DE10054016A1 - Current amplitude measurement using magnetic field sensors inserted inside an electric cable or a comb-like conducting section placed in the cable with an adjacent magnetic sensor, with current deduced from the magnetic field - Google Patents

Current amplitude measurement using magnetic field sensors inserted inside an electric cable or a comb-like conducting section placed in the cable with an adjacent magnetic sensor, with current deduced from the magnetic field

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DE10054016A1 DE2000154016 DE10054016A DE10054016A1 DE 10054016 A1 DE10054016 A1 DE 10054016A1 DE 2000154016 DE2000154016 DE 2000154016 DE 10054016 A DE10054016 A DE 10054016A DE 10054016 A1 DE10054016 A1 DE 10054016A1
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    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
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Abstract

Method for measuring current amplitude in a conductor (1) by determination of the magnetic field generated by the conductor. For frequency independent measurements the following steps are undertaken: provision of a slit (11) in a section of the conductor (10), insertion of magnetic field sensors (15, 16) within the conductor, detection of the magnetic field within the sensors and generation of a corresponding output signal, with the current amplitude determined from the output signal. An independent claim is made for a measurement method in which a comb-type conductor section is placed in the conductor and an AMR, GMR or LMT type magnetic sensor used to determine the magnetic field just above or below the conductor section and determination of the current amplitude from the measured field strength.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Stärke eines durch einen Leiter fließenden elek­ trischen Stroms, bei dem bzw. bei der eine Komponente eines von diesem Strom erzeugten Magnetfelds erfaßt und daraus die Stromstärke ermittelt wird.The invention relates to a method and an apparatus for Measuring the strength of an electrical current flowing through a conductor tric current, in which a component of a magnetic field generated by this current and the Current strength is determined.

Für die Optimierung und Regelung der elektrischen Energie in technischen Prozessen, im Haushalt und in Fahrzeugen benötigt man die Information der Stromstärke. Komplexe Geräte, wie Amperemeter, sind oft teuer und platzaufwendig und sollten durch kompaktere und kostengünstigere Sensoren ersetzt werden.For the optimization and regulation of electrical energy in technical processes, in the household and in vehicles one the information of the current strength. Complex devices, such as Ammeters are often expensive and should take up a lot of space replaced by more compact and less expensive sensors become.

Die Stromstärke kann typischerweise auf zwei verschiedene Weisen bestimmt werden:
The current intensity can typically be determined in two different ways:

  • - Durch Messung eines Spannungsabfalls an einem in die Messleitung eingefügten Widerstand;- By measuring a voltage drop across one in the Measuring line inserted resistance;
  • - Durch Messung des vom stromdurchflossenen Leiter erzeugten Magnetfelds.- By measuring the current generated by the current-carrying conductor Magnetic field.

Im ersten Fall ist der Widerstand Teil des Stromkreises. Störspitzen im Stromkreis, die Begrenzung des Messbereichs durch maximal zulässige Verlustleistung des Messwiderstands und die Rückwirkung auf den Stromkreis begrenzen den Einsatz dieses Messverfahrens.In the first case, the resistor is part of the circuit. Interference peaks in the circuit, the limitation of the measuring range by the maximum permissible power loss of the measuring resistor and the feedback on the circuit limit the use this measurement method.

Im zweiten Fall ist das Sensorsignal galvanisch vom Strom­ kreis getrennt. Bei Wechselstrom ist die einfachste Messung mit Hilfe eines Transformators möglich, der den stromführenden Leiter umgibt. Mit diesem Verfahren können keine Gleich­ ströme gemessen werden. Um auch Gleichströme zu messen, kann ein ringförmiger Kern aus weichmagnetischem Material mit einem Luftspalt eingesetzt werden, in dem das Magnetfeld des Stromleiters konzentriert wird. Mit Hilfe eines Hallsensors im Luftspalt ist eine Strommessung möglich. Die Hallspannung ist dabei proportional zum fließenden Strom. Der Magnetkern muß dabei den Stromleiter umschließen. Dies führt zu Montage- und Bauraumproblemen.In the second case the sensor signal is galvanically from the current circle separated. The easiest measurement is with alternating current possible with the help of a transformer that the current carrying  Head surrounds. With this procedure no equal can currents can be measured. To measure direct currents, too an annular core made of soft magnetic material an air gap are used in which the magnetic field of the Conductor is concentrated. With the help of a Hall sensor Current measurement is possible in the air gap. The Hall voltage is proportional to the current flowing. The magnetic core must enclose the conductor. This leads to assembly and space problems.

Lediglich zur Vollständigkeit sei noch die faseroptische Strommessung erwähnt, die den Faraday-Effekt benutzt, durch den sich die Polarisationsebene des durch eine Glasfaser geführten Lichts unter der Wirkung eines durch den Strom gebildeten Magnetfelds verdreht. Dieses Verfahren ist besonders in Höchstspannungsanlagen interessant, scheitert jedoch für kompakte und billige Strommessmodule, z. B. im Fahrzeug und im Haushalt.Only for completeness is the fiber optic Mentioned current measurement using the Faraday effect which is the plane of polarization of a glass fiber led light under the effect of a current formed magnetic field twisted. This procedure is particularly interesting in high-voltage systems, fails however for compact and cheap current measuring modules, e.g. B. in Vehicle and household.

Aufgabe und Vorteile der ErfindungObject and advantages of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Messung der Stärke eines durch einen Leiter fließen­ den elektrischen Stroms anzugeben, die eine kompakte, flache Konstruktion, eine potentialfreie Strommessung, eine Gleich- und Wechselstrommessung unabhängig von der Frequenz des zu messenden Stroms, eine Minimierung von Störeinflüssen benach­ barter Stromleiter sowie eine Reduzierung der Komponenten für das Strommessmodul ermöglichen.It is an object of the invention, a method and a device device for measuring the strength of one flowing through a conductor to indicate the electrical current, which is a compact, flat Construction, a potential-free current measurement, a and AC measurement regardless of the frequency of the measuring current, minimizing interfering influences current conductor and a reduction in the components for enable the current measuring module.

Zur Lösung der Aufgabe werden erfindungsgemäß zwei mögliche Verfahren vorgeschlagen:
According to the invention, two possible methods are proposed to achieve the object:

  • - Bei einem erfindungsgemäßen Strommeßverfahren ist wenig­ stens ein einen Abschnitt des stromführenden Leiters durch­ setzender Schlitz und in diesem Schlitz wenigstens ein Magnetfeldsensor vorgesehen.- In a current measurement method according to the invention, there is little least one section of the current-carrying conductor inserting slot and at least one in this slot Magnetic field sensor provided.

Das andere erfindungsgemäße Verfahren sieht in einem Abschnitt des stromführenden Leiters kammzinkenartige Stege aus Leitermaterial vor, die in Stromflussrichtung liegen, und beabstandet von diesen kammzinkenartigen Stegen ist ein Magnetfeldsensor angebracht.The other method according to the invention is in one Section of the current-carrying conductor comb-like webs of conductor material in the direction of current flow, and spaced from these comb-like webs is a Magnetic field sensor attached.

Bei beiden Verfahren wird mit der Erfassung der vom fließenden Strom verursachten Feldstärke einer Magnetfeldkom­ ponente im Schlitz des Leiters bzw. im Abstand von den kamm­ zinkenartigen Stegen durch den (die) Magnetfeldsensor(en) ein Ausgangssignal erzeugt, das die Stromstärke im strom­ durchflossenen Leiter angibt.In both methods, the registration of the flowing current caused field strength of a magnetic field comm component in the slot of the conductor or at a distance from the comb prong-like webs through the magnetic field sensor (s) Output signal that generates the current in the current flows through the conductor.

Die ausgewählten Stromleitergeometrien und Sensoranordnungen erlauben eine Stromsensierung, die von der Stromfrequenz nahezu unabhängig ist. Der Primärleiter kann als Runddraht, Flachleiter, auf oder in einer Leiterplatte als auch als Leiterbahn in Silicium und anderen Halbleitersubstraten vorliegen. Das Stromleitermaterial kann Kupfer, Aluminium oder jedes andere stromleitende Metall sowie auch Silicium, Galliumarsenid, Indiumarsenid und andere Halbleitermaterialien sein oder enthalten.The selected conductor geometries and sensor arrangements allow current sensing by the current frequency is almost independent. The primary conductor can be a round wire, Flat conductor, on or in a circuit board as well Conductor in silicon and other semiconductor substrates available. The conductor material can be copper, aluminum or any other current-conducting metal as well as silicon, Gallium arsenide, indium arsenide and others Be or contain semiconductor materials.

Die Stromleitergeometrie kann durch klassische Verfahren als auch durch Mikromechanik- oder Halbleitertechnologie realisiert werden. Im zweiten Fall ist auch eine Integration einer Auswerteschaltung möglich. Für die Magnetfeldmessung im stromdurchflossenen Leiter können Hallsensoren, LMT-, AMR-, GMR-, TMR-, CMR-Sensoren und auch magnetooptische Sensoren eingesetzt werden. Ferner ist eine Skalierung in der Geometrie und im Strompegel möglich. Die technologische Integration, hinsichtlich mechanischer, thermischer, elektrischer und magnetischer Modularität bringt Funktionsvorteile hinsichtlich Miniaturisierung, Kühlung, Kalibrierung, neuer Einbauplätze, Sicherheit, Selbstdiagnose, Abschirmung u. s. w. Die auf der Basis der erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagene modulare Strommeßvorrichtung ist systemoptimiert und hat eine höhere Genauigkeit als aus Einzelkomponenten zusammengebaute Meßvorrichtungen.The current conductor geometry can be considered by classic methods also through micromechanics or semiconductor technology will be realized. In the second case there is also an integration an evaluation circuit possible. For magnetic field measurement in current-carrying conductors can be Hall sensors, LMT, AMR, GMR, TMR, CMR sensors and also magneto-optical sensors be used. Furthermore, a scaling in the Geometry and current level possible. The technological Integration, in terms of mechanical, thermal, electrical and magnetic modularity Functional advantages in terms of miniaturization, cooling, Calibration, new installation locations, security, self-diagnosis, Shielding u. s. w. The on the basis of the invention Method proposed modular current measuring device is  system-optimized and has a higher accuracy than from Individual components assembled measuring devices.

Wenn, wie in einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, im Schlitz zwei Magnetfeldsensoren symmetrisch beabstandet zur Längsmittelachse des Schlitzes angebracht sind und die Stromstärke aus der Differenz der Ausgangssignale der beiden Magnetfeldsensoren ermittelt wird, können Störungen, die durch benachbarte stromführende Leiter im Messergebnis verursacht werden, durch die Differenzbildung augeschaltet werden. Selbst eine leichte seitliche mechanische Verschie­ bung des Sensorpaares würde das Differenzsignal nicht verän­ dern. Ein homogenes Störfeld ist durch die Differenzbildung im Signal nicht bemerkbar.If, as suggested in a preferred embodiment, two magnetic field sensors spaced symmetrically in the slot are attached to the longitudinal central axis of the slot and the Current from the difference in the output signals of the two Magnetic field sensors can detect interference that due to adjacent live conductors in the measurement result caused by the difference formation switched off become. Even a slight mechanical side shift Exercise of the pair of sensors would not change the difference signal countries. A homogeneous interference field is due to the difference not noticeable in the signal.

Nachstehend werden zwei alternative Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Strommessverfahrens und der darauf beruhenden Strommessvorrichtungen anhand der Zeichnung näher beschrieben.Two alternative embodiments of the current measuring method according to the invention and the thereon based current measuring devices based on the drawing described.

Zeichnungdrawing

Fig. 1 zeigt schematisch und perspektivisch einen Stromlei­ ter mit Schlitz in einem x,y,z-Koordinatensystem. Fig. 1 shows schematically and in perspective a Stromlei ter with slot in an x, y, z coordinate system.

Fig. 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Strommessvorrichtung, die zwei Magnetfeldsensoren in einem Schlitz eines Leiters aufweist. Fig. 2 shows diagrammatically a current sensing device according to the invention, which comprises two magnetic field sensors in a slot of a conductor.

Fig. 3 zeigt graphisch die Verteilung einer Magnetfeldkompo­ nente in z-Richtung innerhalb des Schlitzes bei Gleichstrom. Fig. 3 shows graphically the distribution of a magnetic field component in the z direction within the slot with direct current.

Fig. 4 zeigt graphisch die Feldverteilung einer Komponente des Magnetfelds in z-Richtung innerhalb des Schlitzes bei ei­ ner Stromfrequenz von 2 kHz. Fig. 4 shows graphically the field distribution of a component of the magnetic field in the z direction within the slot at a current frequency of 2 kHz.

Fig. 5 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung, bei der im Abschnitt eines Leiters mit kammzinkenartigen Stegen ein Magnetfeldsensor im Abstand von den Stegen angebracht ist. Fig. 5 shows a second embodiment schematically illustrates a current measuring device according to the invention, is attached in which, in a conductor having a comb-tooth-like webs, a magnetic field sensor spaced from the webs section.

Fig. 6 zeigt graphisch die Verteilung der Magnetfeldinduk­ tion in 2 mm Höhe über dem mit den kammzinkenartigen Stegen versehenen Leiterabschnitt gem. Fig. 5 in x-Richtung bei Gleichstrom, und Fig. 6 shows graphically the distribution of the magnetic field induction at a height of 2 mm above the conductor section provided with the comb-like webs acc. Fig. 5 in the x direction with direct current, and

Fig. 7 zeigt graphisch die Verteilung der Magnetfeldinduk­ tion in 2 mm Höhe über dem mit den kammzinkenartigen Stegen versehenen Leiterabschnitt gem. Fig. 5 in x-Richtung bei einer Stromfrequenz von 2 kHz. Fig. 7 shows graphically the distribution of the magnetic field induction at a height of 2 mm above the conductor section provided with the comb-like webs acc. Fig. 5 in the x direction at a current frequency of 2 kHz.

Ausführungsbeispieleembodiments

Ein stromdurchflossener Leiter in einer bestimmten Form und Geometrie erzeugt eine eindeutige Magnetfeldverteilung. An einem Meßpunkt außerhalb des Leiters ist die magnetische Feldstärke proportional zur Stromstärke. Diese lineare Abhän­ gigkeit gilt allerdings nur bei Gleichstrom. Fließt dagegen Wechselstrom durch den Leiter, so verändert sich die Strom­ verteilung innerhalb des Leiters abhängig von der Frequenz. Durch den Skin-Effekt wird der Strom an die Leiteroberfläche verdrängt. Diese Verdrängung ist umso größer, je höher die Stromfrequenz ist. Die Änderung der Stromverteilung (der Gesamtstrom bleibt derselbe) hat als Konsequenz, dass sich auch die magnetische Feldstärke in einem Messpunkt außerhalb des Leiters mit der Frequenz verändert. Damit ist die Feldstärke im Messpunkt nicht nur von der Stromstärke, sondern auch von der Frequenz abhängig.A current-carrying conductor in a certain shape and Geometry creates a unique magnetic field distribution. On A measuring point outside the conductor is the magnetic one Field strength proportional to the current. This linear depend However, only applies to direct current. Flows against it Alternating current through the conductor, so the current changes distribution within the conductor depending on the frequency. The skin effect causes the current to reach the conductor surface repressed. The higher the displacement, the greater it is Current frequency is. The change in current distribution (the Overall current remains the same) has the consequence that also the magnetic field strength at a measuring point outside of the conductor changed with frequency. So that's it Field strength at the measuring point not only from the current strength, but also depends on the frequency.

Allerdings gibt es, wie schon erwähnt, bei zylindrischen Leitern mit Hilfe eines um den Leiter gelegten ringförmigen Kerns aus weichmagnetischem Material, der einen Luftspalt aufweist, eine relativ frequenzunabhängige Strommessung. Diese Lösung benötigt aber einen großen Bauraum. However, as already mentioned, there are cylindrical ones Conductors with the help of an annular ring placed around the conductor Core made of soft magnetic material, which has an air gap has a relatively frequency-independent current measurement. However, this solution requires a large installation space.  

Die Erfinder haben die Verteilung der Feldstärke eines durch einen in einem Leiter fließenden Strom verursachten Magnetfelds in einem in einem Leiter 10 eingebrachten Schlitz 11 untersucht (Fig. 1). Zur quantitativen Erfassung der relevanten Größen ist in der Darstellung gemäß Fig. 1 ein x,y,z-Koordinatensystem eingeführt, eine Mittellinie des Schlitzes 11 in y-Richtung ist mit M bezeichnet und die Stromflußrichtung im Leiter 10 ist die y-Richtung.The inventors have investigated the distribution of the field strength of a magnetic field caused by a current flowing in a conductor in a slot 11 made in a conductor 10 ( FIG. 1). For quantitative detection of the relevant variables in the representation of FIG. 1, an x, y, z coordinate system introduced denotes a center line of the slit 11 in the y-direction is M and the direction of current flow in the conductor 10, the y-direction.

Die Fig. 3 und 4 zeigen jeweils mit den Kurven g(0) und g(2) die Magnetfeldverteilung der Komponente Bz (in z- Richtung) im Schlitz 11 jeweils bei der Stromstärke 7S0 A und der Frequenz 0 kHz und bei 750 A und der Frequenz 3 kHz. In Abszissenrichtung ist der Abstand im Schlitz in x-Richtung und in Ordinatenrichtung die Komponente Bz des magnetischen Feldes in z-Richtung aufgetragen. FIGS. 3 and 4 respectively show the curves g (0) and g (2) the magnetic field distribution of the component Bz (in the z direction) in the slot 11 in each case at the current 7 S0 A and the frequency of 0 kHz and at 750 A and the frequency 3 kHz. The distance in the slit in the x direction and in the ordinate direction the component Bz of the magnetic field in the z direction is plotted in the abscissa direction.

Die beiden Graphen g(0) und g(2) zeigen, daß die Stärke der in z-Richtung gerichteten Magnetfeldkomponente Bz entlang der in y-Richtung liegenden Mittellinie M des Schlitzes 11 (bei gegebenem Abstand im Schlitz in x-Richtung) bei unterschiedlichen Frequenzen gleich sind, obwohl die Stromdichteverteilungen unterschiedlich sind, d. h. daß die Magnetfeldverteilung im Schlitz 11 entlang der Mittellinie M des Schlitzes nahezu unabhängig von der Frequenz ist.The two graphs g (0) and g ( 2 ) show that the strength of the magnetic field component Bz directed in the z direction along the center line M of the slot 11 lying in the y direction (given the distance in the slot in the x direction) at different Frequencies are the same, although the current density distributions are different, ie the magnetic field distribution in the slot 11 along the center line M of the slot is almost independent of the frequency.

Daraus läßt sich folgern, daß es mindestens eine bevorzugte Anordnung für die Form des Stromleiterabschnitts 10 und der Schlitzes 11 und mindestens eine Ebene im Schlitz 11 gibt, deren strombedingte Magnetfeldverteilung frequenzunabhängig ist. In den Schlitz 11 können Sensoren eingefügt werden, die das magnetische Feld messen. Die Leitergeometrie und -form, die Anzahl der Sensoren, der Typ der Sensoren und die gewählte Sensoranordnung sind von Systemanforderungen bestimmt. From this it can be concluded that there is at least one preferred arrangement for the shape of the current conductor section 10 and the slot 11 and at least one plane in the slot 11 , the current-related magnetic field distribution of which is frequency-independent. Sensors which measure the magnetic field can be inserted into the slot 11 . The conductor geometry and shape, the number of sensors, the type of sensors and the selected sensor arrangement are determined by system requirements.

Grundsätzlich läßt sich mit einem von der Mittellinie M des Schlitzes 11 in x-Richtung beabstandeten Sensor der Strom im Leiter messen. Dabei würden allerdings durch benachbarte stromführende Leiter verursachte Fremdfelder die Messung stören.Basically, the current in the conductor can be measured with a sensor spaced from the center line M of the slot 11 in the x direction. However, external fields caused by adjacent live conductors would interfere with the measurement.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung weist zwei Magnet­ feldsensoren 15 und 16 auf, die symmetrisch zur in y-Richtung laufenden Mittellinie M beabstandet sind. Aus den Ausgangssignalen der beiden Magnetfeldsensoren 15 und 16 lässt sich ein Differenzsignal bilden, das der zu ermittelnden Stromstärke entspricht, unabhängig von der Stromfrequenz und unempfindlich gegen homogene Störfelder ist.The embodiment shown in FIG. 2 of the current measuring device according to the invention has two magnetic field sensors 15 and 16 which are spaced symmetrically to the center line M running in the y direction. A differential signal can be formed from the output signals of the two magnetic field sensors 15 and 16 , which corresponds to the current intensity to be determined, regardless of the current frequency and is insensitive to homogeneous interference fields.

Bevorzugt sind die beiden Magnetfeldsensoren 15 und 16 Hallsensoren. Die zu messende Magnetfeldkomponente Bz steht senkrecht zur Chipfläche der Hallsensoren. Selbst eine leichte seitliche mechanische Verschiebung des Sensorpaares würde das Differenzsignal der Sensoren 15, 16 nicht verändern. Die möglichen eingesetzten Sensoren können LMT-, AMR-, GMR-, TMR-, CMR- und magnetooptische Sensoren je nach den Systemerfordernissen sein.The two magnetic field sensors 15 and 16 are preferably Hall sensors. The magnetic field component Bz to be measured is perpendicular to the chip area of the Hall sensors. Even a slight lateral mechanical displacement of the pair of sensors would not change the difference signal of the sensors 15 , 16 . The possible sensors used can be LMT, AMR, GMR, TMR, CMR and magneto-optical sensors depending on the system requirements.

Fig. 5 zeigt perspektivisch ein zweites alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung, bei dem im Abstand über (unter) einem mit parallelen kammzinkenartigen Stegen 21, 22, 23 versehenen Abschnitt 20 eines Leiters ein in x-Richtung gegenüber der in y-Richtung (Stromflußrichtung) liegenden Mittellinie M des Abschnitts 20 versetzter Magnetfeldsensor vorgesehen ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein AMR/GMR-Sensor über oder unter dem Leiterabschnitt 20 einsetzbar. Die zu messende Magnetfeldkomponente (in x-Richtung) liegt parallel zur Chipfläche eines derartigen AMR/GMR-Sensors. Die Montage ist unkritisch. Störfelder werden miterfaßt, und somit ist eine Abschirmung der in Fig. 5 gezeigten Strommessvorrichtung in dem Leiterabschnitt 20 sinnvoll. Fig. 5 shows a perspective view of a second alternative embodiment of a current measuring device according to the invention, in which at a distance above (below) a portion 20 provided with parallel comb-tooth-like webs 21, 22, 23 of a conductor into the x direction with respect to the y-direction (direction of current flow) lying center line M of section 20 offset magnetic field sensor is provided. In this exemplary embodiment, an AMR / GMR sensor can be used above or below the conductor section 20 . The magnetic field component to be measured (in the x direction) is parallel to the chip area of such an AMR / GMR sensor. The assembly is not critical. Interference fields are also detected, and it is therefore useful to shield the current measuring device shown in FIG. 5 in the conductor section 20 .

Die Fig. 6 und 7 zeigen graphisch die Magnetfeldverteilung über dem mit den parallelen kammzinkenartigen Stegen versehenen Leiterabschnitt 20 bei einer Stromstärke von 750 A jeweils bei einer Stromfrequenz von 0 kHz und einer Stromfrequenz von 2 kHz, wobei für die Höhe des Sensors 50 über der Ebene des Leiterabschnitts 20 (z-Richtung) 2 mm gewählt sind. Die beiden Graphen g(0) und g(2) zeigen, daß es eine Anordnung des Sensors 15 gibt, bei der die Feldverteilung des Magnetfelds in x-Richtung weitgehend frequenzunabhängig ist. FIGS. 6 and 7 show graphically the magnetic field distribution on the provided with the parallel comb-tooth-like webs conductor portion 20 at a current of 750 A respectively at a current frequency of 0 kHz and a power frequency of 2 kHz, for the height of the sensor 50 above the plane of the conductor section 20 (z direction) 2 mm are selected. The two graphs g (0) and g ( 2 ) show that there is an arrangement of the sensor 15 in which the field distribution of the magnetic field in the x-direction is largely independent of frequency.

Nach dem oben gesagten, gelten für das in Fig. 5 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung im wesentlichen dieselben Vorteile wie für die erfindungsgemäße Strommessvorrichtung gemäß Fig. 2, wobei in beiden Ausführungsformen eine potentialfreie Sensierung des im Leiter fließenden Stroms unabhängig von der Stromfrequenz möglich ist.According to the above, essentially the same advantages apply to the second exemplary embodiment of the current measuring device according to the invention as shown in FIG. 5 as for the current measuring device according to the invention according to FIG. 2, wherein in both embodiments a potential-free sensing of the current flowing in the conductor is possible regardless of the current frequency ,

Für die bevorzugte Anwendung im Fahrzeug bzw. Kraftfahrzeug ist es von Vorteil, daß sich die oben gezeigten Resultate auch auf andere Formen und Geometrien erweitern lassen. Rechnungen der Erfinder haben gezeigt, daß bei einer Reduzierung der Geometrie um einen beliebigen Faktor die Aussagen ihre Gültigkeit bewahren. Selbst eine Formänderung der Schlitzschenkel oder kammzinkenartigen Stege von rechteckigem, quadratischem, zylindrischen Querschnitt würde das erfindungsgemäße Messprinzip nicht verändern.For the preferred application in the vehicle or motor vehicle it is advantageous that the results shown above can also be extended to other shapes and geometries. Calculations by the inventors have shown that in one Reduction of the geometry by any factor Statements retain their validity. Even a change in shape the slotted leg or comb-like webs of rectangular, square, cylindrical cross section do not change the measuring principle according to the invention.

Claims (12)

1. Verfahren zur Messung der Stärke eines durch einen Leiter (1) fließenden elektrischen Stroms, bei dem eine Komponente eines von diesem Strom erzeugten Magnetfelds erfaßt und daraus die Stromstärke ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur frequenzunabhängigen Stromstärkemessung folgende Schritte ausgeführt werden:
  • 1. Vorsehen wenigstens eines Schlitzes (11) in einem Abschnitt (10) des Leiters (1);
  • 2. Anbringen wenigstens eines von einer in Stromflußrich­ tung liegenden Längsmittelachse (M) des Schlitzes (11) beabstandeten Magnetfeldsensors (15, 16) innerhalb des Schlitzes (11);
  • 3. Erfassen der vom fließenden Strom im Leiter verursachten Feldstärke einer Magnetfeldkomponente (Bz) innerhalb des Schlitzes (11) und Erzeugen eines entsprechenden Ausgangssignals durch den Magnetfeldsensor (15, 16); und
  • 4. Ermitteln der Stromstärke im Leiter (I) aufgrund des vom Magnetfeldsensor (15, 16) erzeugten Ausgangssignals.
1. A method for measuring the strength of an electrical current flowing through a conductor ( 1 ), in which a component of a magnetic field generated by this current is detected and the current strength is determined therefrom, characterized in that the following steps are carried out for frequency-independent current strength measurement:
  • 1. Providing at least one slot ( 11 ) in a section ( 10 ) of the conductor ( 1 );
  • 2. Attaching at least one of a in the Stromflußrich direction lying longitudinal center axis (M) of the slot ( 11 ) spaced magnetic field sensors ( 15 , 16 ) within the slot ( 11 );
  • 3. Detecting the field strength of a magnetic field component (Bz) caused by the flowing current in the conductor within the slot ( 11 ) and generating a corresponding output signal by the magnetic field sensor ( 15 , 16 ); and
  • 4. Determine the current strength in the conductor (I) based on the output signal generated by the magnetic field sensor ( 15 , 16 ).
2. Strommessverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt A1) der Schlitz (11) so angeordnet wird, dass er den Querschnitt des Leiterabschnitts (10) quer zur Längsmittelachse (M) ganz durchsetzt und symmetrisch zur in Stromflußrichtung (y) definierten Längsmittelachse (M) des Schlitzes (11) liegt.2. Current measuring method according to claim 1, characterized in that in step A1) the slot ( 11 ) is arranged such that it completely passes through the cross section of the conductor section ( 10 ) transverse to the longitudinal central axis (M) and is symmetrical to the current flow direction (y) Longitudinal central axis (M) of the slot ( 11 ). 3. Strommessverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt B1) zwei Magnetfeldsensoren (15, 16) symmetrisch beabstandet zur Längsmittelachse (M) des Schlitzes (11) angebracht werden und dass ein die Stromstärke angebendes Signal in Schritt D1) aus der Differenz der Ausgangssignale beider Magnetfeldsensoren (15, 16) ermittelt wird.3. Current measuring method according to claim 1 or 2, characterized in that in step B1) two magnetic field sensors ( 15 , 16 ) are symmetrically spaced from the longitudinal central axis (M) of the slot ( 11 ) and that a signal indicating the current strength in step D1) the difference between the output signals of the two magnetic field sensors ( 15 , 16 ) is determined. 4. Verfahren zur Messung der Stärke eines durch einen Leiter (1) fließenden elektrischen Stroms, bei dem eine Komponente (Bx)eines von diesem Strom erzeugten Magnetfelds erfaßt und daraus die Stromstärke ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur freguenzunabhängigen Stromstärke­ messung folgende Schritte ausgeführt werden:
  • 1. Vorsehen eines Leiterabschnitts (20) mit in Stromflußrichtung (y-Richtung) laufenden kammzinkenartigen parallelen Stegen (21, 22, 23) aus Leitermaterial;
  • 2. Anbringen wenigstens eines von diesem Leiterabschnitt (20) beabstandeten Magnetfeldsensors (15), der ein AMR-, GMR­ ode LMT-Sensor sein kann, oberhalb oder unterhalb des die kammzinkenartigen Stege (21, 22) aufweisenden Leiterab­ schnitts (20);
  • 3. Erfassen der vom fließenden Strom verursachten Feld­ stärke einer Magnetfeldkomponente oberhalb (unterhalb) der kammzinkenartigen Stege (21, 22, 23) und Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals durch den Magnetfeldsensor (15), und
  • 4. Ermitteln der Stromstärke im Leiter (1) aufgrund des vom Magnetfeldsensor (15) erzeugten Ausgangssignals.
4. A method for measuring the strength of an electrical current flowing through a conductor ( 1 ), in which a component (Bx) of a magnetic field generated by this current is detected and the current strength is determined therefrom, characterized in that the following steps are carried out for the frequency-independent current strength measurement become:
  • 1. Providing a conductor section ( 20 ) with parallel prong-like webs ( 21 , 22 , 23 ) made of conductor material running in the current flow direction (y direction);
  • 2. Attaching at least one of this conductor section ( 20 ) spaced magnetic field sensor ( 15 ), which can be an AMR, GMR or LMT sensor, above or below the section ( 20 , 22 ) having comb-like webs ( 21 , 22 );
  • 3. Detecting the field caused by the flowing current strength of a magnetic field component above (below) the comb-like webs ( 21 , 22 , 23 ) and generating a corresponding output signal by the magnetic field sensor ( 15 ), and
  • 4. Determine the current strength in the conductor ( 1 ) based on the output signal generated by the magnetic field sensor ( 15 ).
5. Strommeßverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (15) etwa in einer bezogen auf die in Stromflussrichtung (y) gemessene Länge des Leiterab­ schnitts (20) mittleren Position liegt.5. Current measuring method according to claim 4, characterized in that the magnetic field sensor ( 15 ) is approximately in a position relative to the measured in the current flow direction (y) length of the conductor section ( 20 ) middle position. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterab­ schnitt (10; 20) und der oder die Magnetfeldsenor(en) (15, 16) modulartig als Messeinheit gestaltet sind. 6. Device for performing the method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Leiterab section ( 10 ; 20 ) and the or the magnetic field sensor (s) ( 15 , 16 ) are designed in a modular manner as a measuring unit. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Magnetfeldsensor(en) (15, 16) wenigstens einen Hallsensor aufweisen.7. The device according to claim 6, characterized in that the or the magnetic field sensor (s) ( 15 , 16 ) have at least one Hall sensor. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter­ abschnitt (20) und der Magnetfeldsenor (15) modulartig als Messeinheit gestaltet und gegen äußere Magnetfelder abgeschirmt sind.8. Device for performing the method according to one of claims 4 or 5, characterized in that the conductor section ( 20 ) and the magnetic field sensor ( 15 ) are designed in a modular manner as a measuring unit and are shielded against external magnetic fields. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (15) ein AMR-Sensor ist.9. The device according to claim 8, characterized in that the magnetic field sensor ( 15 ) is an AMR sensor. 10. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Stromstärke aus dem Ausgangssignal bzw. den Ausgangssignalen der Magnetfeldsensoren ermittelnde Auswerteschaltung in der Meßeinheit integriert sind.10. The device according to claim 6 or 8, characterized characterized that a the amperage from the Output signal or the output signals of the Evaluation circuit determining magnetic field sensors in the Measuring unit are integrated. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterabschnitt (20) und der Schlitz (11) oder die kammzinkenartigen Stege in ihrer Geometrie und im Strommessbereich skalierbar sind, und daß ein Strommessbereich von typisch 1 A bis 1500 A realisierbar ist.11. The device according to one of claims 6 to 10, characterized in that the conductor section ( 20 ) and the slot ( 11 ) or the comb-like webs are scalable in their geometry and in the current measuring range, and that a current measuring range of typically 1 A to 1500 A is feasible. 12. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für die Stromstärkemessung in in Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, geführten Leitern.12. Use of the method according to one of claims 1 to 5 for current measurement in vehicles, in particular Motor vehicles, guided ladders.
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