电流传感器系统技术方案

本发明专利技术公开了电流传感器系统。一种用于测量AC电流的电流传感器系统(100；300)，该系统包括：电导体部分(101)，该电导体部分(101)用于传导AC电流并生成第一磁场；U形磁屏蔽件(140)，该U形磁屏蔽件(140)部分地围绕所述电导体部分，并具有中央屏蔽件部分和两个屏蔽件腿部部分；金属板或金属层(103)，该金属板或金属层(103)被布置在距屏蔽件腿部部分距离(g)处，以用于允许涡流流动并用于生成第二磁场；磁传感器设备(102)，该磁传感器设备(102)被布置在导体部分与金属板或金属层之间，并且在屏蔽件腿部部分之间，被配置成用于测量磁场分量(Bx)。三相电流传感器系统(450；550)。550)。550)。

【技术实现步骤摘要】
电流传感器系统


[0001]本专利技术总体上涉及磁电流传感器系统领域，以及更具体地涉及能够准确测量具有最高约1500Hz或最高约2kHz的频率的AC电流的电流传感器系统。

技术介绍

[0002]本领域已知不同种类的电流传感器，例如(1)使用分流电阻器的电流传感器、(2)使用电流互感器(transformer)的电流传感器、或者(3)使用磁传感器的电流传感器。
[0003]在使用分流电阻器的电流传感器中，在分流电阻器上测量电压，并且可以通过将所测得的电压值与电阻值相除来确定电流值。该类型的缺点在于测量电路不与负载电隔离。电流互感器包括初级线圈和次级线圈。尽管该类型的电流传感器提供电流阻断(galvanic separation)，但是其通常很笨重。基于磁传感器的电流传感器既提供电流阻断，又可以很紧凑。
[0004]已知的电流传感器通常被设计成用于测量DC电流或低频电流，例如具有约为50Hz或约为60Hz的频率的电流。
[0005]存在各种电动机类型，例如：所谓的DC有刷电机、DC无刷电机、AC无刷电机、线性电机、步进电机等。在电动交通工具中，以下电机类型通常被使用：DC串联电机、无刷DC电机、永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)、三相AC感应电机、开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor，SRM)。
[0006]存在用于驱动和/或控制和/或监测电动机的各种电路。在这些电路中的一些电路中，提供给电机的实际电流需要被测量。这些电流可能具有数十安培或者甚至数百安培的幅度，并且可能具有最多几kHz的频率或频率分量。这些电流通常经由所谓的“汇流条”被提供给电机。汇流条通常以金属带或金属条的形式出现，例如铜条。
[0007]已知当AC电流流过电导体时，被称为“趋肤效应”的现象将发生。这导致电导体的有效电阻增加。电流的频率越高，电导体的有效电阻就越高。
[0008]以高准确度来测量AC电流是一个挑战。

技术实现思路

[0009]本专利技术的实施例的目的在于提供一种用于测量AC电流(例如，流过汇流条的AC电流)的电流传感器系统。
[0010]本专利技术的实施例的目的在于提供一种电流传感器系统，该电流传感器系统以改善的准确度测量AC电流、和/或对安装公差不太敏感、和/或对温度变化不太敏感，并且优选地这些中的两个，或这些中的所有。
[0011]本专利技术的实施例的目的在于提供一种电流传感器系统，该电流传感器系统用于以改善的准确度来测量具有最高约1500Hz或最高约2000Hz的频率的AC电流。
[0012]本专利技术的实施例的目的在于提供一种电流传感器系统，该电流传感器系统用于以改善的准确度来测量具有最高约1500Hz或最高约2000Hz的频率的AC电流的瞬时或瞬间振
幅。
[0013]本专利技术的实施例的目的在于提供一种电流传感器系统，该电流传感器系统用于以简单的方式(例如，在不需要执行谱分析(例如，傅里叶分析)和/或不需要在时域中分析电流波形(例如，正弦、方形、三角形)的情况下)以改善的准确度来测量AC电流。
[0014]本专利技术实施例的目的在于提供一种电流传感器系统，该电流传感器系统用于测量具有最高500安培或最高750安培或最高1000安培或最高1250安培或最高1500安培的振幅、以及具有最高约1500Hz或最高约2000Hz的频率的AC电流，该电流传感器系统更准确，并且优选地还对安装公差和/或温度变化以及优选地这两者不太敏感。
[0015]本专利技术的实施例的目的在于提供一种电流传感器系统，该电流传感器系统在范围从25℃至105℃的环境温度中(或更大范围，例如，从
‑
20℃至+125℃的范围、或从
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40℃至+160℃的范围)，以及磁传感器设备的安装公差最多
±
0.3mm(或最多
±
0.5mm、或最多
±
1mm)的情况下，能够以AC电流的
±
3％(或更好)内的绝对准确度来测量AC电流，该AC电流具有最高750安培(或更高，例如最高1500A)的振幅，并且具有最高1500Hz(或更高，例如最高2000Hz)的频率。
[0016]本专利技术的实施例的另一个目的在于提供一种三相电流传感器系统，该三相电流传感器系统包括用于以改善的准确度测量三个AC电流的三个汇流条，每个AC电流具有最高500安培或最高750安培或最高1000安培或最高1500安培的振幅，以及具有最高约1500Hz或最高约2000Hz的频率，和/或该三相电流传感器系统对安装公差不太敏感，和/或对温度变化不太敏感。
[0017]这些和其他的目的通过根据本专利技术的实施例的电流传感器来实现。
[0018]根据第一方面，本专利技术提供了一种用于测量具有在预定义的频率范围内的频率的AC电流的电流传感器系统，该电流传感器系统包括：电导体部分，该电导体部分在第一方向(例如，Y)上延伸并被配置成用于传导所述AC电流，从而创建第一磁场；U形磁屏蔽件，该U形磁屏蔽件部分地围绕所述电导体部分，并且具有在垂直于第一方向(例如，Y)的第二方向(例如，X)上延伸的中央屏蔽件部分，并且具有在垂直于第一方向和第二方向的第三方向(例如，Z)上延伸的两个屏蔽件腿部部分；金属板或金属层，该金属板或金属层被布置在距屏蔽件腿部部分预定义的距离(例如，g)处，以用于允许涡流在所述金属板或金属层中流动，从而创建与第一磁场叠加的第二磁场；磁传感器设备，该磁传感器设备被布置在导体部分与金属板或金属层之间，并且被布置在两个屏蔽件腿部部分之间，并且被配置成用于测量在第二方向(例如，X)上取被定向的磁场分量(例如，Bx)；其中，金属板或金属层具有(例如，Lp)大于在所述第一方向(例如，Y)上测得的屏蔽件的长度(例如，Lsh)的长度，并且具有(例如，Wp)大于屏蔽件腿部的内侧之间的距离(例如，Wsi)的90％的宽度，并且具有厚度(例如，Tp)；或者其中，金属板或金属层是在磁传感器附近的具有空腔的金属壳体的部分，金属板或金属层具有残余厚度(例如，Tres)。
[0019]专利技术人发现，通过添加导电表面(例如，由Al或Cu制成的金属板)，可以以改善的准确度来测量AC电流。他们惊奇地发现，如果由涡流感应出的磁场位于距屏蔽件合适的距离处，并且具有合适的板厚度，则可以减少误差，由此改善电流测量的准确度。这是完全是出乎意料的，并且高度违反直觉，因为公知的并且普遍接受/相信的是，涡流会负面地影响测量而不是改善它们。
[0020]与测量峰值电流、然后将该峰值电流例如乘以2的平方根(大约1.4142)的系统相比，本专利技术的优点在于，通过所测得的磁场分量的相乘来确定AC电流，因为将峰值电流乘以2的平方根的系统仅在AC电流的波形是完美的正弦信号时才是准确的。
[0021]本专利技术的优点在于，测量对于任何AC波形(例如，正弦、方形、三角形等)都是准确的。尽管是优选的，但本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电流传感器系统(100；300；450；550)，所述电流传感器系统(100；300；450；550)用于测量具有在预定义的频率范围内的频率的AC电流，所述电流传感器系统包括：
‑
电导体部分(101；301)，所述电导体部分(101；301)在第一方向(Y)上延伸并被配置成用于传导所述AC电流，从而创建第一磁场；
‑
U形磁屏蔽件(140；340)，所述U形磁屏蔽件(140；340)部分地围绕所述电导体部分，并具有在垂直于所述第一方向(Y)的第二方向(X)上延伸的中央屏蔽件部分(143；343)，并具有在垂直于所述第一方向(Y)和所述第二方向(X)的第三方向(Z)上延伸的两个屏蔽件腿部部分(141、142；341、342)；
‑
金属板或金属层(103；303)，所述金属板或金属层(103；303)被布置在距屏蔽件腿部部分预定义的距离(g)处，以用于允许涡流在所述金属板或金属层中流动，从而创建与所述第一磁场叠加的第二磁场；
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磁传感器设备(102；302)，所述磁传感器设备(102；302)被布置在所述导体部分(101；301)与所述金属板或金属层之间，并且被布置在所述两个屏蔽件腿部部分(141、142；341、342)之间，并且被配置成用于测量在所述第二方向(X)上被定向的磁场分量(Bx)；其特征在于所述金属板或金属层具有大于在所述第一方向(Y)上测得的屏蔽件的长度(Lsh)的长度(Lp)，并且具有大于屏蔽件腿部的内侧之间的距离(Wsi)的90％的宽度(Wp)，并且具有厚度(Tp)；或者所述金属板或金属层是在所述磁传感器附近的具有空腔的金属壳体的部分，所述金属板或金属层具有残余厚度(Tres)。2.如权利要求1所述的电流传感器系统(100；300；450；550)，其中，所述厚度或残余厚度(Tp，Tres)、以及所述金属板或金属层与所述屏蔽件腿部之间的所述距离(g)使得对于在从50Hz至1500Hz的范围内的频率，在所述传感器位置处且在所述第二方向(X)上被定向的所组合的第一磁场和第二磁场的所述磁场分量(Bx)的振幅变化小于
±
1.5％。3.如权利要求1所述的电流传感器系统(100；300；450；550)，其中，所述厚度或残余厚度(Tp，Tres)至少为0.3mm；和/或其中，所述距离(g)至多为10.0mm；以及可选地，其中，所述距离(g)至少为0.1mm。4.如权利要求1所述的电流传感器系统(100；300；450；550)，其中，所述金属板或金属层的所述厚度或残余厚度(Tp，Tres)和所述距离(例如，g)使得对于在从50Hz至1500Hz的范围内的频率，所述磁场分量(Bx)的振幅变化小于
±
1.0％或小于
±
0.75％。5.如权利要求1所述的电流传感器系统(100；300；450；550)，其中，所述金属板或金属层(103；303)包括导电的但非磁性的材料或由导电的但非磁性的材料组成。6.如权利要求1所述的电流传感器系统(100；300；550)，其中，所述金属板或金属层是在所述磁传感器附近的具有所述空腔的所述金属壳体的部分，并且具有以下特征中的至少一个特征：
(i)其中，所述金属板或金属层具有大于在所述第一方向(Y)上测得的屏蔽件的长度(Lsh)的90％的长度(Lcav)；(ii)其中，所述金属板或金属层具有大于所述屏蔽件腿部的内侧之间的距离(Wsi)的90％的宽度(Wcav)。7.如权利要求1所述的电流传感器系统(100；300；550)，其中，所述金属板或金属层的所述残余厚度(Tres)是在从0.5至1.5mm的范围内的值。8.如权利要求1所述的电流传感器系统(100；300；450；550)，其中，所述磁传感器设备被配置成用于根据以下公式确定所述AC电流的所述幅度：I＝K*Bx，其中，I是要被测量的所述AC电流的幅度，K是与频率无关的预定义常数，并且Bx是测得的磁场分量。9.如权利要求1所述的电流传感器系统(100；300；450；550)，其中，所述电导体部分具有位于所述屏蔽件腿部之间的中央导体部分(201c、201d)，所述中央导体部分是具有基本上恒定的截面的实心束形部分。10.如权利要求1所述的电流传感器系统(100；300；450；550)，其中，所述电导体部分具有位于所述屏蔽件腿部之间的中央导体部分(201c、201d)，所述中央导体部分(201a、201b)具有通口。11.如权利要求1所述的电流传感器系统(100；300；450；550)，其中，所述磁传感器设备(102；302)包括至少一个垂直霍尔元件，所述至少一个垂直霍尔元件被配置成用于测量在所述第二方向(X)上被定向的所述磁场分量(Bx)；或者其中，所述磁传感器设备(102；302)包括至少一个磁阻元件，所述至少一个磁阻元件被配置成用于测量在所述第二方向(X)上被定向的所述磁场分量(Bx)。12.如权利要求1所述的电流传感器系统(100；300；450；550)，其中，所述磁传感器设备包括两个垂直霍尔元件，每个垂直霍尔元件被配置成用于测量在所述第二方向(X)上被定向的所述磁场分量(Bx)；或者其中，所述磁传感器设备包括集成磁集中器IMC和被布...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：迈来芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：