EP4551951A1 - Strommesseinrichtung einer elektrischen maschine - Google Patents

Strommesseinrichtung einer elektrischen maschine

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Publication number
EP4551951A1
EP4551951A1 EP23787021.7A EP23787021A EP4551951A1 EP 4551951 A1 EP4551951 A1 EP 4551951A1 EP 23787021 A EP23787021 A EP 23787021A EP 4551951 A1 EP4551951 A1 EP 4551951A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
measuring device
sensor
current measuring
flux
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23787021.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Centner
Enrico Teichert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Innomotics GmbH
Original Assignee
Innomotics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Innomotics GmbH filed Critical Innomotics GmbH
Publication of EP4551951A1 publication Critical patent/EP4551951A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • 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
    • G01R15/202—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 using Hall-effect devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation

Definitions

  • the invention relates to a current measuring device of an electrical machine or a method for measuring current for an electrical machine.
  • its operating parameters and/or test parameters can be measured. Examples of such parameters are a current or a voltage.
  • Such measured values i.e. an actual current or an actual voltage, can be used for regulating, controlling and/or monitoring the electrical machine.
  • Monitoring the electrical machine can also be referred to as condition monitoring.
  • the electrical machine is, for example, a motor or a generator.
  • the electrical machine can be a synchronous machine or an asynchronous machine. If such electrical machines have a high output in the megawatt (MW) range, this also results in high electrical currents and electrical voltages.
  • MW megawatt
  • the current is used for condition monitoring purposes as well as for test field purposes measured on the rotor of synchronous machines and transmitted using slip ring transmitters or contactless telemetry systems. Since the excitation currents can reach sizes of >1000A, special measuring devices are required to measure them, which should be as cost-effective as possible. In addition to the specific problem of current measurement on the rotor, the problem also exists for stator currents that should be made accessible to a monitoring system. Shunts can be used to measure the excitation currents in synchronous machines. For a current range of > 1000A, these components are large and very expensive to produce individually. Current transformers can be used as an alternative to shunts, but these are also large and expensive.
  • a current measuring device for an electrical machine has a sensor.
  • the sensor is in particular a Hall sensor, also called a Hall effect sensor or Hall current sensor or Hall sensor. Hall sensors measure magnetic fields and thus indirectly the current via the flow law. Nevertheless, Hall sensors are often also referred to as current sensors. Hall current sensors can be used to measure direct and alternating currents, particularly in the range between 1000 A and 10000 A.
  • the current measuring device has a first flow-guiding element and a first spacing element.
  • the current measuring device thus has at least one flow guide element and at least one distancing element. 202009557 3 element on.
  • the first distancing element distances end regions of the first flux-guiding element or the first distancing element distances the first flux-guiding element from a second flux-guiding element.
  • the first distancing element distances end regions of the first flow guide element.
  • the first distancing element distances the first flux-guiding element from the second flux-guiding element.
  • the current can be measured using a Hall effect sensor (Hall sensor) for measuring a magnetic field, which can be caused by a conductor through which current flows.
  • the sensor is in particular integrated in a chip.
  • the sensor is therefore in particular an integrated component.
  • the measurement is carried out particularly at the chip level.
  • the sensor must be arranged in a suitable manner in the distance element.
  • the magnetic field penetrates the sensor, and materials can also be used to conduct the magnetic field in the immediate vicinity of the chip.
  • the structure is based on measuring the magnetic field surrounding the current-carrying conductor. Since the Hall sensor has a specific field direction and maximum field strength that can be evaluated, the structure can be designed in such a way that the field strength can be easily adjusted and, secondly, there is a relatively homogeneous field profile in the area of the sensor, in particular in order to be insensitive to tolerances be. 202009557 4
  • its structure is potential-free and includes, in particular, digital signal processing, which enables the sensor signal to be transmitted over large distances with little or no interference.
  • at least one flux guide element surrounds a current conductor together with at least one spacing element. This can also result in at least one air gap.
  • At least one flow guide element and/or at least one distancing element is replaceable.
  • its adaptation to different currents or field strengths takes place through a variable use, ie an exchange, of one or more distancing elements and/or one or more flow guiding elements.
  • Distance elements can be viewed as variable intermediate pieces between flow control elements.
  • the flow guide elements can be implemented, for example, using an electrical sheet or several layered electrical sheets. This results in a baffle structure.
  • flow guide elements are made of a material with a particularly narrow hysteresis loop, such as mu-metal.
  • the flux-conducting element or elements are geometrically shaped, particularly in an area that surrounds an electrical conductor, such that their geometric shape follows the magnetic field lines around the electrical conductor. 202009557 5 In other words, the field ultimately follows the magnetic conductor.
  • a sensor carrier with the sensor is used with geometrically different flow guide elements and/or with geometrically different spacing elements which are exchanged.
  • the sensor carrier is, for example, an electronic board or a carrier for an electronic board on which the sensor is located.
  • the current measuring device has at least one connecting element which connects the spacing element to the flux guide element, the connecting element in particular having a non-magnetic material.
  • the connecting element is, for example, a clamping device, a cable tie, a screw, etc.
  • the material that can be used, for example, is copper or a plastic.
  • the sensor is arranged in a distancing area.
  • the sensor and/or the sensor carrier can be held by or positioned in a distancing element.
  • the sensor is arranged in a region of homogeneous magnetic field lines. This enables improved measurement accuracy.
  • the senor is arranged at a minimum distance from a conductor (electrical conductor). This means that the sensor can be better positioned in an area in which the magnetic field is homogeneous. 202009557 6
  • at least one flux guide element is designed to be laminated. In this way, eddy currents and eddy current losses can be reduced.
  • it has a radio device for wireless transmission of the measurement signals detected by the sensor.
  • a current measuring device according to one of the described embodiments is used. In one embodiment of the method, a rotor current or a stator current of an electrical machine is measured.
  • the same sensor can be used in different electrical machines with different outputs.
  • at least one distancing element is replaced in order to measure different currents, in particular different maximum currents.
  • a current measuring device can be used flexibly. By varying the current measuring device, the costs can be kept comparatively low compared to a shunt. Furthermore, a comparatively very compact structure can result.
  • Another advantage of the current measuring device can result from a non-intrusive type of installation (the circuit does not have to be opened).
  • Another advantage of the current measuring device can arise from its potential potential-free design. The absence of potential can be important, especially with high currents or voltages.
  • FIG. 1 an electrical machine
  • FIG. 2 a current measuring device
  • FIG. 3 to FIG. 8 further current measuring devices.
  • 1 shows an electrical machine 1 with a stator 2 and a rotor 3.
  • the electrical machine 1 has an electrical connection with electrical conductors (conductors) 5, 5', 5''.
  • a current measuring device 4 is provided to measure an electrical current (current) in the conductor 5.
  • the illustration according to Figure 2 shows a current measuring device 4 for an electrical current conductor (electrical conductor) 5.
  • the electrical conductor 5 in Figure 2 has a round cross section.
  • a current flow through the electrical conductor 5 is represented by a symbol 15. This symbol 15 has a circle and a cross located in this circle.
  • the illustration according to Figure 3 shows a current measuring device 4 for an electrical current conductor 5.
  • the electrical conductor 5 in Figure 3 also has a round cross section.
  • a current flow through the electrical conductor 5 is represented in Figure 3 by a symbol 15'.
  • This symbol 15' has a circle and a point located in this circle.
  • the dot and the cross indicate different current directions.
  • the conductor 5 has insulation 8 with a thickness 16.
  • the electrical conductor 5 and the insulation 8 result in a cable 27 whose cross section is shown.
  • the distancing element 11 is directly adjacent to the insulation 8 of the conductor 5.
  • the sensor 6 has a first distance 17 from the cable 27.
  • the sensor 6 has a second distance 18 from the electrical conductor 5.
  • the distances 17, 18 are so large that the sensor 6 lies in an area with parallel magnetic field lines. This must be ensured in particular for different current intensities.
  • the illustration according to Figure 4 shows a current measuring device 4 for an electrical current conductor (electrical conductors) 5.
  • the electrical conductor 5 in Figure 4 has a rectangular cross section.
  • the first flux guiding element 9 has end regions 19 and 19''.
  • the second flow guide element 10 has end regions 19' and 19''.
  • the first flux guiding element 9 is spaced apart from the second flux guiding element 10 in the end regions 19 and 19' by the first spacing element 11.
  • first flux guide element 9 is spaced from the second flux guide element 10 in the end regions 19'' and 19''' by the second spacing element 12.
  • the sensor 6 is located on the circuit board 7 in the first distancing element 11.
  • the first distancing element 11 results in a first distancing region 26 with a distance 25 between the end regions 19 and 19'.
  • the second distancing element 12 results in a second distancing region 26'' with a distance of 25' from the end regions 19'' and 19'''.
  • the first distancing element 11 is connected to the first flow-guiding element 9 and the second flow-guiding element 10 in the distancing region 26 by a connecting element 24.
  • the first distancing element 11 is connected to the first flow-guiding element 9 and the second flow-guiding element 10 in the distancing region 26' by a connecting element 24'.
  • the flux guide elements 9, 10 have magnetic guide areas 21, 21'. In the guide area, the respective flow guide element has an arc shape or circular shape.
  • the illustration according to Figure 5 shows a current measuring device 4 for an electrical current conductor 5.
  • the flux guide elements 9, 10 are made of sheet metal, with two sheets 22, 22', 23, 23' being shown per flux guide element 9, 10 according to Figure 5. In this way, eddy current losses can be reduced.
  • the illustration according to Figure 6 shows a current measuring device 4 for an electrical current conductor 5.
  • the electrical conductor 5 in Figure 6 has a rectangular cross section with insulation 8.
  • the illustration according to Figure 7 shows a current measuring device 4 for an electrical current conductor 5.
  • the electrical Conductor 5 in Figure 7 is from the distancing elements 11, 12 202009557 10 spaced apart by spacer elements 13,14.
  • the current conductor 5 is positioned in the current measuring device 4 by a first spacer element 13 and a second spacer element 14, both of which are insulators.
  • 8 shows a current measuring device 4 for an electrical current conductor 5.
  • the distancing elements 12, 13 have notches 30, 31, 32 and 33 into which the flow guide elements 9, 10 protrude.
  • the notches border on the position of the sensor 6.
  • the sensor 6 in FIG. 8 has a different geometry than the sensors 6 in FIGS. 2 to 7. This shows that sensors with different geometries can be used.
  • the position of the sensor must be selected or rotated in such a way that a successful measurement can be carried out. Different sensors must therefore be rotated (e.g. by 90 degrees) in order to achieve a suitable measurement.
  • the sensor must be oriented according to the magnetic field direction in the measuring environment and in the sensor.

Landscapes

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Abstract

Beschrieben ist eine Strommesseinrichtung (4) für eine elektrische Maschine, mit einem Sensor (6), mit einem ersten Flussleitelement (9) und mit einem ersten Distanzierungselement (11), wobei das erste Distanzierungselement (11) Endbereiche des ersten Flussleitelementes (9) distanziert oder wobei das erste Distanzierungselement (11) das erste Flussleitelement (9) von einem zweiten Flussleitelement (10) distanziert. Bei einem Verfahren zur Messung eines Stromes einer elektrischen Maschine (1) wird eine beschriebene Strommesseinrichtung (4) verwendet.

Description

202009557 1 Beschreibung Strommesseinrichtung einer elektrischen Maschine Die Erfindung betrifft eine Strommesseinrichtung einer elektrischen Maschine bzw. ein Verfahren zur Strommessung für eine elektrische Maschine. Bei einer elektrischen Maschine können deren Betriebsparame- ter und/oder Testparameter gemessen werden. Beispiele für derartige Parameter sind ein Strom bzw. eine Spannung. Derar- tige Messwerte, also ein Ist-Strom bzw. eine Ist-Spannung können für die Regelung, Steuerung und/oder Überwachung der elektrischen Maschine verwendet werden. Die Überwachung der elektrischen Maschine kann auch als Condition-Monitoring be- zeichnet werden. Die elektrische Maschine ist beispielsweise ein Motor oder ein Generator. Die elektrische Maschine kann eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine sein. Wei- sen derartige elektrische Maschinen eine hohe Leistung im Be- reich von Megawatt (MW) auf, so ergeben sich daraus entspre- chend auch hohe elektrische Ströme und elektrische Spannun- gen. Beispielsweise wird zu Zwecken des Condition Monitoring als auch für Prüffeldzwecke der Strom auf dem Rotor von Syn- chronmaschinen gemessen und mit Hilfe von Schleifringübertra- gern oder kontaktlosen Telemetriesystemen übertragen. Da die Erregerströme Größenordnungen von >1000A annehmen können, sind spezielle Messgeräte zu deren Messung erforderlich, die möglichst kostengünstig sein sollen. Neben dem speziellen Problem der Strommessung auf dem Rotor besteht das Problem auch für Statorströme, die einem Monitoring-System zugänglich gemacht werden sollen. Zur Messung der Erregerströme bei Syn- chronmaschinen können Shunts verwendet werden. Diese Bauteile sind für einen betrachteten Strombereich von > 1000A große und in der Einzelfertigung sehr teure Bauteile. Stromwandler können alternativ zum Shunt eingesetzt werden, allerdings sind auch diese groß und teuer. Außerdem wird für rotierende Anwendungen, wie bei einem Rotor einer elektrischen Maschine, ein robuster, fliehkraftgeeigneter Aufbau verlangt. 202009557 2 Bei Gleichstrom kommen Stromwandler bzw. Rogowski-Spulen nicht in Frage, da diese nicht für Gleichströme geeignet sind. Spezielle LEM-Stromwandler, die für Gleichströme brauchbar sind, sind für den angestrebten Messbereich schwer zu beschaffen und ebenfalls sehr teuer. Die Messung über Shunts hat überdies den Nachteil, nicht potentialfrei zu sein. Die Strommessung für AC-Ständerströme kann über potential- freie Stromwandler erfolgen, da dort mit Spannungen von bis zu mehreren kV operiert wird. Stromwandler beanspruchen einen gewissen Bauraum und sind auch relativ teure Bauelemente. Es ist beispielsweise in der Regel auch nicht möglich, sich in bestehende Schutz- oder Messkreise mit einem Monitoring- System zusätzlich einzuklinken. Extra Wandler stellen dann einen nicht zu vernachlässigenden Kostenpunkt dar. Eine Aufgabe der Erfindung ist es eine einfach Strommessein- richtung für eine elektrische Maschine anzugeben. Eine weite- re Aufgabe der Erfindung ist es ein einfaches Verfahren zur Strommessung für eine elektrische Maschine anzugeben. Eine Lösung der Aufgabe ergibt sich nach Anspruch 1 bzw. nach Anspruch 9. Ausgestaltungen ergeben sich beispielsweise nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 8 und 10. Eine Strommesseinrichtung für eine elektrische Maschine weist einen Sensor auf. Der Sensor ist insbesondere ein Hallsensor, auch Hall-Effekt-Sensor oder Hall-Stromsensor oder Hall- Sensor genannt. Hall-Sensoren messen Magnetfelder und damit über das Durchflutungsgesetz mittelbar den Strom. Dennoch werden Hall-Sensoren oft auch als Stromsenoren bezeichnet. Hall-Stromsensoren können zur Messung von Gleich- und Wech- selströmen dienen, wobei diese insbesondere im Bereich zwi- schen 1000 A und 10000 A liegen. Die Strommesseinrichtung weist ein erstes Flussleitelement und ein erstes Distanzie- rungselement auf. Damit weist die Strommesseinrichtung zumin- dest ein Flussleitelement und zumindest ein Distanzierungs- 202009557 3 element auf. Bei der Strommesseinrichtung distanziert das erste Distanzierungselement Endbereiche des ersten Flusslei- telementes oder das erste Distanzierungselement distanziert das erste Flussleitelement von einem zweiten Flussleitele- ment. In einer Ausgestaltung der Strommesseinrichtung distan- ziert also das erste Distanzierungselement Endbereiche des ersten Flussleitelementes. In einer weiteren Ausgestaltung der Strommesseinrichtung distanziert also das erste Distan- zierungselement das erste Flussleitelement vom zweiten Fluss- leitelement. Mit einem Hall-Effekt-Sensor (Hallsensor)zur Messung eines magnetischen Feldes, welches durch einen stromdurchflossenen Leiter hervorgerufen werden kann, kann eine Messung des Stro- mes (des elektrischen Stromes) erfolgen. Der Sensor ist ins- besondere in einem Chip integriert. Beim Sensor handelt es sich also insbesondere um ein integriertes Bauteil. Die Mes- sung erfolgt insbesondere in der Chip-Ebene. Hierzu gibt es verschiedene Sensoren, welche Magnetfelder in einer oder meh- reren Raumachsen messen können. Der Sensor ist im Distanzele- mente in geeigneter Weise anzuordnen. Das Magnetfeld durch- dringt den Sensor, wobei auch gezielt Materialien zur Leitung des Magnetfelds in unmittelbarer Nähe des Chips verwendet werden können. Durch die Verwendung von Flussleitelement und Distanzierungs- element ist praktisch eine Messung fast beliebig große Ströme mit einem Chip realisierbar. Es kann also ein Chip mit einem begrenzten Magnetfeld-Messbereich genutzt werden. In einer Ausgestaltung der Strommesseinrichtung beruht der Aufbau darauf, dass das den stromdurchflossenen Leiter umge- bende Magnetfeld gemessen wird. Da der Hallsensor eine be- stimmt Feldrichtung und maximal auswertbare Feldstärke auf- weist, kann der Aufbau so gestaltet sein, dass die Feldstärke leicht eingestellt werden kann und zweitens ein relativ homo- gener Feldverlauf im Bereich des Sensors vorliegt, um insbe- sondere toleranzunempfindlich zu sein. 202009557 4 In einer Ausgestaltung der Strommesseinrichtung ist deren Aufbau potentialfrei und beinhaltet insbesondere eine digita- le Signalverarbeitung, welche die Übertragung des Sensorsig- nals über größere Entfernungen störungsarm bzw. störungsfrei ermöglicht. In einer Ausgestaltung der Strommesseinrichtung umgibt zumin- dest ein Flussleitelement zusammen mit zumindest einem Dis- tanzierungselement einen Stromleiter umgibt. Dabei kann sich auch zumindest ein Luftspalt ergeben. Durch diese Anordnung kann das magnetische Feld eines stromdurchflossenen elektri- schen Leiters geführt werden. In einer Ausgestaltung der Strommesseinrichtung ist zumindest ein Flussleitelement und/oder zumindest ein Distanzierungs- element austauschbar ist. In einer Ausgestaltung der Strommesseinrichtung erfolgt deren Adaption an unterschiedliche Ströme bzw. Feldstärken durch einen variablen Einsatz, d.h. einen Austausch, eines oder mehrerer Distanzierungselemente und/oder eines oder mehrerer Flussleitelemente. Distanzierungselemente können als variable Zwischenstücke zwischen Flussleitelementen betrachtet werden. Die Flussleitelemente sind beispielsweise durch ein Elektrob- lech bzw. durch mehrere aufeinandergeschichteten Elektroble- chen realisierbar. Hieraus ergibt sich ein Leitblechaufbau. In einer Ausgestaltung der Strommesseinrichtung sind Fluss- leitelemente aus einem Material mit besonders schmaler Hyste- reseschleife, wie z.B. mu-Metall. So kann Einfluss auf die erreichbare Messgenauigkeit genommen werden (insbesondere ei- ne vorteilhafte Verbesserung der Messgenauigkeit). In einer Ausgestaltung der Strommesseinrichtung ist das Flussleitelement bzw. sind die Flussleitelemente insbesondere in einem Bereich, welcher einen elektrischen Leiter umgibt, derart geometrisch ausgeformt, dass deren geometrische Form den magnetischen Feldlinien um den elektrischen Leiter folgt. 202009557 5 Anders formuliert folgt letztlich das Feld dem magnetischen Leiter. In einer Ausgestaltung der Strommesseinrichtung ist ein Sen- sorträger mit dem Sensor bei geometrisch verschiedenen Fluss- leitelementen und oder bei geometrisch verschiedenen Distan- zierungselement welche zum Austausch kommen eingesetzt. Der Sensorträger ist beispielsweise eine Elektronikplatine oder ein Träger für eine Elektronikplatine, auf welcher sich der Sensor befindet. In einer Ausgestaltung der Strommesseinrichtung weist diese zumindest ein Verbindungselement auf, welches das Distanzie- rungselement mit dem Flussleitelement verbindet, wobei das Verbindungselement insbesondere ein nichtmagnetisches Materi- al aufweist. Das Verbindungselement ist beispielsweise eine Verspanneinrichtung, ein Kabelbinder, eine Schraube, etc. Als Material kann beispielsweise Kupfer oder ein Kunststoff ver- wendet werden. In einer Ausgestaltung der Strommesseinrichtung ist der Sen- sor in einem Distanzierungsbereich angeordnet. So kann der Sensor und/oder der Sensorträger beispielsweise von einem Distanzierungselement gehalten werden bzw. in diesem positio- niert werden. In einer Ausgestaltung der Strommesseinrichtung ist der Sen- sor in einem Bereich homogener Magnetfeldlinien angeordnet. Dies ermöglicht eine verbesserte Messgenauigkeit. In einer Ausgestaltung der Strommesseinrichtung ist der Sen- sor in einem Mindestabstand zu einem Leiter (elektrischer Leiter) angeordnet. Dadurch kann erreicht werden, dass der Sensor besser in einem Bereich positioniert werden kann, in dem das Magnetfeld homogen verläuft. 202009557 6 In einer Ausgestaltung der Strommesseinrichtung ist zumindest ein Flussleitelement geblecht ausgeführt. So können Wirbel- ströme bzw. Wirbelstromverluste reduziert werden. In einer Ausgestaltung der Strommesseinrichtung weist diese eine Funkeinrichtung zur kabellosen Übertragung der durch den Sensor erfassten Messignale auf. Bei einem Verfahren zur Messung eines Stromes einer elektri- schen Maschine wird eine Strommesseinrichtung nach einer der beschriebenen Ausgestaltungen verwendet. In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Rotorstrom oder ein Statorstrom einer elektrischen Maschine gemessen. Durch die Variabilität der Strommesseinrichtung kann der gleiche Sensor bei unterschiedlich elektrischen Maschinen mit unterschiedlichen Leistungen eingesetzt werden. In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Messung unter- schiedlicher Ströme, insbesondere unterschiedlicher maximaler Ströme, zumindest ein Distanzierungselement ausgetauscht. Da- mit kann ein Strommesseinrichtung flexibel eingesetzt werden. Durch eine Variabilität der Strommesseinrichtung können die Kosten, im Vergleich zu einem Shunt, vergleichsweise gering- gehalten werden. Weiterhin kann sich ein vergleichsweise sehr kompakter Aufbau ergeben. Ein weiterer Vorteil der Strommess- einrichtung kann sich durch eine nicht intrusive Art des Ein- baus ergeben (der Stromkreis muss nicht geöffnet werden). Ein weiterer Vorteil der Strommesseinrichtung kann sich durch de- ren möglichen potentialfreien Aufbau ergeben. Gerade bei hö- hen Strömen bzw. Spannungen kann die Potentialfreiheit von Bedeutung sein. Durch eine mögliche Verwendung eines inte- grierten Hall-Sensors in Kombination mit einem Mikrocontrol- ler (insbesondere einem günstigen Mikrokontroller) und/oder von einfachen Bauteilen (z.B.: Bleche für Flussleitelemente, 3D-gedruckte Kunststoffstrukturen für Distanzierungselemente 202009557 7 bzw. Messingschrauben) sind die Kosten sehr gering, der Auf- bau flexibel und robust. In einer Ausgestaltung der Strommesseinrichtung bzw. des Ver- fahrens können sich Möglichkeiten zu Einsparungen im Ver- gleich zum bisher verwendeten Shunt und weitere Sparpotenzia- le ergeben, wenn der Sensor auch für Strommessung in anderen Bereichen verwendet wird (z.B. Condition-Monitoring Systeme o.ä.). Die Merkmale der einzelnen beanspruchten bzw. beschriebenen Ausführungen sind ohne Weiteres miteinander kombinierbar. Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand von Figuren näher dargestellt und erläutert. Gleiche Bezugszeichen be- zeichnen dabei in den verschiedenen Figuren gleichartige Ele- mente. Die in den Figuren gezeigten Merkmale können fachmän- nisch zu neuen Ausführungsformen kombiniert werden, ohne die Erfindung zu verlassen. Es zeigen: FIG 1 eine elektrische Maschine, FIG 2 ein Strommesseinrichtung und FIG 3 bis FIG 8 weitere Strommesseinrichtung. Die Darstellung nach Figur 1 zeigt eine elektrische Maschine 1 mit einem Stator 2 und einem Rotor 3. Die elektrische Ma- schine 1 weist einen elektrischen Anschluss mit elektrischer Stromleiter (Leitern) 5, 5´, 5´´ auf. Zur Messung eines elektrischen Stroms (Stroms) in dem Leiter 5 ist eine Strom- messeinrichtung 4 vorgesehen. Die Darstellung nach Figur 2 zeigt eine Strommesseinrichtung 4 für einen elektrischen Stromleiter (elektrischer Leiter) 5. Der elektrische Leiter 5 in Figur 2 hat einen runden Quer- schnitt. Ein Stromdurchfluss durch den elektrischen Leiter 5 wird durch ein Symbol 15 dargestellt. Dieses Symbol 15 weist einen Kreis und ein in diesem Kreis befindliches Kreuz auf. Die Strommesseinrichtung 4 weist ein erstes Flussleitelement 9 auf, welches Endbereiche 19, 19´ und einen dazwischenlie- 202009557 8 genden magnetischen Leitbereich 21 aufweist. Der magnetische Leitbereich 21 des Flussleitelementes 9 führt das magnetische Feld entsprechend seines Verlaufes um einen Leiter. Die End- bereiche 19, 19´ dienen dazu das magnetische Feld in einem definierten Bereich zu homogenisieren bzw. zu parallelisie- ren. Dieser Bereich ist ein Distanzierungsbereich 26, welcher durch ein erstes Distanzierungselement 11 geschaffen ist. In diesem Bereich 26 können sich parallel verlaufende Magnet- feldlinien 20 ausbilden. In diesem Bereich, wo sich die pa- rallel verlaufenden Magnetfeldlinien 20 ausbilden können, ist ein Sensor 6 auf einer Platine 7 positioniert. Der Sensor 6 kann beispielsweise zusammen mit der Platine 7 in eine Aus- sparung des Distanzierungselementes 11 geschoben bzw. positi- oniert werden. Die Darstellung nach Figur 3 zeigt eine Strommesseinrichtung 4 für einen elektrischen Stromleiter 5. Auch der elektrische Leiter 5 in Figur 3 hat einen runden Querschnitt. Ein Strom- durchfluss durch den elektrischen Leiter 5 wird in Figur 3 durch ein Symbol 15´ dargestellt. Dieses Symbol 15´ weist ei- nen Kreis und einen in diesem Kreis befindlichen Punkt auf. Der Punkt und das Kreuz (siehe Figur 1) weisen in diesem Zu- sammenhang auf unterschiedliche Stromrichtungen hin. Nach Fi- gur 3 weist der Leiter 5 eine Isolierung 8 mit einer Dicke 16 auf. Der elektrische Leiter 5 und die Isolierung 8 ergeben ein Kabel 27 dessen Querschnitt dargestellt ist. Das Distan- zierungselement 11 grenzt unmittelbar an der Isolierung 8 des Leiters 5 an. Der Sensor 6 weist einen ersten Abstand 17 vom Kabel 27 auf. Der Sensor 6 weist einen zweiten Abstand 18 vom elektrischen Leiter 5 auf. Die Abstände 17, 18 sind so groß, dass der Sensor 6 in einem Bereich mit parallel verlaufenden magnetischen Feldlinien liegt. Dies ist insbesondere für ver- schiedene Stromstärken sicherzustellen. Die Darstellung nach Figur 4 zeigt eine Strommesseinrichtung 4 für einen elektrischen Stromleiter (elektrische Leiter) 5. Der elektrische Leiter 5 in Figur 4 hat einen rechteckigen Querschnitt. Gezeigt ist ferner ein erstes Flussleitelement 9 202009557 9 und ein zweites Flussleitelement 10. Das erste Flussleitele- ment 9 weist Endbereiche 19 und 19´´ auf. Das zweite Fluss- leitelement 10 weist Endbereiche 19´ und 19 ´´´ auf. Das ers- te Flussleitelement 9 ist vom zweiten Flussleitelement 10 in den Endbereichen 19 und 19´ durch das erste Distanzierungs- element 11 beabstandet. Ferner ist das erste Flussleitelement 9 vom zweiten Flussleitelement 10 in den Endbereichen 19´´ und 19´´´ durch das zweite Distanzierungselement 12 beab- standet. Im ersten Distanzierungselement 11 befindet sich der Sensor 6 auf der Platine 7. Durch das erste Distanzierungs- element 11 ergibt sich ein erster Distanzierungsbereich 26 mit einem Abstand 25 der Endbereiche 19 und 19´. Durch das zweite Distanzierungselement 12 ergibt sich ein zweiter Dis- tanzierungsbereich 26´´mit einem Abstand 25´der Endbereiche 19´´ und 19´´´. Durch ein Verbindungselement 24 wird das ers- te Distanzierungselement 11 mit dem ersten Flussleitelement 9 und dem zweiten Flussleitelement 10 im Distanzierungsbereich 26 verbunden. Durch ein Verbindungselement 24´ wird das erste Distanzierungselement 11 mit dem ersten Flussleitelement 9 und dem zweiten Flussleitelement 10 im Distanzierungsbereich 26´ verbunden. Die Flussleitelemente 9, 10 weisen magnetische Leitbereiche 21, 21´ auf. Im Leitbereich weist das jeweilige Flussleitelement eine Bogenform bzw. Kreisform auf. Die Darstellung nach Figur 5 zeigt eine Strommesseinrichtung 4 für einen elektrischen Stromleiter 5. Die Flussleitelemente 9,10 sind geblecht ausgeführt, wobei nach Figur 5 jeweils zwei Bleche 22,22´,23,23´ je Flussleitelement 9,10 gezeigt sind. So können Wirbelstromverluste reduziert werden. Die Darstellung nach Figur 6 zeigt eine Strommesseinrichtung 4 für einen elektrischen Stromleiter 5. Der elektrische Lei- ter 5 in Figur 6 hat einen rechteckigen Querschnitt mit einer Isolierung 8. Die Darstellung nach Figur 7 zeigt eine Strommesseinrichtung 4 für einen elektrischen Stromleiter 5. Der elektrische Lei- ter 5 in Figur 7 ist von den Distanzierungselementen 11, 12 202009557 10 durch Abstandselemente 13,14 beabstandet. Durch ein erstes Abstandselement 13 und ein zweites Abstandselement 14, welche beide Isolatoren sind, ist der Stromleiter 5 in der Strommes- seinrichtung 4 positioniert. Die Darstellung nach Figur 8 zeigt eine Strommesseinrichtung 4 für einen elektrischen Stromleiter 5. Die Distanzierungs- elemente 12, 13 weisen Einkerbungen 30, 31, 32 und 33 auf, in welche die Flussleitelemente 9, 10 ragen. Die Einkerbungen grenzen an der Position des Sensors 6 an. Der Sensor 6 in Fi- gur 8, weist eine zu den Sensoren 6 in den Figuren 2 bis 7 andere Geometrie auf. Dies zeigt, dass Sensoren unterschied- licher Geometrie zum Einsatz kommen können. Die Lageposition des Sensors ist derart zu wählen bzw. zu drehen, dass eine erfolgreiche Messung durchführbar ist. Unterschiedliche Sen- soren sind demnach beispielsweise zu drehen (z.B. um 90 Grad) um eine geeignete Messung zu erzielen. Der Sensor ist ent- sprechend der Magnetfeldrichtung in der Messumgebung und im Sensor zu orientieren.

Claims

202009557 11 Patentansprüche 1. Strommesseinrichtung (4) für eine elektrische Maschine, mit einem Sensor (6), mit einem ersten Flussleitelement (9) und mit einem ersten Distanzierungselement (11), wobei das erste Distanzierungselement (11) Endbereiche des ersten Flussleitelementes (9) distanziert oder wobei das erste Dis- tanzierungselement (11) das erste Flussleitelement (9) von einem zweiten Flussleitelement (10) distanziert. 2. Strommesseinrichtung (4) nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Flussleitelement (9,10) zusammen mit zumindest einem Dis- tanzierungselement (11,12) einen Stromleiter (5,5´,5´´) umgibt. 3. Strommesseinrichtung (4) nach Anspruch 1 oder 2, wobei zu- mindest ein Flussleitelement (9,10) und/oder zumindest ein Distanzierungselement (11,12) austauschbar ist. 4. Strommesseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei diese ein Verbindungselement (24,24´) aufweist, welches das Distanzierungselement (11,12) mit dem Flussleitelement (9,10) verbindet, wobei das Verbindungselement (24,24´) ins- besondere ein nichtmagnetisches Material aufweist. 5. Strommesseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Sensor (6) in einem Distanzierungsbereich (26,26´) angeordnet ist. 6. Strommesseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Sensor (6) in einem Bereich homogener Magnetfeldli- nien (20) angeordnet ist. 7. Strommesseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Sensor (6) in einem Mindestabstand (18) zu einem Stromleiter (5,5´,5´´) angeordnet ist. 202009557 12 8. Strommesseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zumindest ein Flussleitelement (9,10) geblecht ausge- führt ist. 9. Verfahren zur Messung eines Stromes einer elektrischen Ma- schine (1), wobei eine Strommesseinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendet wird. 10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei zur Messung unterschied- licher Ströme zumindest ein Distanzierungselement (11,12) ausgetauscht wird.
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