CN114616473A - 电流传感器 - Google Patents
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Abstract
一种电流传感器(1)包括：磁场传感器(3)；以及T‑形铁磁结构(2)，该T‑形铁磁结构具有气隙(5)。电流传感器(1)旨在被布置在汇流排(4)的凹部(40)中。T‑形铁磁结构(2)可以包括两个L‑形铁磁元件(20)。
Description
技术领域
本发明涉及用于测量电导体中的电流强度的电流传感器。
背景技术
电流传感器本身应用广泛。许多应用领域中的一个应用领域是电驱动系统，例如用于机动车辆的电驱动系统，本发明并不意在限制于该领域。在电驱动系统中，电流传感器可以在电力电子单元与电机之间使用或者在电力电子单元内使用；例如，可以在电力电子单元的输入端处测量直流电流，或者可以监测电池系统的状态。
已知的电流传感器具有许多缺点；特别地，在组装期间，无论是原始安装还是更换，已知的电流传感器通常都很麻烦。例如从国际专利申请WO2013/008205A2和WO 2015/140129 A1中已知具有环形磁芯的电流传感器。电导体穿过环形磁芯，因此电导体被环形磁芯包围。在组装期间，在进一步安装电导体之前，电导体必须被引导穿过环形磁芯。这种电流传感器的变换或随后的安装需要至少部分地拆卸电导体。在例如从国际申请WO2017/130437A1中已知的另一种方法中，从电导体的一侧安装磁性元件，并且从电导体的相对侧安装包括评估电子器件的传感器芯片。在这种情况下，不需要引导电导体穿过传感器，但是电导体必须在两侧可触及。此外，例如从国际申请WO 2016/190087 A1和WO 2016/125638A1中已知多种方法，其中电流传感器已经包含一段电导体，然而，这段电导体然后必须与其余电导体连接，形成其中应当测量电流强度的路径。例如在国际申请WO2017/187809A1、WO2018/116852 A1和WO 2013/172109 A1中公开的另外的方法均在载体上使用大量传感器元件，一些传感器元件具有若干个电导体。这种方法需要若干个传感器元件来测量电流强度，这导致成本过高并且组装费力。
发明内容
本发明的目的是提供一种不具有上面提及的缺点中的至少一些缺点的电流传感器。特别地，电流传感器应当易于组装和更换。
该目的通过根据权利要求1所述的电流传感器来实现。从属权利要求包含有利的进一步的发展。权利要求9涉及一种具有这样的电流传感器的电气系统。
根据本发明的用于测量电导体中的电流强度的电流传感器包括通过测量磁场来确定电流强度的磁场传感器。根据本发明，电流传感器具有T-形铁磁结构。在铁磁结构的界面之间形成气隙。在该上下文中，铁磁结构的界面意指该铁磁结构的部件的表面或者该铁磁结构的部件的表面的部分区域。
与铁磁结构的T-形对应，该铁磁结构具有形成该T的主杆的区域和形成该T的横杆的区域。电流传感器被设计成与主杆一起插入诸如汇流排的电导体中的凹部中。然后该电导体的一部分在该主杆的两侧延伸。以这样的方式，可以在安装电导体之后对电流传感器进行布置，并且可以在无需部分拆卸电导体的情况下进行更换。在这方面，从电导体的一侧可触及就足够了。
优选地，铁磁结构由叠片芯例如硅钢组成，这降低了铁磁结构中的涡流损耗。
在一个实施方式中，T-形铁磁结构包括两个L-形铁磁元件。在这方面，该T的主杆的至少一部分由所述两个铁磁元件的总共两个平行的腿部形成，而其余两个腿部形成横杆。特别地，所述两个铁磁元件可以具有相同的形状和尺寸，并且然后彼此镜像对称地布置在T-形结构中。然而，其中两个铁磁元件在形状和/或尺寸方面不同的实施方式也是可能的；这样的实施方式使得能够对磁通密度进行更好的差分评估。
在进一步的发展中，在两侧由L-形铁磁元件中的一个L-形铁磁元件的一个腿部界定气隙，更准确地，由属于该T的主杆的腿部界定气隙。
在一个实施方式中，T-形结构具有至少一个铁磁终端元件。所述至少一个终端元件形成该T的主杆的一部分。在另一实施方式中，在一侧由至少一个终端元件界定气隙。所述至少一个终端元件可以被特别地设计成呈板或盘的形式。
T-形结构还可以具有两个L-形铁磁元件以及一个或更多个铁磁终端元件。特别地，可以设置有两个终端元件，每个L-形元件一个终端元件。在这种布置中，电流传感器中可以存在两个相交的气隙，两个相交的气隙一方面由L-形元件界定，而另一方面由终端元件界定。
根据实施方式，磁场传感器可以被布置在气隙的内部或者布置在气隙的外部。在磁场传感器位于气隙的外部的情况下，对于本领域技术人员明显的是，磁场传感器仍然必须位于T-形铁磁结构的附近，使得仍然可以可靠地测量由电导体中的电流流动引起的磁场，以便最终能够可靠地测量电导体中的电流强度。已知的测量概念可以用于磁场传感器；例如，在不限制本发明的情况下，该磁场传感器可以是基于霍尔效应或磁阻效应诸如巨磁阻(GMR)效应的传感器。
在一个实施方式中，磁场传感器以导电方式连接至电路板。电路板上的电路可以设置用于控制和读取磁场传感器。电路板可以以各种方式布置在电流传感器中，并且根据这一点以及磁场传感器的放置，可以在磁场传感器与电路板之间定向电连接件例如多个引脚。然而，原则上，出于控制和读取的目的，还可以设想将磁场传感器直接连接至不属于电流传感器的更高级别的系统。
在一个实施方式中，电流传感器被封装在壳体中。优选地，该壳体以下述方式设计：电流传感器可以与壳体一起插入电导体中的相应凹部中。特别地，壳体本身可以为T-形的或者也可以为十字形的。如果存在壳体，壳体也可以包围上面提及的电路板。在特别的进一步发展中，只有用于将电路板连接至更高级别的系统的一个或更多个连接件可以从壳体的外部触及。例如，该连接件可以包括一个或更多个连接引脚或者一个或更多个连接器。可以以任何已知的方式来制造壳体；例如，在不限制本发明的情况下，电流传感器的其他部件可以使用塑料材料包覆成型。
根据本发明的电气系统具有电导体并且其特征在于如上面描述的用于测量电气系统的电导体中的电流强度的电流传感器。在电导体中设置有凹部，以便将电流传感器插入该电导体中。更准确地，T-形结构的主杆，可能是电流传感器的T-形或十字形壳体的主杆，将被插入凹部中。原则上，凹部可以具有任何形状，例如矩形、圆形、椭圆形；电流传感器的要插入凹部中的区域的截面优选地与凹部的形状相适配，因为这提供了布置的良好机械稳定性。也可以不对称地设计电导体中的用于电流传感器的凹部。当电流流过电导体时，这会导致磁通密度的不对称，这有时在频率响应方面是有利的。
附图说明
下面参照示意性附图更详细地说明本发明及其优点。
图1示出了根据本发明的插入汇流排中的电流传感器。
图2示出了根据本发明的插入汇流排中的电流传感器。
图3示出了根据本发明的插入汇流排中的电流传感器。
图4示出了其中可以插入根据本发明的电流传感器的汇流排。
图5示出了其中可以插入根据本发明的电流传感器的另一汇流排。
图6示出了根据本发明的插入汇流排中的电流传感器的透视图。
图7示出了根据本发明的插入汇流排中的电流传感器。
图8示出了根据本发明的插入汇流排中的电流传感器的透视图。
图9示出了根据本发明的插入汇流排中的电流传感器。
图10示出了根据本发明的插入汇流排中的电流传感器的透视图。
图11示出了根据本发明的插入汇流排中的电流传感器的透视图。
图12示出了根据本发明的具有壳体、插入汇流排中的电流传感器。
图13示出了根据本发明的具有壳体、插入汇流排中的电流传感器。
图14示出了根据本发明的具有壳体、插入汇流排中的电流传感器的侧视图。
图15示出了根据本发明的具有壳体、插入汇流排中的电流传感器的侧视图。
图16示出了根据本发明的具有壳体、插入汇流排中的电流传感器1的侧视图。
附图仅表示本发明的示例性实施方式。附图决不应被解释为将本发明限制于所示的示例性实施方式。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的插入在汇流排4中的电流传感器1的实施方式，在该示例中，该汇流排形成电导体。该图示是截面图，使得在汇流排4中的为电流传感器1设置的凹部的任一侧上，汇流排4的两个部分都可见。电流传感器1具有T-形铁磁结构2，在所示实施方式中，T-形铁磁结构具有两个L-形铁磁元件20和两个铁磁终端元件23，每个L-形元件20一个铁磁终端元件。每个L-形元件20具有第一腿部21和第二腿部22。在所示示例中，第一腿部21和终端元件23一起形成T-形结构2的主杆，而第二腿部22一起形成T-形结构2的横杆。在所示实施方式中，第一腿部21和终端元件23界定气隙51和气隙52。气隙51和气隙52相交。
将磁场传感器3布置在气隙51中，以便通过测量磁场来确定汇流排4中的电流强度。以虚线示出磁场传感器的可能的替选位置31、32的示例。对于所示的其他实施方式，这种替选位置原则上也是可以的。本领域技术人员将根据本身已知的磁场传感器的类型并且根据电流传感器的具体安装情况来选择磁场传感器的位置和取向。
图2示出了根据本发明的插入汇流排4中的电流传感器1的另一实施方式。该实施方式与图1所示的实施方式类似，其中已经对所示的元件进行了说明。与图1所示的实施方式相比，T-形结构2没有终端元件23。T的主杆由L-形铁磁元件20的第一腿部21形成，第一腿部在两侧界定气隙5。由于不存在终端元件23，因此不存在第二气隙。在气隙5中布置有磁场传感器3。未示出磁场传感器的替选位置。
图3示出了根据本发明的插入汇流排4中的电流传感器1的另一实施方式。在该实施方式中，T-形铁磁结构2包括铁磁主体部分25和铁磁终端元件23；主体部分25和终端元件23界定气隙5。在气隙5中布置有磁场传感器3。
图4示出了具有凹部40的汇流排4，此处凹部为矩形形状。根据本发明的电流传感器1可以插入该凹部中。还示出了通过汇流排4的电流的方向100。
图5示出了具有凹部40的汇流排4，此处凹部为椭圆形形状。根据本发明的电流传感器1可以插入该凹部中。还示出了通过汇流排4的电流的方向100。
图6示出了根据本发明的插入汇流排4中的电流传感器1的透视图。更准确地，T-形铁磁结构2的主杆插入汇流排4中的凹部40中。电流传感器1的配置对应于图2所示的配置。相应地，T-形结构2由两个铁磁元件20形成，两个铁磁元件在两侧限定气隙5。在该气隙中示出了磁场传感器3，还示出了用于该磁场传感器的连接引脚33。此外，示出了通过汇流排4的电流的方向100。
图7示出了根据本发明的与图2所示的实施方式类似的、插入汇流排4中的电流传感器1。除了已经针对图2说明的元件之外，此处电流传感器1包括电路板7，该电路板用于控制和读取磁场传感器3。磁场传感器3通过连接引脚33连接至电路板7。电路板7具有用于将电路板7连接至更高级别的系统的一个或更多个连接引脚71。
图8示出了根据本发明的插入汇流排4中的电流传感器1的透视图，其与图7所示的实施方式对应。已经关于图7讨论了电流传感器1的所有所示元件。此外，示出了通过汇流排4的电流的方向100。
图9示出了根据本发明的与图1所示的实施方式类似的、插入汇流排4中的电流传感器1。除了已经针对图1说明的元件之外，此处电流传感器1包括电路板7，该电路板用于控制和读取磁场传感器3。电路板7具有用于将电路板7连接至更高级别的系统的一个或更多个连接引脚71。除了T-形铁磁结构2的配置之外，此处所示的实施方式与图7所示的实施方式的不同之处在于电路板7相对于电流传感器1的其他部件的不同布置。此处，电路板7也部分地插入汇流排4中的凹部中。
图10示出了根据本发明的插入汇流排4中的电流传感器1的透视图，与图8类似。此处所示的实施方式与图8所示的实施方式的不同之处在于电路板7的布置，该电路板经由连接引脚33连接至磁场传感器3。电路板的布置对应于图9中所示的布置。此处，电路板7也部分地插入汇流排4中的凹部40中。
图11示出了根据本发明的插入汇流排4中的电流传感器1的透视图。该图示在很大程度上对应于图9所示的实施方式的透视图。在图11中仅针对图9中的磁场传感器3示出了替选位置31、32。此外，示出了通过汇流排4的电流的方向100。
图12示出了根据本发明的电流传感器1的实施方式，其在很大程度上对应于图7所示的实施方式。除了图7所示的实施方式之外，此处电流传感器1被封装在壳体8中。只有用于将电路板7连接至更高级别的系统的连接引脚71可以从壳体8的外部触及。此处壳体8也是T-形的，并且该T的主杆插入汇流排4中的凹部中。对于所示的其他元件，参照图7的描述。
图13示出了根据本发明的电流传感器1，其在很大程度上对应于图9所示的实施方式，除了磁场传感器3的替选位置。除了图9所示的实施方式之外，此处电流传感器1被封装在壳体8中。只有用于将电路板7连接至更高级别的系统的连接引脚71可以从壳体8的外部触及。此处壳体8是十字形的，并且主杆插入汇流排4中的凹部中。对于所示的其他元件，参照图9的描述。
图14示出了根据本发明的具有壳体8的电流传感器1的侧视图。壳体8插入汇流排4中。示出了电流传感器1的L-形铁磁元件20以及此处隐藏的磁场传感器的、用于将该磁场传感器连接至电路板7的连接引脚33。只有用于将电路板7连接至更高级别的系统的连接引脚71可以从壳体8的外部触及。此外，示出了通过汇流排4的电流的方向100。
图15示出了根据本发明的具有壳体8的电流传感器1的侧视图。与图14所示的实施方式的主要区别在于电路板7的布置。
图16示出了根据本发明的具有壳体8的电流传感器1的侧视图。此处电流传感器1与壳体8一起插入汇流排4中，该汇流排具有成角度轮廓。对于电流传感器1，还示出了电路板7和用于将电路板7连接至磁场传感器的连接引脚33。磁场传感器被L-形铁磁元件20中之一覆盖。电路板7经由连接引脚71连接至更高级别的电路板300。
附图标记说明
1电流传感器2T-形铁磁结构3磁场传感器4电导体(汇流排)5气隙7电路板8壳体20L-形铁磁元件21第一腿部22第二腿部23铁磁终端元件25主体部分(T-形结构的主体部分)31替选位置(电流传感器)32替选位置(电流传感器)33连接引脚40凹部(在汇流排中)51气隙52气隙71连接引脚100电流方向300更高级别的电路板。
Claims (9)
1.一种用于测量电导体(4)中的电流强度的电流传感器(1)，所述电流传感器(1)包括：
磁场传感器(3)，
所述电流传感器(1)的特征在于
T-形铁磁结构(2)，在所述铁磁结构(2)的界面之间具有气隙(5)。
2.根据权利要求1所述的电流传感器(1)，其中，所述T-形铁磁结构(2)包括两个L-形铁磁元件(20)。
3.根据权利要求2所述的电流传感器(1)，其中，所述气隙(5)在两侧由所述L-形铁磁元件(20)中的一个L-形铁磁元件的相应腿部(21)界定。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电流传感器(1)，其中，所述T-形铁磁结构(2)包括至少一个铁磁终端元件(23)。
5.根据权利要求4所述的电流传感器(1)，其中，所述气隙(5)在一侧由所述至少一个终端元件(23)界定。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电流传感器(1)，其中，所述磁场传感器(3)布置在所述气隙(5)的内部或者布置在所述气隙(5)的外部。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电流传感器(1)，其中，所述磁场传感器(3)以导电方式连接至电路板(7)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电流传感器(1)，其中，所述电流传感器(1)被封装在T-形或十字形的壳体中。
9.一种具有电导体(4)的电气系统，其特征在于根据权利要求1至8中任一项所述的用于测量所述电气系统的电导体(4)中的电流强度的电流传感器(1)，其中，所述电导体(4)具有凹部(40)，所述电流传感器(1)插入所述凹部中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |