电连接器具有安装板、连接器颈部和多个电触点，
-其中所述电连接器至少针对每个绕组具有两个电触点，
-其中所述电触点在径向上布置在屏蔽件外壁的外部，
-其中所述安装板布置在屏蔽件外壁与第一主绕组之间，
-其中所述连接器颈部延伸穿过屏蔽件外壁中的开口，并且将安装板与电触点相互连接在一起，
-其中所述安装板和所述连接器颈部分别具有一个对应的凹槽，其中该凹槽适于从容置腔接收与每个绕组处于作用性连接的两个电线，并且将其从容置腔穿过屏蔽件外壁中的开口导引至电触点，
-其中所述凹槽在平行于屏蔽件外壁的方向上具有切口，可以将电线穿过该切口插入凹槽的中心区域。
对术语的说明如下：
“电连接器”是指某个元件，其适于紧固在传感器上并且至少具有所需数目的可触及电触点。
优选地，该连接器使得传感器的电气和/或电子元件能够与连接器的电触点电连接，其中连接器的电触点具有相对良好的可及性。
优选地，该连接器能够至少间接地使得电触点相对于传感器位置固定地布置。
因此，整体而言，连接器能够优选地且有利地使得传感器以磁场敏感元件与电触点之间的固定相对布局插入，其中在制造传感器时就已经能够将传感器的电气和/或电子元件与电触点电连接。
这样就能直接通过钎焊，或间接地通过其他接触元件、特别是插头，借助于电连接器的电触点将传感器有利地与电路板连接在一起，使得特别是磁场敏感元件与电路板的相对位置可以通过至少间接地由电连接器实现的连接来确定。
优选地，该电连接器具有塑料、特别是电导率相对较低的塑料作为基础材料。
优选地，该电连接器的电触点至少部分地被该连接器的基础材料包围，使得在基础材料与电触点之间存在压紧配合和/或形状配合的连接。此外，电触点优选以被电连接器的基础材料在空间上相互隔开的方式布置，从而有利地使得两个电触点之间不存在任何直接的电接触，这样就能防止传感器的各电气和/或电子元件之间发生短路。
“安装板”是指电连接器的某个区域，该区域适于在磁场敏感元件与电连接器之间形成形状配合和/或压紧配合的至少间接的连接。
优选地，可以将安装板容置在屏蔽件的容置腔内部，特别是在屏蔽件与主绕组之间，优选在主绕组与屏蔽件的屏蔽件外壁之间。
优选地，该安装板适于与磁场敏感元件和包围该磁场敏感元件的绕组一起被送入屏蔽件。这样就能在装入屏蔽件时有利地通过安装板为绕组提供额外的保护以免受机械负荷。
“连接器颈部”是指适于将安装板与电触点连接在一起的电连接器区域。
“电触点”是指适于在传感器的电气和/或电子元件之间产生接触的电连接器元件。
优选地，电触点以在两个方向上突出于电连接器的基础材料的方式构建。其中，特别是可以在电触点的突出末端上使得传感器的电气和/或电子元件与电触点之间产生接触。此外，可以在电触点的另一突出末端上，特别是借助于钎焊或者借助于与该电触点或多个电触点对应的接插器，与传感器的工作电路接触。
优选地，电触点由具有范围在17至19WT％的镍、优选范围在17.5至18.5WT％的镍、特别优选18WT％的镍的合金构成。
优选地，电触点由具有范围在18至22WT％的锌、优选范围在19至21WT％的锌、特别优选20WT％的锌的合金构成。
优选地，电触点由具有大于等于58WT％的铜、优选大于等于60WT％的铜、特别优选大于等于61WT％的铜的合金构成。进一步优选地，电触点由具有大于等于62WT％的铜、进一步优选大于等于63WT％的铜、特别优选大于等于64WT％的铜的合金构成。
电触点的上述合金组成在有利地实现极佳的电导率的同时，还实现相对较高的弹性模量以及极佳的热浸镀锡性能和焊接性能。
需要明确指出的是，不应将针对电触点的合金组成的上述值理解成严格的界限，确切言之，在不脱离本发明的所述方面的情况下，可以在工程尺度上超出或者低于这些值。简而言之，这些值用于为在此提出的电触点的合金组成的变量提供依据。
优选地，电触点具有金涂层，从而有利地改进电触点的电导率。
“开口”是指屏蔽件中的某个区域，电连接器的将安装板与电触点连接在一起的连接器颈部可以通过该区域从屏蔽件内部的容置腔延伸进屏蔽件外部的区域，使得电连接器的电触点可以布置在屏蔽件外部。为此，屏蔽件优选具有与连接器颈部对应的开口。
在两分式的屏蔽件中，屏蔽件的一部分或两部分具有凹槽，其在屏蔽件部分接合在一起后形成开口。
优选地，开口处于屏蔽件外壁的区域内。
“凹槽”是指元件横截面中的某个区域，该区域并非由该元件的基础材料形成，因而可以被其他物体穿过，在此过程中无需损坏该元件。
优选地，凹槽为穿过元件的基础材料的通道。
进一步优选地，凹槽构建为元件的基础材料中的凹陷的形式，这样就能将另一物体穿过凹陷的开口插入凹槽。
连接器颈部和安装板中的“对应的凹槽”是指，凹槽以大体保持不变的走向沿凹槽的主延伸方向穿过安装板且穿过连接器颈部。
“电线”是指相对于其纵向延伸度而言较薄且可弯曲的金属。优选地，电线具有圆形横截面。优选地，电线具有多个绞合线。优选地，该线具有较高的铜含量。
“切口”是指逐渐变尖的或楔形的切割口。
根据本发明的第一方面的传感器具有多个电气和/或电子元件。在传感器以指定方式工作期间，在电子和/或电气元件中产生电流，或电流被有源地馈入元件。
传感器的这些电气和/或电子元件以指定方式布置在屏蔽件的容置腔中且必须从屏蔽件外部进行电接触。
最简单的电接触形式基于：将与电气和/或电子元件连接的电线穿过屏蔽件向外导引，并且在外部与包含传感器的工作电路的印制电路板钎焊在一起。
在这个解决方案中，存在大量对于电线进而对于传感器整体而言的不同的损伤源，这些损伤源可能导致传感器失灵。一方面，通常导线截面极小的电线很容易因机械负荷、特别是屏蔽件区域内的剪切负荷或绕组间的拉伸负荷或电线与印制电路板的连接而受损。在安装传感器期间或传感器工作时，在电线与印制电路板间的接触与磁场敏感元件之间发生相对运动的情况下，可能会出现这类拉伸负荷。
为此，本发明提出，传感器的电线应被制成可以借助于电连接器机械连接以及电连接，从而有利地增强传感器的坚固性以及可用性。
在此所提出的电连接器具有布置在屏蔽件的容置腔内部的安装板。连接器颈部作为连接器的第二部分从安装板出发延伸出来。特别地，连接器颈部特别是在屏蔽件外部的区域内穿过屏蔽件。连接器颈部连接多个电触点，这些电触点适于与传感器的电气和/或电子组件电接触。
安装板实现电连接器与传感器、特别是与传感器的屏蔽件的压紧配合和/或形状配合连接。
连接器颈部适于容置电线，从而特别是在屏蔽件区域内防止电线受到机械负荷。为此，连接器颈部与安装板具有对应的凹槽，可以将电线送入该凹槽，且该凹槽防止电线受到外部机械负荷。
此外，连接器颈部使得传感器的磁场敏感元件与适于电接触的触点之间的相对位置固定。可以导引电线穿过连接器颈部和安装板中的对应凹槽直至电触点，并且在该处与用于接触的电触点连接在一起。
连接器颈部和安装板中的对应凹槽成型为凹坑形式，该凹坑在横向于对应凹槽的纵向延伸方向的方向上打开，这样既能沿纵向又能横向于纵向地将电线导入凹槽。这个结构形式有利于传感器的组装，因为既可以一个个单独地又可以成束地将线沿纵向以及横向于纵向地送入凹槽，从而使得将电线敷设进凹槽的过程大幅简化。
连接器颈部和安装板中的对应凹槽具有切口，该切口横向于对应的凹槽的纵轴延伸，且其中切口的顶端指向凹槽。借助于切口就能简单地将电线一个个地或成束地横向插入凹槽，其中每个单独的电线都必须通过切口的狭窄部位。切口的狭窄部位被配置成，一旦电线被插入凹槽，该电线仅能横向于凹槽的纵向地以更大的力重新离开凹槽，从而以指定的方式停留在凹槽的保护区域内。这样就能简化电线的依次安装，并且确保电线在插入凹槽后就已在各个方向上受到保护以免受机械负荷。
根据本发明的第二方面，用以达成上述目的的解决方案为一种用于在电路中的差动电流超过极限值的情况下切断电路的保护开关，所述保护开关具有根据本发明的第一方面的传感器、工作电路、电子数据处理与评价单元和开关装置，
-其中所述传感器环绕至少两个电导线布置，所述电导线形成电路，
-其中所述开关装置适于切断电路，
-其中所述工作电路适于操作传感器，
-其中所述电子数据处理与评价单元适于对传感器的传感器信号进行评价，
-其中所述电子数据处理与评价单元适于，在识别到差动电流、特别是交直流敏感地识别到电流强度大于极限值、特别是可调节的极限值的差动电流的情况下，控制所述开关装置，使得所述开关装置切断电路。
对术语的说明如下：
“保护开关”是指某个装置，其适于在保护开关所监控的电路中超过定义的差动电流、特别是超过可调节的差动电流的情况下，将被监控电路的电压切断。以这种方式就能有利地减小差动电流对人和基础设施的危害。
“工作电路”是指供传感器有源或无源工作的电路。优选地，工作电路适于为传感器的第一主绕组和/或第二主绕组提供电压。
此外，工作电路优选适于截取传感器的测试绕组上的电压，并将其作为信号传输至数据采集与评价单元。
同样地，该工作电路优选适于截取传感器的第一主绕组和/或第二主绕组上的电压，并将其作为信号传输至数据采集与评价单元。
优选地，该工作电路具有电耗测量装置，其适于对测试绕组和/或第一主绕组和/或第二主绕组的电流消耗进行评价。
“电子数据处理与评价单元”为以组织化的方式处理数据量的电子单元，其目的在于获得这些数据量的相关信息或对这些数据量进行更改。在此过程中，采集数据集中的数据，以预设方法通过人或机器进行处理并且作为结果输出。
“数据”特别是指测量值、特别是测量信号，或者其他物理或化学被测变量的值或变量。
“开关装置”是指适于切断电路的、特别是受保护开关监控的电路的电源的装置。
“电路”是指由导线系统组成的电路，该系统为闭路。
“传感器信号”是指传感器所提供的状态变量。传感器信号特别是被配置成，可以借助于物理和/或化学相关性由该传感器信号推测出由传感器监控的电路中的差动电流。优选地，可以直接由传感器信号计算出由传感器监控的电路中的差动电流。优选地，传感器信号为可测定的电流强度和/或可测定的电压。
“电流强度”是指以物理变量形式对电流、特别是电路中的电流进行计量的电流强度。其中，电流强度涉及适宜的定向表面，优选电导线的横截面。在此情形下，电流强度为流过横截面并且与所观察的时间跨度相关的电荷量。
优选地，传感器信号是指第一主绕组的电流消耗，其可以通过数学规则转换为差动电流。
“极限值”是指状态变量、特别是差动电流的某个定义的值，开关装置必须最晚在保护开关所监控的电路中超过该值后，将保护开关所监控的电路的电源切断。优选地，开关装置的极限值可以为可调节的。
亦即，具体而言，在此提出一种利用根据本发明的第一方面的用于监控电路的传感器的保护开关。
当然，根据本发明的第一方面的用于测定差动电流的传感器的优点如上所述地直接延伸至具有根据本发明的第一方面的保护开关的保护开关。
由此，特别是可以有利地实现一种对差动电流的灵敏度更高的保护开关，使得该保护开关在所监控的电路中的差动电流极小的情况下就已经能够切断该电路。同时，有利地，该保护开关在所监控的电路接通时错误地检测到误认为超过极限电流的差动电流的概率极小。
需要指出的是，第二方面的主题可以单独或以任意组合累加地与本发明的前述方面的主题有利地相结合。
根据本发明的第三方面，用以达成上述目的的解决方案为一种用于为电动车充电的充电缆线，其中所述充电缆线具有根据本发明的第一方面的传感器和/或根据本发明的第二方面的保护开关。
对术语的说明如下：
“充电缆线”是指适于将电动车与电流源连接在一起的电连接件，其中该充电缆线适于为电动车的牵引电池充电。优选地，该充电缆线具有用于可能的差动电流的监控装置。
“电动车”是指至少部分地由电动马达驱动的车辆。优选地，电动车不被限制在轨道上，或至少不永久性地有轨迹限制。
在此提出一种用于为电动车的电池充电的充电缆线，其具有根据本发明的第二方面的保护开关和/或根据本发明的第一方面的传感器。
当然，根据本发明的第一方面的用于测定差动电流的传感器以及/或者根据本发明的第二方面的用于在电路中的差动电流超过极限值的情况下切断电路的保护开关的优点如上所述地直接延伸至用于为电动车充电的充电缆线，其中所述充电缆线具有根据本发明的第一方面的传感器和/或根据本发明的第二方面的保护开关。
需要指出的是，第三方面的主题可以单独或以任意组合累加地与本发明的前述方面的主题有利地相结合。
根据本发明的第四方面，用以达成上述目的的解决方案为一种用于为电动车充电的充电站，其中所述充电站具有根据本发明的第一方面的传感器和/或根据本发明的第二方面的保护开关。
对术语的说明如下：
“充电站”或“壁挂式充电站”是指用于为电动车充电的充电设备。在壁挂式充电站中，该充电站特别是适于紧固在墙壁上。优选地，充电站为可以可变地装在不同位置的移动式设备。优选地，除了用于连接充电站与电动车的充电缆线的插式连接以及连接电网的功能之外，充电站或壁挂式充电站还提供其他功能，特别是用于可能的差动电流的监控装置。
在此提出一种用于为电动车充电的充电站，其具有根据本发明的第二方面的保护开关和/或根据本发明的第一方面的传感器。
当然，根据本发明的第一方面的用于测定差动电流的传感器以及/或者根据本发明的第二方面的用于在电路中的差动电流超过极限值的情况下切断电路的保护开关的优点如上所述地直接延伸至用于为电动车充电的充电站，其中所述充电站具有根据本发明的第一方面的传感器和/或根据本发明的第二方面的保护开关。
需要指出的是，第四方面的主题可以单独或以任意组合累加地与本发明的前述方面的主题有利地相结合。
本发明的其他优点，细节和特征从下面说明的实施例中得出。其中，具体地：
图1：本发明的传感器在电路中的布局的示意图；
图2：当电路接通时，物理的作用性连接的示意图；
图3：当电路在磁场敏感元件中的一个例示性位置上接通时，磁通密度在一段时间内的动态发展的示意图；
图4：磁场敏感元件的内宽、传感器误触发的倾向相对于内宽的特性曲线与传感器的可测量的最小差动电流相对于内宽的特性曲线之间的物理学关系；
图5：本发明的传感器的横截面的示意图；
图6：电连接器的不同视图的示意图。
在接下来的说明中，相同的附图标记表示相同的部件或相同的特征，因此，参照一个图式针对一个部件所做的说明也适用于其他图式，以避免重复说明。此外，已经结合一个实施方式描述的各个特征也可以在其他实施方式中单独使用。
图1中示意性地绘示的传感器100围绕电导线110、120布置，指定电流112、114穿过这些电导线流入受传感器100监控的电路(未绘示)又再流出。
在此过程中，电流112经由相线110流入受传感器100监控的电路(未绘示)，并且又经由中性线120流出。
当电路(未绘示)中的电压馈送装置(未绘示)接通时，在环绕电导线110、120的磁场114、124与磁场敏感元件10中的区域磁通密度116、118之间形成图2中的动态物理作用性连接。
当电压馈送装置(未绘示)接通时，从电导线110、120出发的磁场114、124以不同的方式区域性地且有时间限制地对磁场敏感元件10施加影响，从而在磁场敏感元件10中短期区域性地形成逆向的磁通密度116、126。
如图3所示，在这些磁通密度随时间130推移的补偿过程期间，在磁场敏感元件10中的一个例示性位置(未绘示)上观察，磁场敏感元件10中的短期区域性的逆向磁通密度116、126引起磁通密度的动态特性，其形式为磁通密度的振荡132。
因所观察的电路(未绘示)的馈电装置(未绘示)的接通而形成的这个磁通密度振荡132逐渐减弱，并且沿渐近线132、134接近其时间极限值。
其中，磁通密度的短期振荡132同样导致与测试绕组(未绘示)和/或第一主绕组和/或第二主绕组发生物理交互作用(未绘示)，从而产生传感器信号(未绘示)，可以将其解释为超过定义的极限值(未绘示)的差动电流(未绘示)。也可以将其描述为接通故障。
图4所示磁场敏感元件10的通孔(未绘示)的内宽12、以指定方式应用传感器100的保护开关的误触发倾向140与可用传感器100测量的最小差动电流150之间的关系显示出，磁场敏感元件10的通孔(未绘示)的内宽12存在最佳值160，在这个值上，可测量的最小差动电流150与误触发倾向140之间取得了良好的折衷。
在此处所示示意图中，这个最佳值160处于特性曲线142、152的交点处。
此外，产生磁场敏感元件10的通孔(未绘示)的内宽12的最佳范围165，该范围处于最佳值160周围。
图5中的传感器100大体由磁场敏感元件10、包围磁场敏感元件10的绝缘体20、主绕组30、测试绕组(未绘示)、间隔环40、屏蔽件50、电连接器60和多个电触点70组成。
绝缘体20构建为两分式，其中绝缘体20的各部分(未标号)以形状配合的方式相连。
主绕组30借助于电线75连接电连接器60所承载的电触点70。
屏蔽件50构建为两分式，并且在屏蔽件内壁58上形成环绕式间隙55。
图6中的电连接器60大体由安装板80、连接器颈部90和多个电触点70组成。
图6中的字母b)处示出电连接器60的三维图。
图6中的字母a)处示出电连接器60的正视图，其中该正视图是就指定传感器而言从外部观察所绘示的。
图6中的字母c)处示出电连接器60的俯视图。此外，还示出切割线A-A和B-B。
字母d)处示出电连接器60的剖面A-A。
字母e)处示出电连接器60的剖面B-B。
图6中的字母f)处示出电连接器60的正视图，其中该正视图是就指定传感器而言从内部观察所绘示的。
图6中的字母g)处示出电连接器60的侧视图。
安装板80适于被容置在屏蔽件(未绘示)的容置腔(未绘示)中。
连接器颈部90将多个电触点70与安装板80连接在一起。
连接器颈部90具有凹槽92，该凹槽适于从容置腔(未绘示)接收与每个绕组(未绘示)处于作用性连接的两个电线(未绘示)，并且将其从容置腔(未绘示)穿过屏蔽件外壁(未绘示)中的开口(未绘示)导引至电触点(70)。
凹槽92在平行于屏蔽件外壁(未绘示)的方向上还具有切口94，可以将电线(未绘示)穿过该切口插入凹槽92的中心区域(未标号)。
借助于切口94就能简单地将电线(未绘示)一个个地或成束地横向插入凹槽92，其中每个单独的电线(未绘示)都必须通过切口94的狭窄部位(未标号)。切口94的狭窄部位(未标号)被配置成，一旦电线(未绘示)被插入凹槽92，该电线仅能横向于凹槽92的纵向(未标号)地以更大的力重新离开凹槽92，从而以指定的方式停留在凹槽92的保护区域(未标号)内。
附图标记表
10 磁场敏感元件
12 内宽
20 绝缘体
30 主绕组
40 间隔环
50 屏蔽件
55 环绕式间隙
58 屏蔽件内壁
60 电连接器
70 电触点
75 电线
80 安装板
90 连接器颈部
92 凹槽
94 切口
100 传感器
110 电导线/相线
112 电流方向
114 磁场
116 磁通密度
120 电导线/中性线
122 电流方向
124 磁场
126 磁通密度
130 时间轴
132 磁通密度的振荡
134 渐近线
136 渐近线
140 误触发的倾向
142 误触发的倾向的特性曲线
150 可测量的最小差动电流
152 可测量的最小差动电流的特性曲线
160 最佳值
165 最佳范围

Claims (11)

1.一种用于测定差动电流、特别是用于交直流敏感地测定差动电流的传感器(100)，
-其中所述传感器(100)具有磁场敏感元件(10)、第一主绕组(30)、测试绕组和屏蔽件(50)，
-其中所述磁场敏感元件(10)具有通孔，其中所述磁场敏感元件(10)的通孔的横截面构建为具有两个对称轴的椭圆形，
-其中所述第一主绕组(30)和所述测试绕组分别以多个线匝围绕所述磁场敏感元件(10)，
-其中所述屏蔽件(50)具有容置腔，所述容置腔适于容置所述磁场敏感元件(10)、所述第一主绕组(30)和所述测试绕组，
-其中所述屏蔽件(50)的容置腔在径向上受屏蔽件外壁和屏蔽件内壁(58)限制，
-其中所述屏蔽件内壁(58)定义所述屏蔽件(50)的通孔，其中所述屏蔽件(50)的通孔构建为具有两个对称轴的椭圆形，
-其中所述屏蔽件(50)在所述屏蔽件内壁(58)的区域内具有环绕式间隙(55)，
-其中所述传感器(100)适于环绕至少两个电导线(110，120)布置，
-其中所述磁敏感元件(10)的通孔沿对称轴具有至少一个内宽，
其特征在于，
所述至少一个内宽处于25.2至32mm范围内，优选在25.5至29mm范围内，特别优选为25.8至27mm。
2.根据权利要求1所述的传感器(100)，其特征在于，所述磁敏感元件(10)是被绝缘体(20)包裹，其中所述绝缘体(20)布置在所述磁敏感元件(10)与所述第一主绕组(30)之间以及所述磁敏感元件(10)与所述测试绕组之间。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的传感器(100)，其特征在于，所述传感器(100)具有第二主绕组(30)，其中所述第二主绕组(30)以数个线匝将所述磁敏感元件(10)和/或所述绝缘体(20)围绕。
4.根据上述权利要求中任一项所述的传感器(100)，其特征在于，所述传感器(100)具有间隔环(40)，其中所述间隔环(40)布置在所述屏蔽件内壁与所述第一主绕组(30)之间。
5.根据上述权利要求中任一项所述的传感器(100)，其特征在于，所述屏蔽件(50)具有涂层，特别是电绝缘涂层。
6.根据上述权利要求中任一项所述的传感器(100)，其特征在于，所述屏蔽件(50)具有范围在0.25mm至0.45mm、优选范围在0.3mm至0.4mm、特别优选范围在0.32mm至0.38mm的材料厚度。
7.根据上述权利要求中任一项所述的传感器(100)，其特征在于，所述环绕式间隙(55)具有范围在0.1mm至2.0mm、优选范围在0.3mm至1.7mm、特别优选范围在0.6mm至1.3mm的隙宽。
8.根据上述权利要求中任一项所述的传感器(100)，其特征在于，所述传感器(100)具有电连接器(60)，其中所述电连接器(60)具有安装板(80)、连接器颈部(90)和多个电触点(70)，
-其中所述电连接器(60)至少针对每个绕组具有两个电触点(70)，
-其中所述电触点(70)在径向上布置在所述屏蔽件外壁的外部，
-其中所述安装板(80)布置在所述屏蔽件外壁与所述第一主绕组(30)之间，
-其中所述连接器颈部(90)延伸穿过所述屏蔽件外壁中的开口，并且将所述安装板(80)与所述电触点(70)相互连接在一起，
-其中所述安装板(80)和所述连接器颈部(90)分别具有一个对应的凹槽(92)，其中所述凹槽(92)适于从所述容置腔接收与每个绕组处于作用性连接的两个电线(75)，并且将其从所述容置腔穿过所述屏蔽件外壁中的开口导引至所述电触点(70)，
-其中所述凹槽(92)在平行于所述屏蔽件外壁的方向上具有切口(94)，可以将所述电线(75)穿过所述切口插入所述凹槽(92)的中心区域。
9.一种用于在电路中的差动电流超过极限值的情况下切断电路的保护开关，所述保护开关具有根据权利要求1至8中任一项所述的传感器(100)、工作电路、电子数据处理与评价单元和开关装置，
-其中所述传感器(100)环绕至少两个电导线(110，120)布置，所述电导线形成所述电路，
-其中所述开关装置适于切断所述电路，
-其中所述工作电路适于操作所述传感器(100)，
-其中所述电子数据处理与评价单元适于对所述传感器(100)的传感器信号进行评价，
-其中所述电子数据处理与评价单元适于，在识别到差动电流、特别是交直流敏感地识别到电流强度大于所述极限值、特别是可调节的极限值的差动电流的情况下，控制所述开关装置，使得所述开关装置切断所述电路。
10.一种用于为电动车充电的充电缆线，其中所述充电缆线具有根据权利要求1至8中任一项所述的传感器(100)和/或根据权利要求9所述的保护开关。
11.一种用于为电动车充电的充电站，其中所述充电站具有根据权利要求1至8中任一项所述的传感器(100)和/或根据权利要求9所述的保护开关。
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