WO2018019501A1 - Abstandhalter zum elektrischen isolieren eines bestrombaren anschlussbolzens von einem ringförmigen stromsensor - Google Patents

Abstandhalter zum elektrischen isolieren eines bestrombaren anschlussbolzens von einem ringförmigen stromsensor Download PDF

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WO2018019501A1
WO2018019501A1 PCT/EP2017/065689 EP2017065689W WO2018019501A1 WO 2018019501 A1 WO2018019501 A1 WO 2018019501A1 EP 2017065689 W EP2017065689 W EP 2017065689W WO 2018019501 A1 WO2018019501 A1 WO 2018019501A1
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WO
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spacer
current sensor
insulating body
power module
stop
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PCT/EP2017/065689
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Inventor
Richard Friede
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02—General constructional details
    • G01R1/04—Housings; Supporting members; Arrangements of terminals
    • 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
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/364—Battery terminal connectors with integrated measuring arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a spacer for electrically isolating a power supply pin from an annular current sensor.
  • an annular ferromagnetic core In order to measure an electric current flow through an electrical conductor, an annular ferromagnetic core can be arranged around the conductor, in which then a magnetic field is induced by the current flow.
  • the magnetic field can be evaluated by various measuring methods. To measure the magnetic field, it is necessary for the core to be electrically isolated from the conductor.
  • the present invention provides an improved spacer for electrically isolating an energizable terminal bolt from an annular current sensor, an improved current sensor, an improved current measuring device, a power module device, and a method of manufacturing a current sensor according to the main claims.
  • Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the description below.
  • the electrical conductor may be isolated from the toroidal core by an air gap.
  • a necessary width of the air gap depends on an electrical voltage applied to the conductor. If the air gap is too narrow, leakage currents and / or flashovers between the conductor and the core may occur.
  • an electrically insulating component is introduced between the conductor and the core.
  • the component ensures the necessary width of the gap.
  • the component can be designed as a cost plastic injection molded part.
  • a spacer is provided for electrically isolating an energizable terminal bolt from an annular current sensor, wherein the spacer a tubular insulating body which can be arranged in a gap between the terminal bolt and the current sensor.
  • An insulating Under a spacer, an insulating can be understood.
  • An insulating body may have a ring-shaped closed and circulating around an interior wall. The spacer may be placed in a breakthrough of the current sensor before the terminal bolt is inserted into the aperture. The insulating body can follow a contour of the gap.
  • the insulating body may have a substantially hollow cylindrical shape.
  • An inner diameter of the insulating body may substantially correspond to an outer diameter of the connecting bolt.
  • an outer diameter of the insulating body substantially correspond to an inner diameter of the current sensor.
  • the connecting bolt may have a cylindrical cross-section.
  • the breakdown of the current sensor may be substantially circular. A round shape is easy to produce.
  • the insulating body may have a substantially uniform wall thickness. Due to a uniform wall thickness, the gap can have a uniform width. As a result, a circumferentially uniform induction in the connecting bolt can be achieved.
  • the spacer may have a latching device which is integrally connected to the insulating body and is adapted to the insulating body on the
  • Lock current sensor By a latching device, the spacer can be reliably connected loss with the current sensor.
  • the latching device may have at least one bending spring with a latching lug arranged at a free end of the spiral spring.
  • An outer contour and an inner contour of the spiral spring can essentially correspond to an outer contour and an inner contour of the insulating body.
  • the locking lug can project beyond the outer contour of the insulating body.
  • a catch can be a projection that can be inserted in locked state behind an undercut snaps. Until latching, the locking nose is displaced, whereby the bending spring is tensioned.
  • the latching device may comprise a plurality of bending springs.
  • the bending springs can be distributed over a circumference of the insulating body.
  • the bending springs can be spaced apart by gaps. By means of several bending springs and locking lugs, the spacer can be centered during the insertion in the opening of the current sensor.
  • the spacer may comprise a stop device, which is integrally connected to the insulating body and is adapted to arrange the spacer in a proper position to the current sensor. By a stop means, the spacer can be inserted up to a predetermined position in the opening.
  • the stop device acts with a corresponding stop device of the current sensor.
  • the stop device may have at least one abutment surface arranged at one end of the insulating body for abutment with the current sensor.
  • the stop surface can project beyond the outer contour of the insulating body.
  • the stop device may have a plurality of stop surfaces.
  • the abutment surfaces can be arranged distributed over a circumference of the insulating body.
  • the abutment surfaces may be spaced apart by gaps.
  • the bending springs and the stop surfaces can be arranged offset from one another.
  • the bending springs may be substantially as wide as a gap between two abutment surfaces.
  • the abutment surfaces may be substantially as wide as a gap between two bending springs.
  • a stop surface can each be arranged centrally between two bending springs. With this arrangement, the spacer can be manufactured using a single-split injection molding tool.
  • a current sensor is presented with a spacer according to the approach presented here.
  • the current sensor has an annular core.
  • the spacer is arranged in an opening of the current sensor.
  • the current measuring device has a printed circuit board with at least one current sensor arranged thereon in accordance with the approach presented here.
  • the breakdown of the current sensor is arranged in the region of a section of the printed circuit board and is adapted to receive a connection pin of a power module that can be arranged by the spacer and can be arranged transversely to a main extension plane of the printed circuit board.
  • a power module device having the following features is presented: a power module having at least one connection bolt aligned transversely to a main extension plane of the power module; and a current measuring device according to the approach presented here, wherein the circuit board is arranged substantially parallel to the main extension plane of the power module, wherein the terminal bolt is arranged in the opening of the current sensor, through the spacer electrically from the
  • a method for producing a current sensor is also advantageous, the method having the following steps:
  • FIG. 1 shows a sectional view through a power module device according to an embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view of a spacer according to one embodiment
  • FIG. 3 is a sectional view through a spacer according to an embodiment
  • FIG. 4 shows an illustration of a spacer according to an exemplary embodiment
  • 5 shows an illustration of a power module device according to an embodiment
  • FIG. 6 shows a flow chart of a method for producing a current sensor according to an exemplary embodiment.
  • the power module device 100 includes a power module 102 and a current measuring device 104.
  • the current measuring device 104 is arranged on a printed circuit board 106, which is arranged at a distance parallel to the power module 100.
  • a current sensor 108 of the current measuring device 104 is arranged on the circuit board 106.
  • the printed circuit board 106 is connected to the power module 102, screwed here, for example.
  • the current sensor 108 has an annular ferromagnetic core 110 having a central opening 12.
  • the opening 1 12 is disposed over a recess 1 14 of the circuit board 106.
  • the terminal bolt 1 16 is an electrical conductor which is screwed onto a contact surface 120 of the power module 102 using a nut 1 18 arranged in a recess of the power module 102.
  • a bus bar in the form of a so-called bus bar 126.
  • the busbar 126 is thus arranged by the connecting bolt 1 16 in a plane parallel to the power module 102.
  • a spacer 128 is arranged according to the approach presented here.
  • the spacer 128 ensures a minimum distance between the core 1 10 and the terminal pin 1 16. Due to the minimum distance of the core 1 10 of the terminal bolt 1 16 is electrically isolated. The minimum distance depends on an electrical voltage to be applied to the connecting bolt 16.
  • a magnetic field is induced in the core 110.
  • the magnetic field is proportional to the current flow.
  • the magnetic field is evaluated by the current measuring device 104 via signal contacts 130 of the current sensor 108.
  • the spacer 128 is latched to the current sensor 108 using a latch 132.
  • the spacer 128 has been inserted with the latching device 132 ahead in a breakthrough 1 16 of the current sensor 108 until the latching device 132 engages at a Verraststelle 134 of the current sensor 108.
  • a stop device 136 of the spacer 128 bears against a stop face 138 of the current sensor 108 which is oriented transversely to the aperture 12.
  • the stop device 136 is arranged on one of the latching device 132 opposite end of the spacer 128.
  • the latching point 134 is connected to ner arranged to the power module 102 side of the current sensor 108.
  • the stop face 138 is arranged on a side of the current sensor 108 facing away from the power module 102.
  • the connecting pin 1 16 here has a hex flange 140 for screwing into the power module 102.
  • the hex flange 140 forms a bearing surface or contact surface for the bus bar 126.
  • the core 1 10 of the current sensor 108 is enclosed by a thin-walled housing.
  • the housing is in two parts and has in the region of the opening 1 12 a parallel to the stop surface 138 aligned contact point 142 between the housing parts.
  • FIG. 2 shows a spatial representation of a spacer 128 according to an exemplary embodiment.
  • the spacer 128 essentially corresponds to the spacer in FIG. 1.
  • the spacer has an annular insulating body 200.
  • the insulating body 200 is thin-walled and forms on an inner side an outer contour of the connecting bolt shown in FIG.
  • an inner diameter of the insulating body 200 is within a tolerance range greater than or equal to an outer diameter of the connecting bolt.
  • On an outer side of the insulating body 200 forms an inner contour of the current sensor shown in Fig. 1 from.
  • an outer diameter of the insulating body 200 is within a tolerance range less than or equal to an inner diameter of the aperture.
  • the insulating body 200 as a latching device 132 a plurality, here for example six identical bending springs 202, which extend a contour of the insulating body 200.
  • the bending springs 202 are aligned axially to the insulating body 200.
  • the bending springs 202 each have an outwardly directed latching lug 204.
  • the latching lugs 204 project beyond the outer contour of the insulating body 200.
  • the torsion springs 202 are spaced apart from each other by spring interspaces 206 and distributed uniformly over a circumference of the insulating body 200.
  • the insulating body 200 as a stopper 136 six stop surfaces 208.
  • the abutment surfaces 208 project beyond the outer contour of the insulating body 200.
  • the stop surfaces 208 are aligned radially to the insulating body 200.
  • the abutment surfaces 208 are spaced from each other by abutment surface spaces 210 and distributed uniformly over a circumference of the insulator 200.
  • the abutment surfaces 208 are substantially as wide as the spring interspaces 206.
  • the flexures 202 are substantially as wide as the abutment surface spaces 210.
  • One abutment surface 208 is disposed in each extension of a spring clearance 206. Specifically, a width of the stopper surfaces 208 is less than or equal to a width of the spring gaps 206, and a width of the bending springs 202 is less than or equal to a width of the stopper surface gaps 210.
  • Fig. 3 shows a sectional view through a spacer 128 according to an embodiment of the present invention.
  • the spacer 128 essentially corresponds to the spacer shown in FIG. 2.
  • the spacer 128 is here cut in the region of two opposing bending springs 202 and locking lugs 204.
  • the locking lugs 204 have a triangular shape or wedge shape. When inserted into the opening of the current sensor, the detents 204 slide on an insertion edge of the opening via an insertion bevel 300 and are displaced in the direction of a central axis of the spacer 128.
  • the bending springs 202 are deformed and the locking lugs 204 are pressed with a resulting spring force against an inner surface of the opening.
  • the spacer 128 is inserted so far into the opening until the stop surfaces 208 rest on the stop surface of the current sensor and the locking lugs 204 emerge from an opposite side of the opening again from the opening.
  • the latching lugs 204 slide on a latching edge of the opening via latching surfaces 302 and the bending springs 202 are relaxed.
  • the latching surfaces 302 form an undercut behind the latching edge of the current sensor.
  • FIG 4 shows an illustration of a spacer 128 according to an exemplary embodiment.
  • the spacer 128 substantially corresponds to the spacer in FIGS. 2 and 3.
  • the spacer 128 is shown in a plan view in the direction of the center axis of the circular-cylindrical insulating body 200.
  • Two locking lugs 204 and two bearing surfaces 208 are arranged diametrically opposite one another.
  • FIGS. 2 to 4 show a plan view, a sectional view and an isometric view of a snap-action insulating element 128 for current sensors.
  • FIG. 5 shows an illustration of a power module device 100 according to an exemplary embodiment.
  • the power module device 100 substantially corresponds to the power module device 100 in FIG. 1.
  • the power module device 100 has two further power modules 102 and current sensors 108.
  • the power module device 100 is suitable for three phases. All of the current sensors 108 are arranged on the same circuit board 106.
  • FIG. 5 shows a sectional view through a power module 102 with mounted terminal pin 1 16, by a circuit board 106 with
  • terminal bolts 1 16 are mounted to power management on a power module.
  • a circuit board 106 having one or more annular current sensors 108 is mounted on the power module 102.
  • 16 busbars 126 are mounted on the connecting pins.
  • the connecting bolts 16 can have, as a drive for screwing to the power module, either a hexagon projecting beyond the diameter or a hexagon reducing the diameter.
  • the connecting bolts 1 16 have an internal thread or a pin with external thread.
  • the housing of the current sensor is in two parts and includes a ferrite, which is connected to the ground potential of the circuit board 106. Since the terminal pin 1 16 performs a high-voltage voltage during operation, compliance with creepage and clearance distances to the ferrite of the current sensor 108 is required. At the contact point of the two housing parts, only a slight overlap of the plastic is provided, which is why at this point with a large connecting bolt diameter, which is necessary for conducting high currents, the air and creepage distances to the ferrite can be undershot. This can be compensated for by reducing a cross section of the ferrite at this point, but this reduces the current carrying capacity. Also, the bolt can be isolated. This insulation can be realized by overmolding with plastic.
  • the insulation is realized by a spacer 128.
  • the spacer 128 may be referred to as an insulating member 128.
  • the spacer 128 is realized as an easy-to-manufacture injection molded part 128 for demolding from a two-part injection mold and is mounted in the bore of the current sensor 108.
  • the insulating element 128 locks with the formed snap hooks on the lower edge of the current sensor 108 and covers in its upper region the junction of current sensor housing and current sensor cover.
  • the insulating member 128 can be designed so that the signal contacts 130 of the current sensor 108 are isolated to the terminal pin 16, but this is not shown in the illustrations.
  • FIG. 6 shows a flowchart of a method for manufacturing a
  • the method includes a step 600 of providing and a step 602 of inserting.
  • step 600 of providing a ferrite core with an aperture and a spacer are provided.
  • step 602 of insertion the spacer is inserted into the aperture of the ferrite core until it bears against the ferrite core and is locked to the ferrite core.
  • an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature
  • this can be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment, either only the first Feature or only the second feature.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Abstandhalter (128) zum elektrischen Isolieren eines bestrombaren Anschlussbolzens (116) von einem ringförmigen Stromsensor (108), wobei der Abstandhalter (128) einen rohrförmigen Isolierkörper aufweist, der in einem Spalt zwischen dem Anschlussbolzen (116) und dem Stromsensor (108) anordenbar ist.

Description

Abstandhalter zum elektrischen Isolieren eines bestrombaren Anschlussbolzens von einem ringförmigen Stromsensor
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Abstandhalter zum elektrischen Isolieren eines bestrombaren Anschlussbolzens von einem ringförmigen Stromsensor.
Um einen elektrischen Stromfluss durch einen elektrischen Leiter zu messen, kann ein ringförmiger ferromagnetischer Kern um den Leiter angeordnet werden, in welchem dann durch den Stromfluss ein Magnetfeld induziert wird. Das Magnetfeld kann durch verschiedene Messmethoden ausgewertet werden. Zum Messen des Magnetfelds ist es erforderlich, dass der Kern elektrisch von dem Leiter isoliert ist.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung einen verbesserten Abstandhalter zum elektrischen Isolieren eines bestrombaren Anschlussbolzens von einem ringförmigen Stromsensor, einen verbesserten Stromsensor, eine verbesserte Strommessvorrichtung, eine Leistungsmodulvorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Stromsensors gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Der elektrische Leiter kann durch einen Luftspalt von dem Ringkern isoliert sein. Eine notwendige Breite des Luftspalts ist abhängig von einer an dem Leiter anliegenden elektrischen Spannung. Wenn der Luftspalt zu schmal ist, kann es zu Kriechströmen und/oder Überschlägen zwischen dem Leiter und dem Kern kommen.
Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird ein elektrisch isolierendes Bauteil zwischen den Leiter und den Kern eingebracht. Das Bauteil stellt die notwendige Breite des Spalts sicher. Das Bauteil kann als kostengünstiges Kunststoffspritzteil ausgeführt werden.
Es wird ein Abstandhalter zum elektrischen Isolieren eines bestrombaren Anschlussbolzens von einem ringförmigen Stromsensor vorgestellt, wobei der Abstandhalter einen rohrförmigen Isolierkörper aufweist, der in einem Spalt zwischen dem Anschlussbolzen und dem Stromsensor anordenbar ist.
Unter einem Abstandhalter kann ein Isolierelement verstanden werden. Ein Isolierkörper kann eine ringförmig geschlossene und um einen Innenraum umlaufende Wand aufweisen. Der Abstandhalter kann in einem Durchbruch des Stromsensors angeordnet werden, bevor der Anschlussbolzen in den Durchbruch eingeführt wird. Der Isolierkörper kann einer Kontur des Spalts folgen.
Der Isolierkörper kann eine im Wesentlichen hohlzylindrische Form aufweisen. Ein Innendurchmesser des Isolierkörpers kann einem Außendurchmesser des Anschlussbolzens im Wesentlichen entsprechen. Alternativ oder ergänzend kann ein Außendurchmesser des Isolierkörpers einem Innendurchmesser des Stromsensors im Wesentlichen entsprechen. Der Anschlussbolzen kann einen zylindrischen Leitungsquerschnitt aufweisen. Der Durchbruch des Stromsensors kann im Wesentlichen kreisförmig sein. Eine runde Form ist einfach herstellbar.
Der Isolierkörper kann eine im Wesentlichen gleichmäßige Wandstärke aufweisen. Durch eine gleichmäßige Wandstärke kann der Spalt eine gleichmäßige Breite aufweisen. Dadurch kann eine umlaufend gleichmäßige Induktion im Anschlussbolzen erreicht werden.
Der Abstandhalter kann eine Rasteinrichtung aufweisen, die mit dem Isolierkörper einstückig verbunden ist und dazu ausgebildet ist, den Isolierkörper an dem
Stromsensor zu verrasten. Durch eine Rasteinrichtung kann der Abstandhalter verlustsicher mit dem Stromsensor verbunden werden.
Die Rasteinrichtung kann zumindest eine Biegefeder mit einer an einem freien Ende der Biegefeder angeordneten Rastnase aufweisen. Eine Außenkontur und eine Innenkontur der Biegefeder können im Wesentlichen einer Außenkontur und einer Innenkontur des Isolierkörpers entsprechen. Die Rastnase kann über die Außenkontur des Isolierkörpers überstehen. Eine Rastnase kann ein Vorsprung sein, der in einge- rastetem Zustand hinter einem Hinterschnitt einrastet. Bis zum Einrasten wird die Rastnase verdrängt, wodurch die Biegefeder gespannt wird.
Die Rasteinrichtung kann eine Mehrzahl von Biegefedern aufweisen. Die Biegefedern können über einen Umfang des Isolierkörpers verteilt angeordnet sein. Die Biegefedern können durch Zwischenräume voneinander beabstandet sein. Durch mehrere Biegefedern und Rastnasen kann der Abstandhalter während des Einschiebens in dem Durchbruch des Stromsensors zentriert werden.
Der Abstandhalter kann eine Anschlageinrichtung aufweisen, die mit dem Isolierkörper einstückig verbunden ist und dazu ausgebildet ist, den Abstandhalter in einer bestimmungsgemäßen Position zum Stromsensor anzuordnen. Durch eine Anschlageinrichtung kann der Abstandhalter bis zu einer vorbestimmten Position in den Durchbruch eingeschoben werden. Die Anschlageinrichtung wirkt mit einer korrespondierenden Anschlageinrichtung des Stromsensors.
Die Anschlageinrichtung kann zumindest eine an einem Ende des Isolierkörpers angeordnete Anschlagfläche zum Anschlagen an den Stromsensor aufweisen. Die Anschlagfläche kann über die Außenkontur des Isolierkörpers überstehen. Durch eine quer zu einer Einschubrichtung des Abstandhalters in den Durchbruch ausgerichtete Anschlagfläche kann der Abstandhalter an einer vorbestimmten Position positioniert werden.
Die Anschlageinrichtung kann eine Mehrzahl von Anschlagflächen aufweisen. Die Anschlagflächen können über einen Umfang des Isolierkörpers verteilt angeordnet sein. Die Anschlagflächen können durch Zwischenräume voneinander beabstandet sein. Durch eine Mehrzahl von Anschlagflächen kann ein Verkippen des Abstandhalters in dem Durchbruch verhindert werden.
Die Biegefedern und die Anschlagflächen können versetzt zueinander angeordnet sein. Die Biegefedern können im Wesentlichen so breit sein, wie ein Zwischenraum zwischen zwei Anschlagflächen. Die Anschlagflächen können im Wesentlichen so breit sein, wie ein Zwischenraum zwischen zwei Biegefedern. Eine Anschlagfläche kann jeweils mittig zwischen zwei Biegefedern angeordnet sein. Durch diese Anordnung kann der Abstandhalter unter Verwendung eines einfach geteilten Spritzgusswerkzeugs hergestellt werden.
Weiterhin wird ein Stromsensor mit einem Abstandhalter gemäß dem hier vorgestellten Ansatz vorgestellt. Der Stromsensor weist einen ringförmigen Kern auf. Der Abstandhalter ist in einem Durchbruch des Stromsensors angeordnet.
Ferner wird eine Strommessvorrichtung vorgestellt. Die Strommessvorrichtung weist eine Leiterplatte mit zumindest einem darauf angeordneten Stromsensor gemäß dem hier vorgestellten Ansatz auf. Der Durchbruch des Stromsensors ist im Bereich eines Ausschnitts der Leiterplatte angeordnet und dazu ausgebildet, einen durch den Abstandhalter elektrisch isolierbaren quer zu einer Haupterstreckungsebene der Leiterplatte anordenbaren Anschlussbolzen eines Leistungsmoduls aufzunehmen.
Weiterhin wird eine Leistungsmodulvorrichtung mit folgenden Merkmalen vorgestellt: einem Leistungsmodul mit zumindest einem quer zu einer Haupterstreckungsebene des Leistungsmoduls ausgerichteten Anschlussbolzen; und einer Strommessvorrichtung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz, wobei die Leiterplatte im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsebene des Leistungsmoduls beabstandet angeordnet ist, wobei der Anschlussbolzen in dem Durchbruch des Stromsensors angeordnet ist, durch den Abstandhalter elektrisch von dem
Stromsensor isoliert ist und an einem dem Leistungsmodul gegenüberliegenden Ende unter Verwendung eines Busbars elektrisch leitend kontaktiert ist.
Von Vorteil ist auch ein Verfahren zum Herstellen eines Stromsensors, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen eines ringförmigen Kerns und eines Abstandhalters gemäß dem hier vorgestellten Ansatz; und Einschieben des Abstandhalters in einem Durchbruch des Kerns.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine Leistungsmodulvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine räumliche Darstellung eines Abstandhalters gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch einen Abstandhalter gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine Darstellung eines Abstandhalters gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 5 eine Darstellung einer Leistungsmodulvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Stromsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Leistungsmodulvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Leistungsmodulvorrichtung 100 weist ein Leistungsmodul 102 und eine Strommessvorrichtung 104 auf. Die Strommessvorrichtung 104 ist auf einer Leiterplatte 106 angeordnet, die in einem Abstand parallel zu dem Leistungsmodul 100 angeordnet ist. Auf der Leiterplatte 106 ist ein Stromsensor 108 der Strommessvorrichtung 104 angeordnet. Die Leiterplatte 106 ist mit dem Leistungsmodul 102 verbunden, hier beispielsweise verschraubt. Der Stromsensor 108 weist einen ringförmigen ferromagnetischen Kern 1 10 mit einem mittigen Durchbruch 1 12 auf. Der Durchbruch 1 12 ist über einer Aussparung 1 14 der Leiterplatte 106 angeordnet. In dem Durchbruch 1 12 und der Aussparung 1 14 ist ein Anschlussbolzen 1 16 des Leistungsmoduls 102 angeordnet. Der Anschlussbolzen 1 16 ist ein elektrischer Leiter, der unter Verwendung einer in einer Aussparung des Leistungsmoduls 102 angeordneten Mutter 1 18 auf eine Kontaktfläche 120 des Leistungsmoduls 102 geschraubt ist. An einem dem Leistungsmodul 102 gegenüberliegenden Ende des Anschlussbolzens 1 16 ist unter Verwendung einer in ein Innengewinde des Anschlussbolzens 1 16 eingeschraubten Schraube 122 und einer Unterlegscheibe 124 eine Sammelschiene in Form eines sogenannten Busbar 126 verschraubt. Der Busbar 126 ist damit durch den Anschlussbolzen 1 16 in einer Parallelebene zu dem Leistungsmodul 102 angeordnet.
Zwischen dem Anschlussbolzen 1 16 und dem Kern 1 10 ist ein Abstandhalter 128 gemäß dem hier vorgestellten Ansatz angeordnet. Der Abstandhalter 128 stellt einen Mindestabstand zwischen dem Kern 1 10 und dem Anschlussbolzen 1 16 sicher. Durch den Mindestabstand ist der Kern 1 10 von dem Anschlussbolzen 1 16 elektrisch isoliert. Der Mindestabstand ist abhängig von einer an den Anschlussbolzen 1 16 anzulegenden elektrischen Spannung.
Wenn ein elektrischer Strom durch den Anschlussbolzen 1 16 fließt, wird in dem Kern 1 10 ein Magnetfeld induziert. Das Magnetfeld ist proportional zu dem Stromfluss. Das Magnetfeld wird von der Strommessvorrichtung 104 über Signalkontakte 130 des Stromsensors 108 ausgewertet.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Abstandhalter 128 unter Verwendung einer Rasteinrichtung 132 an dem Stromsensor 108 verrastet. Dazu ist der Abstandhalter 128 mit der Rasteinrichtung 132 voraus in einen Durchbruch 1 16 des Stromsensors 108 eingeschoben worden, bis die Rasteinrichtung 132 an einer Verraststelle 134 des Stromsensors 108 einrastet. Wenn die Rasteinrichtung 132 an der Verraststelle 134 einrastet, liegt eine Anschlageinrichtung 136 des Abstandhalters 128 an einer quer zu dem Durchbruch 1 12 ausgerichteten Anschlagfläche 138 des Stromsensors 108 an.
Hier ist die Anschlageinrichtung 136 an einem der Rasteinrichtung 132 gegenüberliegenden Ende des Abstandhalters 128 angeordnet. Die Verraststelle 134 ist an ei- ner zu dem Leistungsmodul 102 zugewandten Seite des Stromsensors 108 angeordnet. Die Anschlagfläche 138 ist auf einer von dem Leistungsmodul 102 abgewandten Seite des Stromsensors 108 angeordnet.
Der Anschlussbolzen 1 16 weist hier zum Einschrauben in das Leistungsmodul 102 einen Sechskantflansch 140 auf. Der Sechskantflansch 140 bildet eine Auflagefläche beziehungsweise Kontaktfläche für den Busbar 126 aus.
Der Kern 1 10 des Stromsensors 108 ist durch ein dünnwandiges Gehäuse umschlossen. Das Gehäuse ist zweiteilig und weist im Bereich des Durchbruchs 1 12 eine parallel zu der Anschlagfläche 138 ausgerichtete Kontaktstelle 142 zwischen den Gehäuseteilen auf.
Fig. 2 zeigt eine räumliche Darstellung eines Abstandhalters 128 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Abstandhalter 128 entspricht dabei im Wesentlichen dem Abstandhalter in Fig. 1 . Der Abstandhalter weist einen kreisringförmigen Isolierkörper 200 auf. Der Isolierkörper 200 ist dünnwandig und bildet auf einer Innenseite eine Außenkontur des in Fig. 1 dargestellten Anschlussbolzens ab. Insbesondere ist ein Innendurchmesser des Isolierkörpers 200 innerhalb eines Toleranzbereichs größer oder gleich einem Außendurchmesser des Anschlussbolzens. Auf einer Außenseite bildet der Isolierkörper 200 eine Innenkontur des in Fig. 1 dargestellten Stromsensors ab. Insbesondere ist ein Außendurchmesser des Isolierkörpers 200 innerhalb eines Toleranzbereichs kleiner oder gleich einem Innendurchmesser des Durchbruchs.
An einem ersten Ende weist der Isolierkörper 200 als Rasteinrichtung 132 eine Mehrzahl, hier beispielsweise sechs gleichartige Biegefedern 202 auf, die eine Kontur des Isolierkörpers 200 verlängern. Die Biegefedern 202 sind dabei axial zu dem Isolierkörper 200 ausgerichtet. An einem von dem Isolierkörper 200 abgewandten Ende weisen die Biegefedern 202 je eine nach außen gerichtete Rastnase 204 auf. Die Rastnasen 204 stehen über die Außenkontur des Isolierkörpers 200 über. Die Biegefedern 202 sind durch Federzwischenräume 206 voneinander beabstandet und gleichmäßig über einen Umfang des Isolierkörpers 200 verteilt. An einem den Biegefedern 202 gegenüberliegenden zweiten Ende weist der Isolierkörper 200 als Anschlageinrichtung 136 sechs Anschlagflächen 208 auf. Die Anschlagflächen 208 stehen über die Außenkontur des Isolierkörpers 200 über. Die Anschlagflächen 208 sind radial zu dem Isolierkörper 200 ausgerichtet. Die Anschlagflächen 208 sind durch Anschlagflächenzwischenräume 210 voneinander beabstandet und gleichmäßig über einen Umfang des Isolierkörpers 200 verteilt.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Anschlagflächen 208 im Wesentlichen so breit, wie die Federzwischenräume 206. Die Biegefedern 202 sind im Wesentlichen so breit, wie die Anschlagflächenzwischenräume 210. Dabei ist je eine Anschlagfläche 208 in Verlängerung eines Federzwischenraums 206 angeordnet. Insbesondere ist eine Breite der Anschlagflächen 208 kleiner oder gleich einer Breite der Federzwischenräume 206 und eine Breite der Biegefedern 202 ist kleiner oder gleich einer Breite der Anschlagflächenzwischenräume 210.
Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen Abstandhalter 128 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Abstandhalter 128 entspricht im Wesentlichen dem in Fig. 2 dargestellten Abstandhalter. Der Abstandhalter 128 ist hier im Bereich zweier gegenüberliegender Biegefedern 202 und Rastnasen 204 geschnitten. Die Rastnasen 204 weisen dabei eine dreieckige Form beziehungsweise Keilform auf. Beim Einführen in den Durchbruch des Stromsensors rutschen die Rastnasen 204 an einer Einführkante des Durchbruchs über eine Einführschräge 300 und werden in Richtung einer Mittelachse des Abstandshalters 128 verdrängt.
Dadurch werden die Biegefedern 202 verformt und die Rastnasen 204 mit einer resultierenden Federkraft gegen eine Innenfläche des Durchbruchs gepresst. Der Abstandhalter 128 wird so weit in den Durchbruch eingeschoben, bis die Anschlagflächen 208 auf der Anschlagfläche des Stromsensors aufliegen und die Rastnasen 204 einer gegenüberliegenden Seite des Durchbruchs wieder aus dem Durchbruch austreten. Wenn die Rastnasen 204 auf aus dem Stromsensor austreten, rutschen die Rastnasen 204 an einer Rastkante des Durchbruchs über Rastflächen 302 ab und die Biegefedern 202 werden entspannt. Die Rastflächen 302 bilden dabei einen Hinterschnitt hinter der Rastkante des Stromsensors aus. Wenn der Anschlussbolzen in den Stromsensor mit verrastetem Abstandhalter 128 eingeführt wird, liegen die Innenseiten der Biegefedern 202 an dem Anschlussbolzen an und ein Entfernen des Abstandhalters 128 aus dem Durchbruch wird verhindert.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung eines Abstandhalters 128 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Abstandshalter 128 entspricht dabei im Wesentlichen dem Abstandshalter in den Figuren 2 und 3. Dabei ist der Abstandhalter 128 in einer Draufsicht in Richtung der Mittelachse des kreiszylindrischen Isolierkörpers 200 gezeigt. Je zwei Rastnasen 204 und zwei Auflageflächen 208 sind diametral gegenüberliegend angeordnet.
Mit anderen Worten sind in den Figuren 2 bis 4 eine Draufsicht, eine Schnittdarstellung und eine isometrische Ansicht eines schnappbaren Isolierelements 128 für Stromsensoren gezeigt.
Fig. 5 zeigt eine Darstellung einer Leistungsmodulvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Leistungsmodulvorrichtung 100 entspricht im Wesentlichen der Leistungsmodulvorrichtung 100 in Fig. 1 . Hier weist die Leistungsmodulvorrichtung 100 zwei weitere Leistungsmodule 102 und Stromsensoren 108 auf. Damit ist die Leistungsmodulvorrichtung 100 für drei Phasen geeignet. Alle Stromsensoren 108 sind auf der gleichen Leiterplatte 106 angeordnet.
Mit anderen Worten zeigt Fig. 5 eine Schnittdarstellung durch ein Leistungsmodul 102 mit montiertem Anschlussbolzen 1 16, durch eine Leiterplatte 106 mit
Stromsensoren 108 und verrastetem Isolierelement 128 und Busbar 126.
In der Leistungselektronik sind auf einem Leistungsmodul 102 Anschlussbolzen 1 16 zur Stromführung montiert. Um die Stromstärke zu messen, ist auf dem Leistungsmodul 102 eine Leiterplatte 106 mit einem oder mehreren ringförmige Stromsensoren 108 montiert. Oberhalb der Stromsensoren 108 sind auf den Anschlussbolzen 1 16 Busbars 126 montiert. Die Anschlussbolzen 1 16 können als Antrieb zum Verschrau- ben mit dem Leistungsmodul entweder einen über den Durchmesser ragenden Sechskant oder einen den Durchmesser mindernden Sechskant aufweisen. Zum Be- festigen der Busbars 126 können die Anschlussbolzen 1 16 ein Innengewinde oder einen Zapfen mit Außengewinde aufweisen.
Der Durchbruch in dem verwendeten Stromsensor 108 begrenzt den Durchmesser des Anschlussbolzens 1 16. Bei einem herkömmlichen Stromsensor ist das Gehäuse des Stromsensors zweiteilig und beinhaltet einen Ferrit, der mit dem Massepotenzial der Leiterplatte 106 verbunden ist. Da der Anschlussbolzen 1 16 im Betrieb eine Spannung mit Hochvolt führt, ist ein Einhalten von Luft- und Kriechstrecken zum Ferrit des Stromsensors 108 erforderlich. An der Kontaktstelle der zwei Gehäuseteile ist nur eine geringe Überlappung des Kunststoffs vorgesehen, weswegen an dieser Stelle bei großem Anschlussbolzendurchmesser, der zum Leiten hoher Stromstärken notwendig ist, die Luft- und Kriechstrecken zum Ferrit unterschritten werden können. Dies kann durch eine Verringerung eines Querschnitts des Ferrits an dieser Stelle ausgeglichen werden, was jedoch die Stromtragfähigkeit verringert. Ebenfalls kann der Bolzen isoliert werden. Diese Isolierung kann durch Umspritzen mit Kunststoff realisiert werden.
Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird die Isolierung durch einen Abstandhalter 128 realisiert. Der Abstandhalter 128 kann als Isolierelement 128 bezeichnet werden. Der Abstandhalter 128 ist als leicht zu fertigendes Spritzgussteil 128 zum Entformen aus einer zweiteiligen Spritzgussform realisiert und ist in der Bohrung des Stromsensors 108 montiert. Auf Endlage verrastet das Isolierelement 128 mit den ausgebildeten Schnapphaken an der Unterkante des Stromsensors 108 und überdeckt in seinem oberen Bereich die Verbindungsstelle von Stromsensorgehäuse und Stromsensordeckel. Dadurch werden die Luft- und Kriechstrecken zum Ferrit des Stromsensors 108 eingehalten. Des Weiteren kann wenn nötig das Isolierelement 128 so konstruktiv ausgelegt werden, dass die Signalkontakte 130 des Stromsensors 108 zum Anschlussbolzen 1 16 isoliert werden, dies ist in den Darstellungen aber nicht ausgeführt.
Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines
Stromsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren weist einen Schritt 600 des Bereitstellens und einen Schritt 602 des Einschiebens auf. Im Schritt 600 des Bereitstellens werden ein Ferritkern mit einem Durchbruch und ein Abstandhalter, wie sie in den vorhergehenden Figuren beschrieben sind, bereitgestellt. Im Schritt 602 des Einschiebens wird der Abstandhalter in den Durchbruch des Ferritkerns eingeschoben, bis er an dem Ferritkern anliegt und mit dem Ferritkern verrastet ist. Durch den hier vorgestellten Ansatz kann auf eine Reduzierung des leitenden Querschnitts des Ferrits verzichtet werden. Der Abstandhalter ist einfach herstellbar und einfach montierbar. Es ergibt sich eine Kosteneinsparung im Vergleich zu einem mit Kunststoff umspritzten Anschlussbolzen. Eine Vormontage der Isolierelemente an der Leiterplatte mit den Stromsensoren ist möglich. Wenn erforderlich ist eine Isolierung zu den Signalkontakten möglich.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder" Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezugszeichen
100 Leistungsmodulvomchtung
102 Leistungsmodul
104 Strommessvorrichtung
106 Leiterplatte
108 Stromsensor
1 10 Kern
1 12 Durchbruch
1 14 Aussparung
1 16 Anschlussbolzen
1 18 Mutter
120 Kontaktfläche
122 Schraube
124 Unterlegscheibe
126 Busbar
128 Abstandhalter
130 Signalkontakte
132 Rasteinrichtung
134 Verraststelle
136 Anschlageinrichtung
138 Anschlagfläche
200 Isolierkörper
202 Biegefeder
204 Rastnase
206 Federzwischenraum
208 Anschlagflächen
210 Anschlagflächenzwischenraum
300 Einführschräge
302 Rastfläche
600 Schritt des Bereitstellens
602 Schritt des Einschiebens

Claims

Patentansprüche
1 . Abstandhalter (128) zum elektrischen Isolieren eines bestrombaren Anschlussbolzens (1 16) von einem ringförmigen Stromsensor (108), wobei der Abstandhalter (128) einen rohrförmigen Isolierkörper (200) aufweist, der in einem Spalt zwischen dem Anschlussbolzen (1 16) und dem Stromsensor (108) anordenbar ist.
2. Abstandhalter (128) gemäß Anspruch 1 , bei dem der Isolierkörper (200) eine im Wesentlichen hohlzylindrische Form aufweist, wobei ein Innendurchmesser des Isolierkörpers (200) einem Außendurchmesser des Anschlussbolzens (1 16) im Wesentlichen entspricht und/oder ein Außendurchmesser des Isolierkörpers (200) einem Innendurchmesser des Stromsensors (108) im Wesentlichen entspricht.
3. Abstandhalter (128) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Isolierkörper (200) eine im Wesentlichen gleichmäßige Wandstärke aufweist.
4. Abstandhalter (128) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Rasteinrichtung (132), die mit dem Isolierkörper (200) einstückig verbunden ist und dazu ausgebildet ist, den Abstandhalter (128) an dem Stromsensor (108) zu verras- ten.
5. Abstandhalter (128) gemäß Anspruch 4, bei dem die Rasteinrichtung (132) zumindest eine Biegefeder (202) mit einer an einem freien Ende der Biegefeder (202) angeordneten Rastnase (204) aufweist, wobei eine Außenkontur und eine Innenkontur der Biegefeder (202) im Wesentlichen einer Außenkontur und einer Innenkontur des Isolierkörpers (200) entsprechen, wobei die Rastnase (204) über die Außenkontur des Isolierkörpers (200) übersteht.
6. Abstandhalter (128) gemäß Anspruch 5, bei dem die Rasteinrichtung (132) eine Mehrzahl von Biegefedern (202) aufweist, wobei die Biegefedern (202) über einen Umfang des Isolierkörpers (200) verteilt angeordnet sind und durch Zwischenräume (206) voneinander beabstandet sind.
7. Abstandhalter (128) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Anschlageinrichtung (136), die mit dem Isolierkörper (200) einstückig verbunden ist und dazu ausgebildet ist, den Abstandhalter (128) in einer bestimmungsgemäßen Position zum Stromsensor (108) anzuordnen.
8. Abstandhalter (128) gemäß Anspruch 7, bei dem die Anschlageinrichtung (136) zumindest eine an einem Ende des Isolierkörpers (200) angeordnete Anschlagfläche (208) zum Anschlagen an den Stromsensor (108) aufweist, wobei die Anschlagfläche (208) über die Außenkontur des Isolierkörpers (200) übersteht.
9. Abstandhalter (128) gemäß Anspruch 8, bei dem die Anschlageinrichtung (136) eine Mehrzahl von Anschlagflächen (208) aufweist, wobei die Anschlagflächen (208) über einen Umfang des Isolierkörpers (200) verteilt angeordnet sind und durch Zwischenräume (210) voneinander beabstandet sind.
10. Abstandhalter (128) gemäß Anspruch 6 und 9, bei dem die Biegefedern (202) und die Anschlagflächen (208) versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die Biegefedern (202) im Wesentlichen so breit sind, wie ein Zwischenraum (210) zwischen zwei Anschlagflächen (208) und eine Anschlagfläche (208) im Wesentlichen so breit ist, wie ein Zwischenraum (206) zwischen zwei Biegefedern (202).
1 1 . Stromsensor (108) mit einem Abstandhalter (128) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Stromsensor (108) einen ringförmigen Ferritkern (1 10) aufweist und der Abstandhalter (128) in einem Durchbruch (1 12) des Stromsensors (108) angeordnet ist.
12. Strommessvorrichtung (104), mit einer Leiterplatte (106) mit zumindest einem darauf angeordneten Stromsensor (108) gemäß Anspruch 1 1 , wobei der Durchbruch (1 12) des Stromsensors (108) im Bereich eines Ausschnitts (1 14) der Leiterplatte (106) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, einen durch den Abstandhalter (128) elektrisch isolierbaren quer zu einer Haupterstreckungsebene der Leiterplatte (106) anordenbaren Anschlussbolzen (1 16) eines Leistungsmoduls (102) aufzunehmen.
13. Leistungsmodulvorrichtung (100) mit folgenden Merkmalen: einem Leistungsmodul (102) mit zumindest einem quer zu einer Haupterstreckungsebene des Leistungsmoduls (102) ausgerichteten Anschlussbolzen (1 16); und einer Strommessvorrichtung (104) gemäß Anspruch 12, wobei die Leiterplatte (106) im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsebene des Leistungsmoduls (102) beabstandet angeordnet ist, wobei der Anschlussbolzen (1 16) in dem Durchbruch (1 12) des Stromsensors (108) angeordnet ist, durch den Abstandhalter (128) elektrisch von dem Stromsensor (108) isoliert ist und an einem dem Leistungsmodul (102) gegenüberliegenden Ende unter Verwendung eines Busbars (126) elektrisch leitend kontaktiert ist.
14. Verfahren zum Herstellen eines Stromsensors (108), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen (600) eines ringförmigen Ferritkerns (1 10) und eines Abstandhalters (128) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10; und
Einschieben (602) des Abstandhalters (128) in einen Durchbruch (1 12) des Ferritkerns (1 10).
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