WO2008011842A1 - Current detection device - Google Patents

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WO2008011842A1
WO2008011842A1 PCT/DE2006/001290 DE2006001290W WO2008011842A1 WO 2008011842 A1 WO2008011842 A1 WO 2008011842A1 DE 2006001290 W DE2006001290 W DE 2006001290W WO 2008011842 A1 WO2008011842 A1 WO 2008011842A1
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magnetic field
conductor
field sensors
detection device
current detection
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PCT/DE2006/001290
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Reinhard Schmid
Uwe Weiss
Roland Weiss
Dieter Wägele
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • G01R15/205—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 magneto-resistance devices, e.g. field plates
    • 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
    • G01R15/207—Constructional details independent of the type of device used

Definitions

  • the invention relates to a current detection device with at least one, at least one electrical conductor associated sensor, in particular a magnetic field sensor.
  • the invention generally relates to the field of potential-free detection of electrical currents on the one hand from the milliampere to the kilo-ampere range and on the other hand, from the DC case to high-frequency electrical currents.
  • the sensor in a current detection device having at least one sensor assigned to at least one electrical conductor, has at least two magnetic field sensors assigned to the or each conductor, in particular in an embodiment as MR sensor, preferably as AMR, GMR or TMR sensor.
  • TMR Tunnel Magnetoresistive effect
  • At least two Magnetic field sensors are provided in order to eliminate or at least reduce a possible external field influence.
  • Against this background is measured with two sensors at two points of the conductor, preferably "left and right" of the conductor, eg in a constellation in which the at least two magnetic field sensors on a circumferential surface of the conductor or, in the case of multiple conductors, the conductor evenly distributed are arranged.
  • the or each magnetic field sensor is mounted on a magnetostriction-free layer.
  • a magnetostrictive effect an interaction of magnetic and mechanical parameters of ferromagnetic materials is known, which leads to a mechanical change in length in the ferromagnetic element by aligning the so-called white areas under the influence of an external magnetic field.
  • the magnetic field sensor is applied to a magnetostriction-free layer.
  • a thin plastic layer is separated.
  • the magnetic field sensor in particular in its embodiment as MR, GMR, AMR, or TMR sensor (hereinafter referred to as MR sensor), measures the magnetic field strength of the or each current-carrying conductor, which in turn is proportional to the current to be detected.
  • the at least two magnetic field sensors are arranged in a recess formed in the electrical conductor or intended for arrangement in such a recess.
  • a recess in a conductor is e.g. in a slotted bus bar in which the magnetic field sensors are provided on opposite side surfaces of the recess, e.g. of the slot in the busbar, are arranged.
  • the minimum at least two magnetic field sensors are arranged on a carrier surrounding the or each conductor and in particular in a manner in which the magnetic field sensors are distributed uniformly on a ümfangs simulation the support or in which, in the case of exactly two magnetic field sensors, the two magnetic field sensors arranged opposite each other are.
  • An alternative arrangement of the magnetic field sensors with respect to the or each conductor is that at least two conductors, which together form a conductor arrangement, at least two magnetic field sensors are provided, which are arranged around a center of the conductor arrangement.
  • one magnetic field sensor is assigned to one of the conductors and the magnetic field sensors are arranged at a spacing from each other, just like the conductors.
  • An example of such an arrangement is an arrangement in which the conductors form the vertices of an equilateral triangle and the magnetic field sensors are arranged at the center of such a conductor arrangement such that each magnetic field sensor is assigned to exactly one of the conductors, so that the magnetic field sensors also at least essentially one another to reproduce the shape of an equilateral triangle.
  • the advantage of the invention and its embodiments is therefore in particular that an easily manageable current detection device is specified, which can be used even with already in operation ladders and on the one hand with respect to the circuit under test operates without feedback and on the other hand by a small design and comparatively low production costs.
  • FIG. 1 shows a schematically simplified representation of a current detection device according to the invention
  • FIG. 2 magnetic field sensors of such a current detection device on a round conductor
  • FIG. 5 shows magnetic field sensors of such a current detection device on a carrier surrounding a conductor bundle
  • FIG. 6 shows magnetic field sensors of such a current detection device on an outer conductor of a plurality of coaxial conductors
  • Current detection device 10 which comprises a sensor 12, which in turn comprises at least two magnetic field sensors 14, 16 or is formed by these magnetic field sensors 14, 16.
  • the sensor 12 may include an evaluation electronics 18 or it may be provided that, as shown, the sensor 12, the transmitter 18 is associated.
  • the current detection device 10 is then generally a display and / or processing unit 20, by means of which either the recorded measured values are processed, displayed or converted. The latter is known in the art and will not be discussed further.
  • FIG. 2 shows an embodiment in which the two magnetic field sensors 14, 16 of the sensor 12 (FIG. 1) of the current detection device 10 (FIG. 1) are assigned to an electrical conductor 22.
  • the magnetic field sensors 14, 16 are designed as flat and in particular flexible current sensors, particularly preferably in one embodiment as an MR sensor, and applied directly on two opposite sides on the electrical conductor 22 designed as a round conductor.
  • the opposite arrangement of the two magnetic field sensors 14, 16 is a special embodiment for exactly two magnetic field sensors 14, 16. Generally, it is provided according to the invention that in a plurality of magnetic field sensors these are arranged distributed uniformly on a peripheral surface of the conductor 22.
  • FIG 3 shows a variant with an electrical conductor 22 in the form of a flat rail.
  • the two magnetic field sensors 14, 16 are applied in the illustrated embodiment on the two long side surfaces of the conductor 22 and evenly distributed evenly on the circumferential surface of the conductor 22. An attachment to the short side surfaces is alternatively considered as well.
  • FIG. 4 shows an embodiment in which the conductor 22 is designed in the form of a slotted rail and insofar has a recess 24.
  • the recess 24 is thus the slot in the conductor 22 designed as a slotted rail.
  • two magnetic field sensors 14, 16 are arranged in the recess 24 formed in the conductor 22 and on opposite side surfaces 26, 28 of the recess 24
  • 5 shows an embodiment in which two magnetic field sensors 14, 16 are mounted on a carrier 30 surrounding a group of conductors 22. The attachment of the magnetic field sensors 14, 16 on such a carrier 30 takes place as the Anbringung directly on a conductor (see FIG 2), either opposite each other, namely "right and left" from the carrier 30, or uniformly on the peripheral surface of the carrier 30 distributed.
  • FIG. 6 shows an embodiment with concentrically arranged conductors 22, wherein the illustrated two magnetic field sensors 14, 16 are mounted on two opposite sides of the outer conductor 22.
  • FIG. 7 shows an embodiment in which the illustrated two magnetic field sensors 14, 16 surround a bundle of conductors in the same form as shown in FIG.
  • 16, 16 ' are arranged around a center 32 of a conductor arrangement formed by the conductors 22.
  • a magnetic field sensor 14, 16, 16 ' is assigned to one of the conductors 22 of the conductor arrangement.
  • the magnetic field sensors with each other are arranged as well as the conductor 22 regularly spaced.
  • the conductors 22 are arranged approximately in the region of the vertices of an imaginary equilateral triangle. Accordingly, the magnetic field sensors 14, 16, 16 'also form an equilateral triangle in their arrangement with each other, wherein in each case a magnetic field sensor 14, 16, 16' is assigned to exactly one of the conductors 22.
  • Each magnetic field sensor is provided in all illustrated embodiments for measuring the magnetic field of the respective current-carrying conductor 22. Accordingly, no iron or the like, as in the in the state of Technology known solutions needed. Thus, even at high rated currents, the increase in the volume and the associated price of otherwise possible measuring devices is avoided.
  • the current detection device can be easily and inexpensively mounted on the or each respective conductor 22! Due to its low weight, the current detection device is also resistant to vibration and shock.
  • a differential field is detected by the group of magnetic field sensors 14, 16, 16 'used.
  • the detection of the individual currents in the respective conductors 22 becomes possible. The goal is to reduce the total number of magnetic field sensors.
  • a current detection device is provided with at least one sensor 12 assigned to at least one electrical conductor 22, in which the sensor 12 has at least two magnetic field sensors 14, 16, in particular assigned to the or each conductor 22 an embodiment as MR sensors includes. Since such MR sensors directly measure the magnetic field of the current-carrying conductor 22, one does not need an iron circle. Thus, even at a high rated current, there is no need for an iron circuit with the associated disadvantages in terms of a comparatively high volume and a comparatively high price.

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Abstract

A current detection device is disclosed with at least one sensor (12) assigned to at least one electrical conductor (22), in which the sensor (12) comprises at least two magnetic field sensors (14, 16) assigned to the, or to each, conductor (22), said sensors being embodied in particular as MR sensors. Since such GMR sensors directly measure the magnetic field of the current-carrying conductor (22), no iron core is required. As a result, even at high nominal currents there is no need for an iron core with the associated disadvantages of these in terms of a comparatively large volume and comparatively high cost.

Description

Beschreibungdescription
StromerfassungsVorrichtungCurrent detection device
Die Erfindung betrifft eine Stromerfassungsvorrichtung mit mindestens einem, wenigstens einem elektrischen Leiter zugeordneten Sensor, insbesondere einem Magnetfeldsensor.The invention relates to a current detection device with at least one, at least one electrical conductor associated sensor, in particular a magnetic field sensor.
Die Erfindung betrifft generell das Gebiet der potentialfrei- en Erfassung von elektrischen Strömen einerseits vom Milli- Ampere bis zum Kilo-Amperebereich und andererseits vom Gleichstromfall bis zu hochfrequenten elektrischen Strömen.The invention generally relates to the field of potential-free detection of electrical currents on the one hand from the milliampere to the kilo-ampere range and on the other hand, from the DC case to high-frequency electrical currents.
Für eine solche Stromerfassung wurden bisher nach dem Induk- tionsprinzip arbeitende Stromwandler eingesetzt, die einen Eisenkreis mit Primärwindungen und Sekundärwindungen umfassen. Dieses Prinzip hat den Nachteil, dass mit steigendem Nennstrom der Eisenkreis aufgrund der steigenden Sekundärwin- dungszahl immer größer wird und somit auch das Bauvolumen und die Gestehungskosten zunehmen. Eine Alternative zu einem solchen Stromwandler nach dem Induktionsprinzip ist ein Stromwandler nach dem Hall-Prinzip. Allerdings besitzen auch solche Wandler einen Eisenkreis und somit steigt auch hier das Bauvolumen und der Preis mit steigendem Nennstrom.For such current detection, current transformers that use the induction principle have been used, which comprise an iron loop with primary windings and secondary windings. This principle has the disadvantage that as the nominal current increases, the iron loop becomes larger and larger, due to the increasing number of secondary windings, and thus the volume of construction and the production costs also increase. An alternative to such a current transformer according to the induction principle is a current transformer according to the Hall principle. However, even such converters have an iron orbit and thus also increases the volume and price with increasing nominal current.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht entsprechend darin, eine Stromerfassungsvorrichtung der o.g. Art anzugeben, die die o.g. Nachteile vermeidet oder zumindest reduziert.Accordingly, it is an object of the invention to provide a current detecting device of the above-mentioned type. Specify the type, the o.g. Disadvantages avoided or at least reduced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einer Stromerfassungsvorrichtung mit mindestens einem, wenigstens einem elektrischen Leiter zugeordneten Sensor vorgesehen, dass der Sensor mindestens zwei dem oder jedem Leiter zugeordnete Magnetfeldsenso- ren, insbesondere in einer Ausführung als MR-Sensor, bevorzugt als AMR-, GMR- oder TMR-Sensor (AMR = Anisotrope Magne- toresistive effect; GMR = Giant Magnetoresistive effect; TMR = Tunnel Magnetoresistive effect), umfasst. Mindestens zwei Magnetfeldsensoren sind dabei vorgesehen, um einen eventuellen Fremdfeldeinfluss zu eliminieren oder zumindest zu reduzieren. Vor diesem Hintergrund wird mit zwei Sensoren an zwei Stellen des Leiters gemessen, bevorzugt „links und rechts" vom Leiter, also z.B. in einer Konstellation, bei der die mindestens zwei Magnetfeldsensoren auf einer Umfangsflache des Leiters oder, bei mehreren Leitern, der Leiter gleichmäßig verteilt angeordnet sind.This object is achieved with the features of claim 1. For this purpose, in a current detection device having at least one sensor assigned to at least one electrical conductor, the sensor has at least two magnetic field sensors assigned to the or each conductor, in particular in an embodiment as MR sensor, preferably as AMR, GMR or TMR sensor. Sensor (AMR = Anisotropic Magnetoresistive effect; TMR = Tunnel Magnetoresistive effect). At least two Magnetic field sensors are provided in order to eliminate or at least reduce a possible external field influence. Against this background is measured with two sensors at two points of the conductor, preferably "left and right" of the conductor, eg in a constellation in which the at least two magnetic field sensors on a circumferential surface of the conductor or, in the case of multiple conductors, the conductor evenly distributed are arranged.
Bevorzugt ist der oder jeder Magnetfeldsensor auf einer mag- netostriktionsfreien Schicht angebracht. Als magnetostrikti- ver Effekt wird bekanntlich eine Interaktion magnetischer und mechanischer Parameter ferromagnetischer Werkstoffe bezeichnet, die durch eine Ausrichtung der so genannten Weiß' sehen Bezirke unter Einwirkung eines externen Magnetfeldes zu einer mechanischen Längenänderung in dem ferromagnetischen Element führt. Um solche Effekte zu vermeiden, wird der Magnetfeldsensor auf einer magnetostriktionsfreien Schicht aufgebracht. Um dabei eine gewünschte Planarität des Substrats zu erhal- ten, wird eine dünne KunststoffSchicht aufgeschieden.Preferably, the or each magnetic field sensor is mounted on a magnetostriction-free layer. As a magnetostrictive effect, an interaction of magnetic and mechanical parameters of ferromagnetic materials is known, which leads to a mechanical change in length in the ferromagnetic element by aligning the so-called white areas under the influence of an external magnetic field. To avoid such effects, the magnetic field sensor is applied to a magnetostriction-free layer. In order to obtain a desired planarity of the substrate, a thin plastic layer is separated.
Der Magnetfeldsensor, insbesondere in seiner Ausführungsform als MR-, GMR-, AMR, oder TMR-Sensor (im Folgenden Zusammenfassend als MR-Sensor bezeichnet) , misst die magnetische Feldstärke des oder jedes stromdurchflossenen Leiters, die wiederum proportional zum zu erfassenden Strom ist.The magnetic field sensor, in particular in its embodiment as MR, GMR, AMR, or TMR sensor (hereinafter referred to as MR sensor), measures the magnetic field strength of the or each current-carrying conductor, which in turn is proportional to the current to be detected.
Bevorzugt sind die mindestens zwei Magnetfeldsensoren in einer im elektrischen Leiter ausgebildeten Ausnehmung angeord- net oder zur Anordnung in einer solchen Ausnehmung bestimmt. Eine solche Ausnehmung in einem Leiter ergibt sich z.B. bei einer geschlitzten Stromschiene, bei der die Magnetfeldsensoren an einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Ausnehmung, also z.B. des Schlitzes in der Stromschiene, angeordnet sind.Preferably, the at least two magnetic field sensors are arranged in a recess formed in the electrical conductor or intended for arrangement in such a recess. Such a recess in a conductor is e.g. in a slotted bus bar in which the magnetic field sensors are provided on opposite side surfaces of the recess, e.g. of the slot in the busbar, are arranged.
Zur Justierung der Magnetfeldsensoren in Bezug auf den oder jeden Leiter kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die mindes- tens zwei Magnetfeldsensoren auf einem den oder jeden Leiter umgebenden Träger angeordnet sind und zwar insbesondere in einer Art und Weise, bei der die Magnetfeldsensoren auf einer ümfangsfläche des Trägers gleichmäßig verteilt angeordnet sind oder bei der, bei genau zwei Magnetfeldsensoren, die beiden Magnetfeldsensoren einander gegenüberliegend angeordnet sind.For adjusting the magnetic field sensors with respect to the or each conductor may preferably be provided that the minimum at least two magnetic field sensors are arranged on a carrier surrounding the or each conductor and in particular in a manner in which the magnetic field sensors are distributed uniformly on a ümfangsfläche the support or in which, in the case of exactly two magnetic field sensors, the two magnetic field sensors arranged opposite each other are.
Eine alternative Anordnung der Magnetfeldsensoren in Bezug auf den oder jeden Leiter besteht darin, dass bei mindestens zwei Leitern, die zusammen eine Leiteranordnung bilden, mindestens zwei Magnetfeldsensoren vorgesehen sind, die um einen Mittelpunkt der Leiteranordnung angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind bei mehr als zwei, zueinander regelmäßig bean- standeten Leitern jeweils ein Magnetfeldsensor einem der Leiter zugeordnet und die Magnetfeldsensoren untereinander, ebenso wie die Leiter regelmäßig beabstandet angeordnet. Ein Beispiel für eine solche Anordnung ist eine Anordnung, bei der die Leiter die Eckpunkte eines gleichseitigen Dreiecks bilden und die Magnetfeldsensoren im Mittelpunkt einer solchen Leiteranordnung derart angeordnet sind, dass jeder Magnetfeldsensor genau einem der Leiter zugeordnet ist, sodass auch die Magnetfeldsensoren zueinander zumindest im Wesentlichen die Form eines gleichseitigen Dreiecks nachbilden.An alternative arrangement of the magnetic field sensors with respect to the or each conductor is that at least two conductors, which together form a conductor arrangement, at least two magnetic field sensors are provided, which are arranged around a center of the conductor arrangement. Particularly preferably, in the case of more than two conductors which are regularly objected to one another, one magnetic field sensor is assigned to one of the conductors and the magnetic field sensors are arranged at a spacing from each other, just like the conductors. An example of such an arrangement is an arrangement in which the conductors form the vertices of an equilateral triangle and the magnetic field sensors are arranged at the center of such a conductor arrangement such that each magnetic field sensor is assigned to exactly one of the conductors, so that the magnetic field sensors also at least essentially one another to reproduce the shape of an equilateral triangle.
Der Vorteil der Erfindung und ihrer Ausgestaltungen besteht damit insbesondere darin, dass eine einfach handzuhabende Stromerfassungsvorrichtung angegeben wird, die auch bei bereits in Betrieb befindlichen Leitern verwendet werden kann und die einerseits in Bezug auf die zu untersuchende Schaltung rückwirkungsfrei arbeitet und sich andererseits durch eine kleine Bauform und vergleichsweise geringe Gestehungskosten auszeichnet.The advantage of the invention and its embodiments is therefore in particular that an easily manageable current detection device is specified, which can be used even with already in operation ladders and on the one hand with respect to the circuit under test operates without feedback and on the other hand by a small design and comparatively low production costs.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmalskombination zu beanspruchen.The claims filed with the application are formulation proposals without prejudice to the achievement of further patent protection. The applicant reserves the right to claim further, previously only disclosed in the description and / or drawings feature combination.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschrän- kung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell- oder Prüfverfahren betreffen.The or each embodiment is not to be construed as limiting the invention. Rather, numerous modifications and variations are possible within the scope of the present disclosure, in particular those variants, elements and combinations and / or materials which may be described, for example, by combination or modification of particulars described in the general or specific description and in the claims and / or the drawings contained features or elements or process steps for the expert in terms of solving the problem can be removed and lead by combinable features to a new subject or to new process steps or process steps, even if they concern manufacturing or testing.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.Relationships used in subclaims indicate the further development of the subject of the main claim by the features of the respective subclaim; they should not be construed as a waiver of obtaining independent, objective protection for the feature combinations of the dependent claims. Furthermore, with a view to an interpretation of the claims in a closer specification of a feature in a subordinate claim, it is to be assumed that such a restriction does not exist in the respective preceding claims.
Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf denSince the subject matters of the subclaims with regard to
Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfin- düngen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The prior art reserves the right to make independent and independent inventions on the priority date, the applicant reserves the right to make them the subject of independent claims or statements of division. Furthermore, they may also contain independent inventions which have a design independent of the objects of the preceding subclaims. An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Corresponding objects or elements are provided in all figures with the same reference numerals.
Darin zeigenShow in it
FIG 1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Stromerfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung, FIG 2 Magnetfeldsensoren einer solchen Stromerfassungsvorrichtung an einem Rundleiter,1 shows a schematically simplified representation of a current detection device according to the invention, FIG. 2 magnetic field sensors of such a current detection device on a round conductor,
FIG 3 Magnetfeldsensoren einer solchen Stromerfassungsvorrichtung an einer Flachschiene als Leiter,3 magnetic field sensors of such a current detection device on a flat rail as a conductor,
FIG 4 Magnetfeldsensoren einer solchen Stromerfassungsvor- richtung in einer Ausnehmung einer geschlitzten Flachschiene,4 shows magnetic field sensors of such a current detection device in a recess of a slotted flat rail,
FIG 5 Magnetfeldsensoren einer solchen Stromerfassungsvorrichtung auf einem ein Leiterbündel umgebenden Träger, FIG 6 Magnetfeldsensoren einer solchen Stromerfassungsvorrichtung auf einem äußeren Leiter einer Mehrzahl koaxialer Leiter,5 shows magnetic field sensors of such a current detection device on a carrier surrounding a conductor bundle, FIG. 6 shows magnetic field sensors of such a current detection device on an outer conductor of a plurality of coaxial conductors,
FIG 7 Magnetfeldsensoren einer solchen Stromerfassungsvorrichtung am Rand oder in einer Isolierung eines Lei- terbündels und7 shows magnetic field sensors of such a current detection device at the edge or in an insulation of a conductor bundle and
FIG 8 Magnetfeldsensoren einer solchen Stromerfassungsvorrichtung im Innern einer durch mehrere Leiter gebildeten Leiteranordnung.8 magnetic field sensors of such a current detection device in the interior of a conductor arrangement formed by a plurality of conductors.
FIG 1 zeigt eine schematisch vereinfachte Darstellung einer1 shows a schematically simplified representation of a
Stromerfassungsvorrichtung 10 gemäß der Erfindung, wobei diese einen Sensor 12 umfasst, der seinerseits mindestens zwei Magnetfeldsensoren 14, 16 umfasst oder durch diese Magnetfeldsensoren 14, 16 gebildet wird. Der Sensor 12 kann eine Auswerteelektronik 18 umfassen oder es kann vorgesehen sein, dass, wie dargestellt, dem Sensor 12 die Auswerteelektronik 18 zugeordnet ist. Der Stromerfassungsvorrichtung 10 ist dann insgesamt üblicherweise eine Anzeige- und/oder Verarbeitungs- einheit 20 zugeordnet, mittels derer entweder die aufgenommenen Messwerte verarbeitet, dargestellt oder umgewandelt werden. Letzteres ist im Stand der Technik an sich bekannt und wird entsprechend nicht weiter erläutet.Current detection device 10 according to the invention, which comprises a sensor 12, which in turn comprises at least two magnetic field sensors 14, 16 or is formed by these magnetic field sensors 14, 16. The sensor 12 may include an evaluation electronics 18 or it may be provided that, as shown, the sensor 12, the transmitter 18 is associated. The current detection device 10 is then generally a display and / or processing unit 20, by means of which either the recorded measured values are processed, displayed or converted. The latter is known in the art and will not be discussed further.
FIG 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die beiden Magnetfeldsensoren 14, 16 des Sensors 12 (FIG 1) der Stromerfassungsvorrichtung 10 (FIG 1) einem elektrischen Leiter 22 zugeordnet sind. Die Magnetfeldsensoren 14, 16 sind dabei als flächige und insbesondere flexible Stromsensoren, besonders bevorzugt in einer Ausführungsform als MR-Sensor, ausgeführt und direkt an zwei gegenüberliegenden Seiten auf dem als Rundleiter ausgeführten elektrischen Leiter 22 aufgebracht. Die gegenüberliegende Anordnung der beiden Magnetfeldsensoren 14, 16 ist eine spezielle Ausführung für genau zwei Magnetfeldsensoren 14, 16. Allgemein ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass bei einer Mehrzahl vom Magnetfeldsensoren diese auf einer Umfangsfläche des Leiters 22 gleichmäßig verteilt angeordnet sind.2 shows an embodiment in which the two magnetic field sensors 14, 16 of the sensor 12 (FIG. 1) of the current detection device 10 (FIG. 1) are assigned to an electrical conductor 22. The magnetic field sensors 14, 16 are designed as flat and in particular flexible current sensors, particularly preferably in one embodiment as an MR sensor, and applied directly on two opposite sides on the electrical conductor 22 designed as a round conductor. The opposite arrangement of the two magnetic field sensors 14, 16 is a special embodiment for exactly two magnetic field sensors 14, 16. Generally, it is provided according to the invention that in a plurality of magnetic field sensors these are arranged distributed uniformly on a peripheral surface of the conductor 22.
FIG 3 zeigt eine Variante mit einem elektrischen Leiter 22 in Form einer Flachschiene. Die beiden Magnetfeldsensoren 14, 16 sind in der dargestellten Ausführungsform auf den beiden langen Seitenflächen des Leiters 22 aufgebracht und auch inso- fern gleichmäßig auf der umfangsfläche des Leiters 22 verteilt. Eine Anbringung an den kurzen Seitenflächen kommt alternativ ebenso in Betracht .3 shows a variant with an electrical conductor 22 in the form of a flat rail. The two magnetic field sensors 14, 16 are applied in the illustrated embodiment on the two long side surfaces of the conductor 22 and evenly distributed evenly on the circumferential surface of the conductor 22. An attachment to the short side surfaces is alternatively considered as well.
FIG 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Leiter 22 in Form einer geschlitzten Schiene ausgeführt ist und insofern eine Ausnehmung 24 aufweist. Die Ausnehmung 24 ist also der Schlitz in dem als geschlitzte Schiene ausgeführten Leiter 22. Bei der in FIG 4 dargestellten Ausführungsform sind zwei Magnetfeldsensoren 14, 16 in der im Leiter 22 ausgebildeten Ausnehmung 24 angeordnet und zwar an einander gegenüberlegenden Seitenflächen 26, 28 der Ausnehmung 24. FIG 5 zeigt eine Ausführungsform bei der zwei Magnetfeldsensoren 14, 16 auf einem eine Gruppe von Leitern 22 umgebenden Träger 30 angebracht sind. Die Anbringung der Magnetfeldsensoren 14, 16 auf einem solchen Träger 30 erfolgt wie die An- bringung direkt auf einem Leiter (vergleiche FIG 2), also entweder einander gegenüberliegend, nämlich „rechts und links" vom Träger 30, oder gleichmäßig auf der Umfangsflache des Trägers 30 verteilt.4 shows an embodiment in which the conductor 22 is designed in the form of a slotted rail and insofar has a recess 24. The recess 24 is thus the slot in the conductor 22 designed as a slotted rail. In the embodiment shown in FIG. 4, two magnetic field sensors 14, 16 are arranged in the recess 24 formed in the conductor 22 and on opposite side surfaces 26, 28 of the recess 24 , 5 shows an embodiment in which two magnetic field sensors 14, 16 are mounted on a carrier 30 surrounding a group of conductors 22. The attachment of the magnetic field sensors 14, 16 on such a carrier 30 takes place as the Anbringung directly on a conductor (see FIG 2), either opposite each other, namely "right and left" from the carrier 30, or uniformly on the peripheral surface of the carrier 30 distributed.
FIG 6 zeigt eine Ausführungsform mit konzentrisch angeordneten Leitern 22, wobei die dargestellten zwei Magnetfeldsensoren 14, 16 auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten des äußeren Leiters 22 angebracht sind.6 shows an embodiment with concentrically arranged conductors 22, wherein the illustrated two magnetic field sensors 14, 16 are mounted on two opposite sides of the outer conductor 22.
Analog dazu zeigt FIG 7 eine Ausführungsform, bei der die dargestellten zwei Magnetfeldsensoren 14, 16 ein Bündel von Leitern in gleicher Form wie in FIG 6 dargestellt umgeben.Analogously, FIG. 7 shows an embodiment in which the illustrated two magnetic field sensors 14, 16 surround a bundle of conductors in the same form as shown in FIG.
FIG 8 zeigt eine spezielle Variante der Anordnung der Magnet- feldsensoren 14, 16, 16', wobei die Magnetfeldsensoren 14,8 shows a special variant of the arrangement of the magnetic field sensors 14, 16, 16 ', wherein the magnetic field sensors 14,
16, 16' um einen Mittelpunkt 32 einer von den Leitern 22 gebildeten Leiteranordnung angeordnet sind. Wie in FIG 8 dargestellt ist bei mehr als zwei, zueinander regelmäßig beabstan- deten Leitern 22 jeweils ein Magnetfeldsensor 14, 16, 16' ei- nem der Leiter 22 der Leiteranordnung zugeordnet. Die Magnetfeldsensoren untereinander sind ebenso wie die Leiter 22 regelmäßig beabstandet angeordnet. Bei der in FIG 8 dargestellten Ausführungsform sind die Leiter 22 in etwa im Bereich der Eckpunkte eines gedachten gleichseitigen Dreiecks angeordnet. Entsprechend bilden die Magnetfeldsensoren 14, 16, 16' in ihrer Anordnung zueinander ebenfalls ein gleichseitiges Dreieck aus, wobei jeweils ein Magnetfeldsensor 14, 16, 16' genau einem der Leiter 22 zugeordnet ist.16, 16 'are arranged around a center 32 of a conductor arrangement formed by the conductors 22. As shown in FIG. 8, in the case of more than two conductors 22 spaced apart from each other regularly, in each case a magnetic field sensor 14, 16, 16 'is assigned to one of the conductors 22 of the conductor arrangement. The magnetic field sensors with each other are arranged as well as the conductor 22 regularly spaced. In the embodiment shown in FIG 8, the conductors 22 are arranged approximately in the region of the vertices of an imaginary equilateral triangle. Accordingly, the magnetic field sensors 14, 16, 16 'also form an equilateral triangle in their arrangement with each other, wherein in each case a magnetic field sensor 14, 16, 16' is assigned to exactly one of the conductors 22.
Jeder Magnetfeldsensor ist bei allen dargestellten Ausführungsformen zur Messung des Magnetfeldes der jeweiligen stromdurchflossenen Leiter 22 vorgesehen. Entsprechend wird kein Eisenkreis oder dergleichen, wie bei den im Stand der Technik bekannten Lösungen, benötigt. Somit ist auch bei hohen Nennströmen die Zunahme des Volumens und damit einhergehend des Preises ansonsten möglicher Messvorrichtungen vermieden. Die Stromerfassungsvorrichtung lässt sich einfach und kostengünstig an dem oder jedem jeweiligen Leiter 22 montieren! Durch ein geringes Gewicht ist die Stromerfassungsvorrichtung zudem schwing- und schockfest.Each magnetic field sensor is provided in all illustrated embodiments for measuring the magnetic field of the respective current-carrying conductor 22. Accordingly, no iron or the like, as in the in the state of Technology known solutions needed. Thus, even at high rated currents, the increase in the volume and the associated price of otherwise possible measuring devices is avoided. The current detection device can be easily and inexpensively mounted on the or each respective conductor 22! Due to its low weight, the current detection device is also resistant to vibration and shock.
Bei der Verwendung von MR-Sensoren als Magnetfeldsensoren wird aufgrund deren hoher Sensitivität (circa Faktor 100 größer als bei einem Hall-Sensor) ein vergleichsweise voluminöser und teurer Eisenkern vermieden.When using MR sensors as magnetic field sensors, a comparatively voluminous and expensive iron core is avoided due to their high sensitivity (about a factor of 100 greater than in the case of a Hall sensor).
Wenn mehr als ein Magnetfeldsensor 14, 16 mehr als einem Lei- ter 22 zugeordnet ist (vergleiche z.B. die in FIG 8 dargestellte Konstellation) , wird durch die verwendete Gruppe von Magnetfeldsensoren 14, 16, 16' ein Differenzfeld erfasst. Durch geeignete Kombination und Anordnung der Magnetfeldsensoren 14, 16, 16' sowie mit einem intelligenten Abgleichkon- zept wird die Erfassung der Einzelströme in den jeweiligen Leitern 22 möglich. Ziel ist dabei insgesamt die Anzahl der Magnetfeldsensoren zur reduzieren.If more than one magnetic field sensor 14, 16 is assigned to more than one conductor 22 (compare, for example, the constellation shown in FIG. 8), a differential field is detected by the group of magnetic field sensors 14, 16, 16 'used. By suitable combination and arrangement of the magnetic field sensors 14, 16, 16 'and with an intelligent calibration concept, the detection of the individual currents in the respective conductors 22 becomes possible. The goal is to reduce the total number of magnetic field sensors.
Zusammenfassend lässt sich die vorliegende Erfindung damit wie folgt kurz darstellen: Es wird eine Stromerfassungsvorrichtung mit mindestens einem, wenigstens einem elektrischen Leiter 22 zugeordneten Sensor 12 angegeben, bei dem der Sensor 12 mindestens zwei dem oder jedem Leiter 22 zugeordnete Magnetfeldsensoren 14, 16, insbesondere in einer Ausführung als MR-Sensoren, umfasst. Da solche MR-Sensoren direkt das Magnetfeld des stromdurchflossenen Leiters 22 messen, benötigt man keinen Eisenkreis. Somit ergibt sich selbst bei hohem Nennstrom nicht das Erfordernis eines Eisenkreises mit den damit verbundenen Nachteilen hinsichtlich eines ver- gleichsweise hohen Volumens und eines vergleichsweise hohen Preises . In summary, the present invention can thus be described briefly as follows: A current detection device is provided with at least one sensor 12 assigned to at least one electrical conductor 22, in which the sensor 12 has at least two magnetic field sensors 14, 16, in particular assigned to the or each conductor 22 an embodiment as MR sensors includes. Since such MR sensors directly measure the magnetic field of the current-carrying conductor 22, one does not need an iron circle. Thus, even at a high rated current, there is no need for an iron circuit with the associated disadvantages in terms of a comparatively high volume and a comparatively high price.

Claims

Patentansprüche claims
1. Stromerfassungsvorrichtung mit mindestens einem, wenigstens einem elektrischen Leiter (22) zugeordneten Sensor (12) , dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (12) mindestens zwei dem oder jedem Leiter (22) zugeordnete Magnetfeldsensoren (14, 16), insbesondere in einer Ausführung als MR-Sensor, umfasst.Characterized in that the sensor (12) at least two the or each conductor (22) associated magnetic field sensors (14, 16), in particular in one embodiment as an MR sensor.
2. Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der oder jeder Magnetfeldsensor (14, 16) auf einer magnetostriktionsfreien Schicht aufgebracht ist.2. Current detection device according to claim 1, wherein the or each magnetic field sensor (14, 16) is applied to a magnetostriction-free layer.
3. Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens zwei Magnetfeldsensoren (14, 16) auf einer Umfangsflache des Leiters (22) oder, bei mehreren Leitern (22), der Leiter (22) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.3. Current detection device according to claim 1 or 2, wherein the at least two magnetic field sensors (14, 16) on a circumferential surface of the conductor (22) or, in the case of a plurality of conductors (22), the conductor (22) are arranged uniformly distributed.
4. Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei bei genau zwei Magnetfeldsensoren (14, 16) die beiden Magnetfeldsensoren (14, 16) einander gegenüberliegend angeordnet sind.4. Current detection device according to claim 3, wherein in exactly two magnetic field sensors (14, 16), the two magnetic field sensors (14, 16) are arranged opposite to each other.
5. Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens zwei Magnetfeldsensoren (14, 16) in einer im elektrischen Leiter (22) ausgebildeten Ausnehmung (24) angeordnet oder zur Anordnung in einer solchen Ausnehmung (24) bestimmt sind.5. Current detection device according to claim 1 or 2, wherein the at least two magnetic field sensors (14, 16) in a in the electrical conductor (22) formed recess (24) or arranged for arrangement in such a recess (24).
6. Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei bei genau zwei Magnetfeldsensoren (14, 16) die beiden Magnetfeldsensoren (14, 16) an einander gegenüberliegenden Seitenflächen (26, 28) der Ausnehmung (24) angeordnet sind.6. Current detection device according to claim 5, wherein at exactly two magnetic field sensors (14, 16), the two magnetic field sensors (14, 16) on opposite side surfaces (26, 28) of the recess (24) are arranged.
7. Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens zwei Magnetfeldsensoren (14, 16) auf einem dem oder jedem Leiter (22) umgebenden Träger (30) angeordnet sind, insbesondere in der in Anspruch 2 oder 3 angegebenen Weise.7. Current detection device according to claim 1 or 2, wherein the at least two magnetic field sensors (14, 16) arranged on a said or each conductor (22) surrounding the carrier (30) are, in particular in the manner specified in claim 2 or 3.
8. Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei mindestens zwei Leitern (22) , die zusammen eine Leiteranordnung bilden, mindestens zwei Magnetfeldsensoren (14, 16) vorgesehen sind, die um einen Mittelpunkt (32) der Leiteranordnung angeordnet sind.8. Current detection device according to claim 1 or 2, wherein at least two conductors (22), which together form a conductor arrangement, at least two magnetic field sensors (14, 16) are provided, which are arranged around a center (32) of the conductor arrangement.
9. Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei bei mehr als zwei, zueinander regelmäßig beabstandeten Leitern (22) jeweils ein Magnetfeldsensor (14, 16, 16') einem der Leiter (22) zugeordnet ist und die Magnetfeldsensoren (14, 16, 16') untereinander, ebenso wie die Leiter (22) regelmäßig beabstandet angeordnet sind. 9. Current detection device according to claim 8, wherein at more than two mutually regularly spaced conductors (22) each have a magnetic field sensor (14, 16, 16 ') one of the conductors (22) is associated and the magnetic field sensors (14, 16, 16') with each other, as well as the conductors (22) are arranged regularly spaced.
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