电流传感器的制作方法

本发明涉及用于测量电导体中的电流强度的电流传感器。

背景技术

电流传感器本身应用广泛。本发明所非旨在限制的诸多应用领域中的一个应用领域是例如用于机动车辆的电驱动系统。在电驱动系统中，电流传感器可以在电力电子单元与电机之间使用或者在电力电子单元内使用；例如，可以在电力电子单元的输入端处测量直流电流，或者可以监测电池系统的状态。

已知的电流传感器具有许多缺点；特别是，在组装期间，无论是原始安装还是更换，它们通常都很麻烦。例如从国际专利申请WO2013/008205A2和WO2015/140129A1中已知具有环形磁芯的电流传感器。电导体穿过环形磁芯，因此电导体被环形磁芯包围。在组装期间，在进一步安装电导体之前，电导体必须被引导通过环形磁芯。这种电流传感器的改变或随后的安装需要至少部分地拆卸电导体。在例如从国际申请WO2017/130437A1已知的另一种方法中，从电导体的一侧安装磁性元件，并且从电导体的相对侧安装包括评估电子器件的传感器芯片。在这种情况下，不需要引导电导体通过传感器，但是电导体必须在两侧可接近。此外，例如从国际申请WO2016/190087A1和WO2016/125638A1中已知多种方法，其中电流传感器已经包含一根电导体，然而，这根电导体然后必须与形成应当测量电流强度的路径的其余电导体连接。例如在国际申请WO2017/187809A1、WO2018/116852A1和WO2013/172109A1中公开的另外的方法，每种方法使用载体上的大量传感器元件，一些具有多个电导体。这种方法需要多个传感器元件来测量电流强度，这导致成本过高并且组装费力。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种不具有上述缺点中的至少一些缺点的电流传感器。特别地，电流传感器应当易于组装和更换。

该目的通过根据权利要求1所述的电流传感器来实现。从属权利要求包含有利的进一步的发展。权利要求10涉及一种具有这样的电流传感器的电气系统。

根据本发明的用于测量电导体中的电流强度的电流传感器包括通过测量磁场来确定电流强度的磁场传感器。根据本发明，电流传感器具有两个铁磁元件，每个铁磁元件具有端面。铁磁元件以如下方式成形和布置在电流传感器中：一方面，两个端面彼此面对并且界定气隙；另一方面，两个铁磁元件与气隙一起在电流传感器的平面中界定用于电导体的区域，该区域在与气隙相对的一侧敞开。在该区域中容纳要测量其电流强度的电导体。电流传感器的上述平面以如下方式定向：正确地容纳在电流传感器中的直线导体在电流传感器的区域中垂直于该平面延伸。更准确地说，由于该区域向一侧敞开，电流传感器可以被推到电导体上方。为此目的，既不需要拆卸电导体也不需要从相对侧接近；因此，可以容易地安装或更换电流传感器。两个铁磁元件是两个分离的元件，在它们之间没有铁磁连接。这是使得上述区域能够在一侧敞开并因此简化组装的基本方面。如有必要，两个铁磁元件可以一个接一个地单独安装，但是也可以选择将它们相对于彼此以正确布置预先组装在载体上。

这两个铁磁元件尤其可以具有相同的形状。在电流传感器中，铁磁元件然后以使得界定气隙的端面彼此面对的方式被布置成彼此镜像对称。

铁磁元件优选地由叠片磁芯组成，这减少了铁磁元件中的涡流损耗。

在一个实施方式中，两个铁磁元件各为L形，每个铁磁元件具有第一腿和第二腿。界定气隙的端面位于第二腿上，并且用于电导体的区域位于第一腿之间。第一腿布置成彼此平行并且指向同一方向。在上述平面中，L形铁磁元件与气隙一起在三个侧面界定用于电导体的区域，而用于电导体的区域不限于与气隙相对的第四侧面。第二腿上的彼此面对并界定气隙的端面优选地彼此平面平行，并且两个L形铁磁元件具有相同的形状。在电流传感器中，L形铁磁元件然后被布置成彼此镜像对称，其中，对称平面平行于中心通过气隙的端面延伸。

通常，磁场传感器在电流传感器中布置在气隙中或气隙附近。磁场传感器优选地被布置在以下位置之一中：在气隙内；或在气隙外部，在气隙与针对电导体设置的位置之间；或者以使得气隙位于磁场传感器与用于电导体的区域之间的方式在气隙外部。已知的测量概念可以用于磁场传感器；例如，在不限制本发明的情况下，它可以是基于霍尔效应或诸如巨磁阻(GMR)效应的磁阻效应的传感器。

在一个实施方式中，磁场传感器以导电方式连接至电路板。电路板上的电路可以用于控制和读出磁场传感器。电路板可以以各种方式布置在电流传感器中，并且取决于此以及磁场传感器的放置，可以在磁场传感器与电路板之间定向电连接例如多个引脚。然而，原则上，还可以想到将磁场传感器直接连接至不属于电流传感器的高层系统，以用于控制和读取的目的。

在一个实施方式中，这两个铁磁元件被布置在电路板的一个平面上并且优选地被紧固到电路板。电路板具有用于电导体的凹口。

在另一实施方式中，两个铁磁元件被引导通过电路板。

电流传感器可以包在壳体中。壳体可以具有用于电导体的凹口。壳体可以用各种已知的方式制造。一种可能性是通过用塑料对电流传感器的部件进行包覆模制来形成由塑料制成的壳体。

在一个实施方式中，电流传感器包括电导体件。该导体件被设置为形成要测量其电流强度的电导体的部分。在进一步的发展中，电导体件在铁磁元件之间的区域中具有减小的横截面。这可以提高装置的机械稳定性，并导致气隙中的磁通量增加，这提高测量的精度。

根据本发明的电气系统具有电导体，并且其特征在于用于测量电气系统的电导体中的电流强度的如上所述的电流传感器。电导体优选地在电流传感器的铁磁元件之间的区域中具有减小的横截面。减小的横截面的优点如上所述。然而，在此，减小的横截面所在的导体或导体的部分不形成电流传感器的部件。具有减小的横截面的导体部分形成电流传感器的预期安装位置。

附图说明

下面参照示意性附图更详细地说明本发明及其优点。

图1示出了根据本发明的电流传感器的实施方式和汇流条。

图2示出了根据本发明的电流传感器的实施方式和汇流条。

图3示出了根据本发明的电流传感器和汇流条的透视图。

图4示出了根据本发明的电流传感器的实施方式和汇流条。

图5示出了根据本发明的电流传感器的实施方式和汇流条。

图6示出了根据本发明的电流传感器和汇流条的透视图。

图7示出了根据本发明的电流传感器的实施方式和汇流条。

图8示出了根据本发明的电流传感器的实施方式和汇流条。

图9示出了根据本发明的电流传感器和汇流条的透视图。

图10示出了根据本发明的电流传感器和汇流条的透视图。

图11示出了根据本发明的电流传感器的实施方式。

图12示出了根据本发明的电流传感器的实施方式。

图13示出了根据本发明的具有集成导体件的电流传感器的实施方式。

图14示出了根据图13的实施方式的侧视图。

图15示出了图14所示的实施方式的变体。

图16示出了根据本发明的电流传感器与高层电路板的连接。

图17示出了根据本发明的电流传感器的实施方式。

图18示出了根据本发明的电流传感器的实施方式。

图19示出了根据本发明的电流传感器的透视图。

图20示出了根据本发明的电流传感器的实施方式。

图21示出了根据本发明的电流传感器与高层电路板的连接。

图22示出了具有公共电路板的三个根据本发明的电流传感器。

附图仅表示本发明的示例性实施方式。附图决不应被解释为将本发明限制于所示的示例性实施方式。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的电流传感器1的实施方式和汇流条4，在该示例中，汇流条4形成要测量其中的电流强度的电导体。两个铁磁元件2是L形的，并且每个都具有第一腿21和第二腿22。第二腿22在每种情况下具有端面23。两个端面23彼此面对，从而界定了气隙5，磁场传感器3布置在气隙5中。第一腿21与第二腿22以及气隙5一起界定用于电导体4的区域6。可以看到，区域6在与气隙5相对的一侧敞开。如已经说明的，这正好实现了电流传感器1的简单组装。通过汇流条4的电流流动的方向在此与附图的平面垂直。电导体4的矩形横截面不构成对本发明的限制。

图2示出了根据本发明的电流传感器1的实施方式，并且主要对应于已经讨论了所示的大多数元件的图1所示的实施方式。与图1相比，汇流条4在此相对于电流传感器1不同地定向，并且清楚的是，汇流条4不必针对汇流条4的横截面完全位于区域6内以测量汇流条4中的电流强度。磁场传感器3布置在气隙5中。以虚线示出用于磁场传感器的替选位置31、32的示例。例如，磁场传感器可以以气隙5位于磁场传感器与区域6之间的方式位于气隙5之外的位置31。然而，磁场传感器也可以位于区域6内的在气隙5与汇流条4之间的位置32。用于磁场传感器的这些替选位置31、32当然也可以在如图1中的汇流条4的布置的情况下实现。

图3示出了根据本发明的电流传感器1和汇流条4的透视图。示出了通过汇流条4的电流流动的方向100。在铁磁元件2的情况下，可以看到端面23之一；在气隙5中布置有磁场传感器3，示出了用于磁场传感器3的连接引脚33。

图4示出了根据本发明的电流传感器1和汇流条4；所示的一些元件已经参照图1进行了讨论。示出了用于磁场传感器3的连接引脚33中的一个连接引脚，其将磁场传感器3连接至用于控制和读出磁场传感器3的电路板7。电路板7具有用于与高层系统的连接的一个或更多个连接引脚71。

图5示出了根据本发明的电流传感器1和汇流条4，类似于图4。与图4所示的实施方式相比，磁场传感器3布置在气隙5的外部。

图6示出了根据本发明的电流传感器1和汇流条4的透视图。示出了通过汇流条4的电流流动的方向100。经由连接引脚33连接至电路板7的磁场传感器3布置在铁磁元件2之间的气隙5中。电路板7用于控制和读出磁场传感器3，并且具有用于将电路板7连接至高层系统的连接引脚71。

图7示出了根据本发明的电流传感器1，其具有铁磁元件2和布置在铁磁元件2之间的气隙5中的磁场传感器3。另外，由虚线表示用于磁场传感器3的替选位置31、32的示例。用于控制和读出磁场传感器3的电路板7属于电流传感器1。铁磁元件2在此布置在电路板7的平面上。在电路板7中针对要测量其电流强度的汇流条4设置凹口72。在该示例性实施方式中，当安装电流传感器1时，汇流条4必须被引导通过切口72。

图8是根据本发明的电流传感器1的实施方式，大体上类似于图7所示的实施方式；在图7中，已经说明了所示的元件。与图7所示的实施方式相比，电路板7中用于汇流条4的凹口72被设计成使得电流传感器1可以在汇流条1上方插入，与图7的实施方式相比简化了组装。

图9是图7所示的实施方式的透视图。已经结合图7说明了所示的元件。电流流动的方向100针对汇流条4指示。对于磁场传感器3，还示出了用于与电路板7的连接的连接引脚33。

图10示出了根据本发明的电流传感器1的另一实施方式和汇流条4的透视图，对于汇流条4示出了电流流动的方向100。磁场传感器3布置在铁磁元件2之间的气隙5中，示出了用于连接至电路板的用于磁场传感器的连接引脚33。汇流条4在电流传感器1的区域中具有减小的横截面200。

图11示出了根据本发明的电流传感器1的实施方式，其是图5所示的实施方式的变体。在图5中已经说明了所示的大部分元件。电流传感器1的部件在此被壳体8包围(以虚线示出)，从壳体8外部仅能接近用于将电路板7连接至高层系统的连接引脚71。壳体8以如下方式设计：凹口81导致可以将要测量其电流强度的电导体容纳在其中。在所示的示例性实施方式中，凹口使得电流传感器1可以被推到电导体上方。

图12示出了图11所示的实施方式的修改。已经参照图11说明了所示的所有元件。与图11所示的实施方式相比，壳体8中的凹口81不允许电流传感器1随后滑动到电导体上，而是电导体必须在组装期间被引导通过凹口81。

图13示出了根据本发明的电流传感器1的实施方式，其包括集成导体件41。还示出了铁磁元件2、具有到用于控制和读出磁场传感器3的电路板7的连接引脚33的磁场传感器3、以及用于将电路板7连接至高层系统的连接引脚71。电流传感器1还具有壳体8(以虚线示出)。集成导体件41也可以在铁磁元件2的区域中具有减小的横截面，类似于图10中对于不属于电流传感器1的汇流条4的图示。

图14示出了图13所示的实施方式的侧视图。已经结合图13说明了所示的元件。可以看出，电导体件41从壳体8伸出。电导体件41可以连接至两侧的电导体，以形成要测量其电流强度的导体路径。

图15示出了图14所示的实施方式的变体的侧视图。与图14所示的实施方式的不同之处在于电路板7相对于铁磁元件2的布置。该布置对应于图9所示的实施方式。

图16示出了根据本发明的具有壳体8的电流传感器1，其大致对应于图11或图12所示的实施方式。已经结合这些附图说明了电流传感器1的所示元件。电路板7经由连接引脚71连接至高层电路板300。要测量其电流强度的汇流条4在此以成角度的轮廓示出。高层电路板300相对于电流传感器1和汇流条4的布置当然仅是示例。

图17示出了根据本发明的电流传感器1的实施方式，其在铁磁元件2的第二腿22之间的气隙5中具有磁场传感器3。磁场传感器3经由连接引脚33连接至电路板7，电路板7具有用于连接至高层系统的连接引脚71并且被设计成控制和读出磁场传感器3。在铁磁元件2的第一腿21之间的区域6中容纳汇流条4。在所示的实施方式中，铁磁元件2穿透电路板7，更准确地说，第二腿22搁置在电路板7上，并且第一腿21穿过电路板7并在电路板7的与第二腿22相对的一侧上延伸。

图18示出了图17所示的实施方式的变体。已经结合图17说明了所示的元件。与图17中的实施方式相比，磁场传感器3布置在气隙5的外部；此外，第二腿22与电路板7间隔开。

图19示出了图17所示的实施方式的透视图。已经参照图17在很大程度上说明了所示的元件。还示出了通过汇流条4的电流流动的方向100。

图20示出了图17所示的实施方式的侧视图。已经结合图17说明了所示的元件。

图21示出了根据本发明的电流传感器1的实施方式，大致对应于图17所示的实施方式。铁磁元件2穿过电路板7，该电路板7用于控制和读出磁场传感器3(参见图17)，并经由连接引脚71连接至高层电路板300。电流传感器1在此被示出用于测量具有成角度的轮廓的汇流条4中的电流强度。高层电路板300相对于电流传感器1和汇流条4的布置当然仅是示例。

图22示出了三个根据本发明的电流传感器1的装置400，每个电流传感器在此大致对应于图3所示的实施方式。每个电流传感器1具有两个L形铁磁元件2，在此，要用相应的电流传感器1测量其电流强度的汇流条4被示出为在这两个铁磁元件之间。每个电流传感器1具有被布置在相应铁磁元件2之间的气隙中的磁场传感器3。每个磁场传感器3经由相应的连接引脚33连接至所示的三个电流传感器1所共用的电路板7。电路板7用于控制和读出三个磁场传感器3。电路板7具有用于连接至高层系统的连接引脚71。例如，在此所示的装置可以用于测量多相特别是三相电气系统的各个相中的电流。

附图标记说明

1电流传感器2铁磁元件3磁场传感器4汇流条(电导体)5气隙6区域(用于电导体)7电路板(电流传感器)8壳体21第一腿22第二腿23端面31磁场传感器(替选位置)32磁场传感器(替选位置)33连接引脚(磁场传感器)41电导体件71连接引脚(电路板)72凹口(在电路板中)81凹口(在壳体中)100方向(电流流动)200减小的横截面(汇流条)300高层电路板400装置。