WO2016030197A1 - Sensor - Google Patents

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WO2016030197A1
WO2016030197A1 PCT/EP2015/068591 EP2015068591W WO2016030197A1 WO 2016030197 A1 WO2016030197 A1 WO 2016030197A1 EP 2015068591 W EP2015068591 W EP 2015068591W WO 2016030197 A1 WO2016030197 A1 WO 2016030197A1
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WO
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sensor
power line
magnetic core
sensitive element
gap
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/068591
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English (en)
French (fr)
Inventor
Fabian Beck
Taro BREUER
Original Assignee
Epcos Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Epcos Ag filed Critical Epcos Ag
Publication of WO2016030197A1 publication Critical patent/WO2016030197A1/de

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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
    • G01R15/202—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
    • 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 present invention relates to a sensor.
  • it may be a sensor for measuring a
  • Amperage of a current flowing through a power line current is in most diverse
  • Electric vehicle a high voltage, which is supplied by a battery, converted into a lower voltage, for example, 12 V, in a corresponding DC-DC converter.
  • the sensor can be used to measure the current intensity of a current output by the DC-DC converter.
  • a sensor for measuring a current intensity is described for example in US 8,080,994 B2.
  • filter elements are known which with a
  • Power line can be interconnected to one
  • EMC electromagnetic compatibility
  • Filter circuits are known for example from US 2013/0154766 AI.
  • An object of the present invention is now to provide an improved sensor, which fulfills an additional additional function, for example, in addition to the measurement of a current. This object is achieved by a sensor according to the present claim 1.
  • a sensor which has a power line, a first magnetosensitive element and a magnetic core.
  • the sensor is configured to measure a current of a current flowing through the power line.
  • the magnetic core encloses the power line at least partially and has a first gap. The first
  • Magnetic sensitive element is in the first gap of the
  • the power line and the magnetic core further form an inductance and are connected with a capacitor to a filter circuit.
  • the sensor thus fulfills a second function in addition to its actual function, namely the measurement of the current flowing through the power line, namely the formation of the filter circuit.
  • This filter circuit can, for example, to increase the electromagnetic compatibility
  • the magnetically sensitive element may be an element that is sensitive to a given magnetic field strength. Accordingly, the magneto-sensitive element may be suitable for measuring the magnetic field strength. Flow through the Power line, a current, thereby a magnetic field that surrounds the power line, induced. The sensor can measure the measurement of this magnetic field
  • the magnetic core can be made of a ferromagnetic
  • the magnetic core can be designed to influence the course of the magnetic field forming around the power line in such a way that a particularly high magnetic field strength is present at the location of the magnetically sensitive element. In this way, the magnetic core helps to increase the measurement accuracy significantly.
  • the magnetic core may further contribute to electromagnetic shielding of the first magnetically sensitive element from interfering electromagnetic fields.
  • the magnetic core can prevent the measurement of the first magnetically sensitive element from interfering
  • the filter circuit may comprise, for example, an LC filter, wherein the L-element is formed by the inductance formed by the current line and the magnetic core, and the C-element is formed by the capacitor.
  • the LC filter can be designed to
  • AC components of a current flowing through the power line be suitable.
  • the alternating current components may in particular be harmonics, for example by a transformation of a high voltage into a
  • Transducers are increased electromagnetic compatibility, since the AC components are filtered out.
  • the filter circuit may be configured to both
  • the filter circuit can have further inductors and / or further capacitors.
  • the filter circuit may comprise, for example, an LCL or an LCLCL filter.
  • the other inductors can be formed by the power line and other magnetic cores, the power line so
  • the magnetic core may have a second gap
  • a second magnetically sensitive element may be disposed in the second gap. Also the second
  • Magnetic sensitive element may be suitable for measuring the magnetic field strength of a magnetic field induced by a current flowing through the power line.
  • Magnetic sensitive element a measurement accuracy can be increased.
  • the second magneto-sensitive element makes it possible to make differential measurements.
  • the second gap of the magnetic core is an optional feature that is not mandatory for the operation of the sensor. However, the Measurement accuracy can be increased if a second
  • Magnetic sensitive element is arranged in the second gap.
  • the first magnetically sensitive element may have a Hall sensor.
  • the second magnetically sensitive element may also have a Hall sensor. Hall sensors provide a simple and reliable way to measure magnetic field strengths.
  • the first magnetically sensitive element can with a
  • Be connected evaluation which is designed to, from a measured from the first magnetically sensitive element magnetic field strength, the current through the
  • the second magnetically sensitive element can also be connected to an evaluation unit, which is likewise designed to calculate the current intensity from the magnetic field strength measured by the second magnetically sensitive element.
  • the respective magnetically sensitive elements and the respective evaluation unit can be arranged on a common chip.
  • the first magnetically sensitive element can output its measured data analog or digital. If the first magnetically sensitive element is connected to the first evaluation unit, then the first evaluation unit can have an output connection, at which the measurement data determined by the first evaluation unit can be output either digitally or analogically.
  • the power line may be in the magnetic core
  • an air layer is arranged.
  • the power line and the magnetic core can not touch each other.
  • the air layer may be the power line on each side of the power line of the
  • the exact design of the power line and the magnetic core allows the thickness of the air layer to be determined.
  • the inductance formed by the magnetic core and the power line depends on the thickness of the air layer.
  • the thickness of the air layer can now be chosen such that results in a desired inductance.
  • the sensor may have at least one further magnetic core which at least partially surrounds the power line
  • this further magnetic core and the power line form a second inductance, which also forms part of the filter circuit.
  • the second inductance may be an L-element of the filter circuit.
  • this relates to a circuit arrangement comprising an electrical voltage transformer and the above
  • the converter may be a converter configured to convert a high voltage to a low voltage.
  • Such converters will be
  • the sensor described above can both for the measurement of the Transducer output voltage can be used, as well as for the suppression of harmonics, at the
  • the senor can be connected to an output of the converter.
  • the sensor makes it possible, on the one hand to measure the current intensity of the output current from the converter as well as by means of the filter circuit
  • the converter may in particular be a DC-DC converter.
  • Figure 1 shows a cross section through a sensor according to a first embodiment.
  • FIG. 2 shows a sensor in a perspective view
  • Figure 3 shows a cross section through a sensor according to a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a cross section through a sensor 1.
  • the sensor 1 is designed to measure a current intensity of a current flowing through a power line 2.
  • Power line 2 is part of the sensor.
  • the sensor 1 also has a magnetic core 3.
  • the magnetic core 3 comprises a magnetic material in particular a ferromagnetic material, on.
  • the magnetic core 3 may consist of the magnetic material or the ferromagnetic material.
  • the magnetic core 3 encloses the power line 2 at least partially.
  • the magnetic core 3 has two C-shaped parts which enclose the power line 2 so as not to contact each other, but a first gap 5 and a second gap 9 are formed between them.
  • the power line 2 has a rectangular cross-section.
  • the magnetic core 3 has a substantially quadrangular cross section, wherein an inner, also quadrangular,
  • the power line 2 and the magnetic core 3 may have any other shaped cross section.
  • the power line 2 could be a round
  • the power line 2 is arranged such that an air layer 4 remains between the power line 2 and the magnetic core 3.
  • the air layer 4 is arranged on each side of the power line 2, so that the air layer 4, the power line 2 of the respective
  • the magnetic core 3 has the first gap 5.
  • the first gap 5 extends through the magnetic core 3.
  • the first gap 5 connects an outer side 6 of the magnetic core 3 with an inner side 7 of the
  • a first magnetically sensitive element 8 is arranged in the first gap 5.
  • the second gap 9 is arranged at a location other than the first gap 8.
  • Power line 2 surrounds.
  • the magnetic core 3 the magnetic field is captured and shaped.
  • the magnetic core 3 is configured to direct the magnetic field to the first magnetosensitive element 8. Accordingly, the magnetic core 3 ensures that a particularly high field strength is present at the location of the first magnetically sensitive element 8.
  • the first magnetosensitive element 8 is configured to measure the magnetic flux density in place.
  • the first magnetically sensitive element 8 may have a Hall sensor. Furthermore, the first magnetically sensitive element 8 is connected to a first evaluation unit 10. In particular, the first magnetically sensitive element 8 and the first evaluation unit 10 may be arranged on a common chip. The first evaluation unit 10 is now configured to be based on that of the first
  • Magnetic sensitive element 8 measured magnetic field strength, the present in the power line 2 current strength
  • Figure 2 shows a side view of the in Figure 1 in
  • the power line 2 also with a
  • Capacitor 11 is connected. A first terminal 12 of the capacitor 11 is electrically connected to the power line 2
  • the capacitor 11 has a second terminal 13.
  • the second terminal 13 of the capacitor 11 may, for example, be connected to a reference potential (not shown).
  • the reference potential may be, for example, a housing to which a
  • the capacitor 11 may be connected to another power line or to another
  • the magnetic core 3 and the power line 2 form an inductance. Due to the air layer 4, which is arranged between the magnetic core 3 and the power line 2, the inductance is formed. Together with the capacitance of the capacitor 11, this inductance forms an LC filter.
  • the LC filter here forms a filter circuit for
  • the filter can suppress AC components of a current flowing through the power line 2.
  • the filter can suppress AC components of a current flowing through the power line 2.
  • the LC filter is designed to do this
  • FIG. 2 also shows a second optional magnetic core 14.
  • the second magnetic core 14 is identical to the first magnetic core 3 and also encloses the power line 2 at least partially. In the second magnetic core 14, however, no magnetically sensitive element is arranged.
  • Power line 2 also form an inductance.
  • the two inductances and the capacitance of the capacitor 11 form in the embodiment shown in Figure 2 an LCL filter, which contributes to the electromagnetic compatibility.
  • further inductors and / or further capacitors may be provided which form further L or C elements of a filter circuit.
  • Figure 3 shows a second embodiment of the sensor 1.
  • the sensor 1 shown in Figure 3 differs from the sensor 1 shown in Figure 1 only in that in the second gap 9 of the magnetic core 3, a second magnetically sensitive element 15 is arranged.
  • the second magnetically sensitive element 15 is also designed to measure the magnetic field strength of a current flowing through the power line 2.
  • Element 15 is arranged on a chip, on which a second evaluation unit 16 is arranged.
  • the second evaluation unit 16 in turn calculates from the measured data of the second magnetically sensitive element 15, the current strength of the current flowing through the power line 2 current.
  • the measurement accuracy can be increased.
  • the use of two magnetically sensitive elements 8, 15 makes it possible to carry out a differential measurement.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor (1), der eine Stromleitung (2), wobei der Sensor (1) dazu ausgestaltet ist, eine Stromstärke eines durch die Stromleitung (2) fließenden Stroms zu messen,ein erstes magnetsensitives Element (8), und einen magnetischen Kern (3), der die Stromleitung (2) zumindest teilweise umschließt und der einen ersten Spalt (5) aufweist, wobei das erste magnetsensitive Element (8) in dem ersten Spalt (5) des magnetischen Kerns (3) angeordnet ist, und wobei die Stromleitung (2) und der magnetische Kern (3) eine Induktivität ausbilden und mit einem Kondensator (11) zu einer Filterschaltung verschaltet sind.

Description

Beschreibung Sensor Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor. Insbesondere kann es sich dabei um einen Sensor zur Messung einer
Stromstärke eines durch eine Stromleitung fließenden Stroms handeln . Die Messung einer Stromstärke ist in verschiedensten
Anwendungen erforderlich. Beispielsweise wird bei einem
Elektrofahrzeug eine Hochspannung, die von einer Batterie geliefert wird, in eine geringere Spannung, beispielsweise 12 V, in einem entsprechenden DC-DC Wandler umgewandelt. Der Sensor kann dabei zur Messung der Stromstärke eines von dem DC-DC Wandler ausgegebenen Stroms eingesetzt werden.
Ein Sensor zur Messung einer Stromstärke wird beispielsweise in US 8,080,994 B2 beschrieben.
Ferner sind Filterelemente bekannt, die mit einer
Stromleitung verschaltet werden können, um eine
elektromagnetische Verträglichkeit (EMV, englisch:
electromagnetic compatibility = EMC) zu erhöhen. Solche
Filterschaltungen sind beispielsweise aus US 2013/0154766 AI bekannt .
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr, einen verbesserten Sensor anzugeben, der beispielsweise neben der Messung einer Stromstärke eine zusätzliche weitere Funktion erfüllt . Diese Aufgabe wird durch einen Sensor gemäß dem vorliegenden Anspruch 1 gelöst.
Es wird ein Sensor vorgeschlagen, der eine Stromleitung, ein erstes magnetsensitives Element und einen magnetischen Kern aufweist. Der Sensor ist dazu ausgestaltet, eine Stromstärke eines durch die Stromleitung fließenden Stroms zu messen. Der magnetische Kern umschließt die Stromleitung zumindest teilweise und weist einen ersten Spalt auf. Das erste
magnetsensitive Element ist in dem ersten Spalt des
magnetischen Kerns angeordnet. Die Stromleitung und der magnetische Kern bilden ferner eine Induktivität aus und sind mit einem Kondensator zu einer Filterschaltung verschaltet. Der Sensor erfüllt somit neben seiner eigentlichen Funktion, nämlich der Messung der durch die Stromleitung fließenden Stromstärke, eine zweite Funktion, und zwar die Bildung der Filterschaltung. Diese Filterschaltung kann beispielsweise zur Erhöhung der elektromagnetischen Verträglichkeit
beitragen. Es ist somit nicht nötig, die Filterschaltung durch vollkommen separate Elemente zu realisieren. Die
Integration der Filterschaltung und des Sensors ermöglicht es vielmehr, diese durch eine einzige funktionelle Einheit zu realisieren und auf diese Weise den Platzbedarf für Sensor und Filterschaltung zu reduzieren. Beispielsweise bei der Anwendung des Sensors in einem Elektrofahrzeug ist der
Platzbedarf von großer Bedeutung und eine Reduzierung des benötigten Platzes stellt einen wesentlichen Vorteil dar. Das magnetsensitive Element kann ein Element sein, das empfindlich für eine vorliegende magnetische Feldstärke ist. Dementsprechend kann das magnetsensitive Element zur Messung der magnetischen Feldstärke geeignet sein. Fließt durch die Stromleitung ein Strom, so wird dadurch ein magnetisches Feld, das die Stromleitung umgibt, induziert. Der Sensor kann über die Vermessung dieses magnetischen Feldes die
Stromstärke ermitteln.
Der magnetische Kern kann aus einem ferromagnetischen
Material bestehen. Insbesondere kann der magnetische Kern dazu ausgelegt sein, den Verlauf des sich um die Stromleitung bildenden magnetischen Feldes derart zu beeinflussen, dass am Ort des magnetsensitiven Elementes eine besonders hohe magnetische Feldstärke vorliegt. Auf diese Weise trägt der magnetische Kern dazu bei, die Messgenauigkeit deutlich zu erhöhen . Der magnetische Kern kann ferner zu einer elektromagnetischen Abschirmung des ersten magnetsensitiven Elements gegen störende elektromagnetische Felder beitragen. Insbesondere kann der magnetische Kern verhindern, dass die Messung des ersten magnetsensitiven Elements durch störende
elektromagnetische Felder verfälscht wird.
Die Filterschaltung kann beispielsweise einen LC-Filter aufweisen, wobei das L-Glied durch die Induktivität, die von der Stromleitung und dem magnetischen Kern ausgebildet wird, gebildet wird und das C-Glied durch den Kondensator gebildet wird. Das LC-Filter kann dazu ausgelegt sein,
Oberwellenanteile eines durch die Stromleitung fließenden Gleichstroms auszufiltern . Ferner kann die Filterschaltung zur Unterdrückung von
Wechselstromanteilen eines durch die Stromleitung fließenden Stroms geeignet sein. Bei den Wechselstromanteilen kann es sich insbesondere um Oberwellen handeln, die beispielsweise durch eine Transformation einer Hochspannung in eine
geringere Spannung in einem entsprechenden Wandler entstehen. Somit kann durch eine Verschaltung des Sensors mit dem
Wandler eine elektromagnetische Verträglichkeit erhöht werden, da die Wechselstromanteile herausgefiltert werden.
Die Filterschaltung kann dazu ausgestaltet sein, sowohl
Wechselstromanteile mit einer geringen Frequenz als auch Wechselstromanteile mit einer hohen Frequenz auszufiltern .
Ferner kann die Filterschaltung weitere Induktivitäten und/oder weitere Kondensatoren aufweisen. Dementsprechend kann die Filterschaltung beispielsweise ein LCL- oder ein LCLCL-Filter aufweisen. Auch die weiteren Induktivitäten können dabei durch die Stromleitung und weitere magnetische Kerne gebildet werden, die die Stromleitung derart
umschließen, dass ein Luftspalt zwischen dem jeweiligen magnetischen Kern und der Stromleitung verbleibt. Ferner kann der magnetische Kern einen zweiten Spalt
aufweisen und ein zweites magnetsensitives Element kann in dem zweiten Spalt angeordnet sein. Auch das zweite
magnetsensitive Element kann zur Messung der magnetischen Feldstärke eines Magnetfeldes geeignet sein, das durch einen durch die Stromleitung fließenden Stroms induziert wird.
Durch die Verwendung des ersten und des zweiten
magnetsensitiven Elementes kann eine Messgenauigkeit erhöht werden. Insbesondere ermöglicht es das zweite magnetsensitive Element, differentielle Messungen vorzunehmen.
Bei dem zweiten Spalt des magnetischen Kerns handelt es sich um ein optionales Merkmal, das für die Funktionsweise des Sensors nicht zwingend erforderlich ist. Allerdings kann die Messgenauigkeit erhöht werden, wenn ein zweites
magnetsensitives Element in dem zweiten Spalt angeordnet wird . Das erste magnetsensitive Element kann einen Hall-Sensor aufweisen. Auch das zweite magnetsensitive Element kann einen Hall-Sensor aufweisen. Hall-Sensoren stellen eine einfache und zuverlässige Möglichkeit zur Vermessung von magnetischen Feldstärken dar.
Das erste magnetsensitive Element kann mit einer
Auswerteeinheit verschaltet sein, die dazu ausgestaltet ist, aus einer von dem ersten magnetsensitiven Element gemessenen magnetischen Feldstärke die Stromstärke des durch die
Stromleitung fließenden Stroms zu berechnen. Analog kann auch das zweite magnetsensitive Element mit einer Auswerteeinheit verschaltet sein, die ebenfalls dazu ausgestaltet ist, aus der von dem zweiten magnetsensitiven Element gemessenen magnetischen Feldstärke die Stromstärke zu berechnen.
Insbesondere können die jeweiligen magnetsensitiven Elemente und die jeweilige Auswerteeinheit auf einem gemeinsamen Chip angeordnet sein. Dadurch kann der Platzbedarf reduziert werden . Das erste magnetsensitive Element kann seine Messdaten analog oder digital ausgeben. Ist das erste magnetsensitive Element mit der ersten Auswerteeinheit verschaltet, so kann die erste Auswerteeinheit einen Ausgabeanschluss aufweisen, an dem die von der ersten Auswerteeinheit ermittelten Messdaten entweder digital oder analog ausgegeben werden können. Gleiches gilt auch für das zweite magnetsensitive Element und die zweite Auswerteeinheit . Die Stromleitung kann derart in dem magnetischen Kern
angeordnet sein, dass zwischen der Stromleitung und dem magnetischen Kern eine Luftschicht angeordnet ist.
Dementsprechend können sich Stromleitung und der magnetische Kern nicht berühren. Insbesondere kann die Luftschicht die Stromleitung auf jeder Seite der Stromleitung von dem
magnetischen Kern trennen.
Durch das genaue Design der Stromleitung und des magnetischen Kerns kann die Dicke der Luftschicht festgelegt werden. Die von dem magnetischen Kern und der Stromleitung ausgebildete Induktivität hängt von der Dicke der Luftschicht ab. Die Dicke der Luftschicht kann nunmehr derart gewählt werden, dass sich eine gewünschte Induktivität ergibt.
Der Sensor kann zumindest einen weiteren magnetischen Kern aufweisen, der die Stromleitung zumindest teilweise
umschließt. Dabei können dieser weitere magnetische Kern und die Stromleitung eine zweite Induktivität ausbilden, die ebenfalls einen Teil der Filterschaltung bildet. Die zweite Induktivität kann ein L-Glied der Filterschaltung sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese eine Schaltungsanordnung, die einen Wandler zur Umwandlung elektrischer Spannungen und den oben
beschriebenen Sensor aufweist.
Bei dem Wandler kann es sich insbesondere um einen Wandler handeln, der dazu ausgestaltet ist, eine Hochspannung in eine Niedrigspannung umzuwandeln. Solche Wandler werden
beispielsweise in Elektrofahrzeugen zur Umwandlung einer von einer Batterie gelieferten Hochspannung eingesetzt. Der oben beschriebene Sensor kann dabei sowohl zur Messung der von dem Wandler ausgegebenen Stromspannung eingesetzt werden, als auch zur Unterdrückung von Oberwellen, die bei der
Spannungswandlung entstehen.
Insbesondere kann der Sensor dabei mit einem Ausgang des Wandlers verschaltet sein. Der Sensor ermöglicht es dabei, zum einen die Stromstärke des vom Wandler ausgegebenen Stroms zu messen als auch mittels der Filterschaltung
Wechselstromanteile in dem vom Wandler ausgegebenen Strom aus zufiltern .
Bei dem Wandler kann es sich insbesondere um einen DC-DC Wandler handeln.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Sensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Figur 2 zeigt einen Sensor in einer perspektivischen
Seitenansicht .
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Sensor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Sensor 1. Der Sensor 1 ist dazu ausgestaltet, eine Stromstärke eines durch eine Stromleitung 2 fließenden Stroms zu messen. Die
Stromleitung 2 ist dabei Bestandteil des Sensors.
Der Sensor 1 weist ferner einen magnetischen Kern 3 auf. Der magnetische Kern 3 weist ein magnetisches Material, insbesondere ein ferromagnetischen Material, auf.
Insbesondere kann der magnetische Kern 3 aus dem magnetischen Material, bzw. dem ferromagnetischen Material, bestehen. Der magnetische Kern 3 umschließt die Stromleitung 2 zumindest teilweise.
Der magnetische Kern 3 weist zwei C-förmige Teile auf, die die Stromleitung 2 derart umschließen, dass sie sich nicht berühren, sondern ein erster Spalt 5 und ein zweiter Spalt 9 zwischen ihnen ausgebildet werden.
In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Stromleitung 2 einen rechtwinkligen Querschnitt auf. Der magnetische Kern 3 hat einen im Wesentlichen viereckigen Querschnitt, wobei ein innerer, ebenfalls viereckiger,
Bereich des magnetischen Kerns 3 ausgeschnitten ist. In diesem ausgeschnittenen Bereich ist die Stromleitung 2 angeordnet. Ferner sind zwei dünne Streifen ausgeschnitten, die den ersten Spalt 5 und den zweiten Spalt 9 ausbilden.
Alternativ können die Stromleitung 2 und der magnetische Kern 3 einen beliebigen andersförmigen Querschnitt aufweisen.
Beispielsweise könnte die Stromleitung 2 einen runden
Querschnitt aufweisen und der magnetische Kern 3 könnte einen O-förmigen Querschnitt aufweisen.
Insbesondere ist die Stromleitung 2 derart angeordnet, dass zwischen der Stromleitung 2 und dem magnetischen Kern 3 eine Luftschicht 4 verbleibt. Insbesondere ist die Luftschicht 4 auf jeder Seite der Stromleitung 2 angeordnet, so dass die Luftschicht 4 die Stromleitung 2 von der jeweiligen
Innenseite 7 des magnetischen Kerns 3 trennt. Dementsprechend berühren sich der magnetische Kern 3 und die Stromleitung 2 nicht unmittelbar.
Ferner weist der magnetische Kern 3 den ersten Spalt 5 auf. Der erste Spalt 5 erstreckt sich durch den magnetischen Kern 3. Insbesondere verbindet der erste Spalt 5 eine Außenseite 6 des magnetischen Kerns 3 mit einer Innenseite 7 des
magnetischen Kerns 3. In dem ersten Spalt 5 ist ein erstes magnetsensitives Element 8 angeordnet.
Ferner weist der magnetische Kern 3 in dem in Figur 1
gezeigten Ausführungsbeispiel den zweiten Spalt 9 auf. Der zweite Spalt 9 ist an einer anderen Stelle als der erste Spalt 8 angeordnet.
Ändert sich nun ein durch die Stromleitung 2 fließender
Gleichstrom oder weist ein durch die Stromleitung 2
fließender Gleichstrom Wechselstromanteile auf, wird in beiden Fällen ein magnetisches Feld induziert, das die
Stromleitung 2 umgibt. Durch den magnetischen Kern 3 wird das magnetische Feld eingefangen und geformt. Insbesondere ist der magnetische Kern 3 dazu ausgestaltet, das magnetische Feld zu dem ersten magnetsensitiven Element 8 hinzuleiten. Dementsprechend sorgt der magnetische Kern 3 dafür, dass am Ort des ersten magnetsensitiven Elementes 8 eine besonders hohe Feldstärke vorliegt.
Das erste magnetsensitive Element 8 ist dazu ausgestaltet, die magnetische Flussdichte an seinem Ort zu messen.
Beispielsweise kann das erste magnetsensitive Element 8 einen Hall-Sensor aufweisen. Ferner ist das erste magnetsensitive Element 8 mit einer ersten Auswerteeinheit 10 verschaltet. Insbesondere können das erste magnetsensitive Element 8 und die erste Auswerteeinheit 10 auf einem gemeinsamen Chip angeordnet sein. Die erste Auswerteeinheit 10 ist nunmehr dazu ausgestaltet, auf Basis der von dem ersten
magnetsensitiven Element 8 gemessenen magnetischen Feldstärke die in der Stromleitung 2 vorliegende Stromstärke zu
berechnen .
Figur 2 zeigt eine seitliche Ansicht des in Figur 1 im
Querschnitt dargestellten Sensors 1. In Figur 2 ist
dargestellt, dass die Stromleitung 2 ferner mit einem
Kondensator 11 verschaltet ist. Ein erster Anschluss 12 des Kondensators 11 ist elektrisch mit der Stromleitung 2
kontaktiert. Ferner weist der Kondensator 11 einen zweiten Anschluss 13 auf. Der zweite Anschluss 13 des Kondensators 11 kann beispielsweise mit einem Referenzpotential (nicht gezeigt) verbunden sein. Bei dem Referenzpotential kann es sich beispielsweise um ein Gehäuse handeln, an dem ein
Massepotential vorliegt. Alternativ kann der Kondensator 11 mit einer weiteren Stromleitung oder mit einem weiteren
Kondensator verbunden sein.
Der magnetische Kern 3 und die Stromleitung 2 bilden eine Induktivität. Aufgrund der Luftschicht 4, die zwischen dem magnetischen Kern 3 und der Stromleitung 2 angeordnet ist, bildet sich die Induktivität. Zusammen mit der Kapazität des Kondensators 11 bildet diese Induktivität ein LC-Filter. Das LC-Filter bildet hier eine Filterschaltung zur
elektromagnetischen Verträglichkeit aus. Insbesondere kann das Filter Wechselstromanteile eines durch die Stromleitung 2 fließenden Stroms unterdrücken. Beispielsweise kann im
Wesentlichen ein Gleichstrom durch die Stromleitung 2
fließen, der jedoch Oberwellen mit einem Wechselstromanteil aufweist. Das LC-Filter ist dazu ausgestaltet, diese
Oberwellen auszufiltern .
In Figur 2 ist ferner ein zweiter optionaler magnetischer Kern 14 dargestellt. Der zweite magnetische Kern 14 ist baugleich zu dem ersten magnetischen Kern 3 und umschließt ebenfalls die Stromleitung 2 zumindest teilweise. In dem zweiten magnetischen Kern 14 ist jedoch kein magnetsensitives Element angeordnet.
Auch zwischen dem zweiten magnetischen Kern 14 und der
Stromleitung 2 ist eine Luftschicht angeordnet, die dafür sorgt, dass der zweite magnetische Kern 14 und die
Stromleitung 2 ebenfalls eine Induktivität ausbilden. Die beiden Induktivitäten und die Kapazität des Kondensators 11 bilden in dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ein LCL-Filter aus, das zur elektromagnetischen Verträglichkeit beiträgt. Ferner können weitere Induktivitäten und/oder weitere Kondensatoren vorgesehen sein, die weitere L- oder C- Glieder einer Filterschaltung ausbilden.
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Sensors 1. Der in Figur 3 gezeigte Sensor 1 unterscheidet sich von dem in Figur 1 gezeigten Sensor 1 lediglich dahingehend, dass in dem zweiten Spalt 9 des magnetischen Kerns 3 ein zweites magnetsensitives Element 15 angeordnet ist. Das zweite magnetsensitive Element 15 ist ebenfalls zur Messung der magnetischen Feldstärke eines durch die Stromleitung 2 fließenden Stroms ausgelegt. Das zweite magnetsensitive
Element 15 ist auf einem Chip angeordnet, auf dem eine zweite Auswerteeinheit 16 angeordnet ist. Die zweite Auswerteeinheit 16 berechnet wiederum aus den Messdaten des zweiten magnetsensitiven Elementes 15 die Stromstärke des durch die Stromleitung 2 fließenden Stroms.
Durch die Verwendung zweier magnetsensitiver Elemente 8, 15 kann die Messgenauigkeit erhöht werden. Darüber hinaus ermöglicht es die Verwendung zweier magnetsensitiver Elemente 8, 15, eine differentielle Messung vorzunehmen.
Bezugs zeichenliste
1 Sensor
2 Stromleitung
3 magnetischer Kern
4 Luftschicht
5 erster Spalt
6 Außenseite des magnetischen Kerns
7 Innenseite des magnetischen Kerns
8 erste magnetsensitive Element
9 zweiter Spalt
10 erste Auswerteeinheit
11 Kondensator
12 erster Anschluss
13 zweiter Anschluss
14 zweiter magnetischer Kern
15 zweite magnetsensitive Element
16 zweite Auswerteeinheit

Claims

Sensor (1), aufweisend:
eine Stromleitung (2), wobei der Sensor (1) dazu ausgestaltet ist, eine Stromstärke eines durch die
Stromleitung (2) fließenden Stroms zu messen,
ein erstes magnetsensitives Element (8), und
einen magnetischen Kern (3), der die Stromleitung (2) zumindest teilweise umschließt und der einen ersten
Spalt (5) aufweist,
wobei das erste magnetsensitive Element (8) in dem ersten Spalt (5) des magnetischen Kerns (3) angeordnet ist, und
wobei die Stromleitung (2) und der magnetische Kern (3) eine Induktivität ausbilden und mit einem Kondensator (11) zu einer Filterschaltung verschaltet sind.
Sensor (1) gemäß Anspruch 1,
wobei die Filterschaltung zur Unterdrückung von
Wechselstromanteilen eines durch die Stromleitung (2) fließenden Stroms geeignet ist.
Sensor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Filterschaltung weitere Induktivitäten und/oder weitere Kondensatoren aufweist.
Sensor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der magnetische Kern (3) einen zweiten Spalt (9) aufweist und ein zweites magnetsensitives Element (15) in dem zweiten Spalt (9) angeordnet ist.
Sensor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste magnetsensitive Element (8) einen Hall- Sensor (1) aufweist.
Sensor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste magnetsensitive Element (8) mit einer Auswerteeinheit (10) verschaltet ist, die dazu
ausgestaltet ist, aus einer von dem ersten
magnetsensitiven Element (8) gemessenen magnetischen Feldstärke die Stromstärke des durch die Stromleitung (2) fließenden Stroms zu berechnen.
Sensor (1) gemäß Anspruch 6,
wobei das erste magnetsensitive Element (8) und die Auswerteeinheit (10) auf einem gemeinsamen Chip
angeordnet sind.
Sensor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Stromleitung (2) derart in dem magnetischen Kern (3) angeordnet ist, dass zwischen der Stromleitung
(2) und dem magnetischen Kern (3) eine Luftschicht (4) angeordnet ist.
Sensor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sensor (1) einen weiteren magnetischen Kern
(3) aufweist, der die Stromleitung (2) zumindest teilweise umschließt.
Schaltungsanordnung, aufweisend
einen Wandler zur Umwandlung elektrischer Spannungen und einen Sensor (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020109084A1 (de) * 2018-11-27 2020-06-04 Phoenix Contact Gmbh & Co.Kg Lagekompensierte strommesseinrichtung

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018123204A1 (de) 2018-09-20 2020-03-26 Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh Formteil zur Aufnahme eines C-förmigen Magnetfeldkonzentrationselements, Magnetfeldkonzentrationsvorrichtung und Stromrichter

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH343529A (de) * 1955-06-10 1959-12-31 Siemens Ag Elektrischer Messumformer für Wechselstromgrössen
US6429639B1 (en) * 1997-01-21 2002-08-06 International Rectifier Corporation Combined filter inductor and hall current sensor
EP1406067A2 (de) * 2002-08-31 2004-04-07 Robert Bosch Gmbh Hochgenauer Hall-Sensor mit mehreren Kontaktpaaren
US20070090826A1 (en) * 2005-10-21 2007-04-26 Denso Corporation Current sensor
US20140125430A1 (en) * 2012-11-08 2014-05-08 Mitsubishi Electric Corporation Noise filter

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5982645A (en) * 1992-08-25 1999-11-09 Square D Company Power conversion and distribution system
US20070279053A1 (en) 2006-05-12 2007-12-06 Taylor William P Integrated current sensor
US9019043B2 (en) 2011-12-20 2015-04-28 Schaffner Emv Ag Feed through EMC filter
EP2682762A1 (de) * 2012-07-06 2014-01-08 Senis AG Stromwandler zum Messen von Strom, magnetischer Wandler und Stromleckagenerkennungssystem und -verfahren

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH343529A (de) * 1955-06-10 1959-12-31 Siemens Ag Elektrischer Messumformer für Wechselstromgrössen
US6429639B1 (en) * 1997-01-21 2002-08-06 International Rectifier Corporation Combined filter inductor and hall current sensor
EP1406067A2 (de) * 2002-08-31 2004-04-07 Robert Bosch Gmbh Hochgenauer Hall-Sensor mit mehreren Kontaktpaaren
US20070090826A1 (en) * 2005-10-21 2007-04-26 Denso Corporation Current sensor
US20140125430A1 (en) * 2012-11-08 2014-05-08 Mitsubishi Electric Corporation Noise filter

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020109084A1 (de) * 2018-11-27 2020-06-04 Phoenix Contact Gmbh & Co.Kg Lagekompensierte strommesseinrichtung
BE1026805B1 (de) * 2018-11-27 2020-06-30 Phoenix Contact Gmbh & Co Lagekompensierte Strommesseinrichtung
US11885833B2 (en) 2018-11-27 2024-01-30 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Position-compensated current measuring device

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