电流传感器系统技术方案

一种用于测量AC电流的电流传感器系统(200)，包括：汇流条(201)，该汇流条具有厚度(T)和宽度(W)；传感器设备(202)，该传感器设备包括沿第一方向(X)间隔开(dx)的两个传感器元件(H1、H2)，该两个传感器元件用于测量按第二方向(Z)取向的两个磁场分量(Bz1、Bz2)；该传感器设备被配置成用于确定磁场差(ΔBz)，并用于基于所述差来确定AC电流。传感器设备(202)相对于汇流条(201)而定位使得两个传感器元件(H1、H2)之间的中间的参考点(R)位于距汇流条的侧面(S)从汇流条的宽度(W)的70％至110％的范围内或从汇流条的宽度(W)的70％至95％的范围内的第一距离(ds)处，并位于距汇流条从0.5mm至4.0mm的第二距离(Zs)处。0.5mm至4.0mm的第二距离(Zs)处。0.5mm至4.0mm的第二距离(Zs)处。

【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电流传感器的领域，并且更具体地涉及磁电流传感器。

技术介绍

[0002]在本领域已知有不同种类的电流传感器，例如(1)使用分流电阻的电流传感器、(2)使用电流互感器的电流传感器、或者(3)使用磁传感器的电流传感器。
[0003]在使用分流电阻的电流传感器中，在分流电阻上测量电压，并且可以通过将所测得的电压值和电阻值相除来确定电流值。该类型的缺点在于测量电路没有与负载电隔离。电流互感器包括一次绕组和二次绕组。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。在电动车辆中，通常使用以下电机类型：DC串联电机、无刷DC电机、永磁同步电机(PMSM)、三相AC感应电机、开关磁阻电机(SRM)。
[0006]存在各种用于驱动和/或控制和/或监测电动机的电路。在这些电路中的一些电路中，需要对提供给电机的实际电流进行测量。这些电流可能具有数十安培或者甚至数百安培的量级，并且可能具有高达几kHz的频率或频率分量。这些电流通常经由所谓的“汇流条”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，将发生被称为“趋肤效应”的现象。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]以高准确性测量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电流传感器系统和用于测量AC电流的方法，特别是流过汇流条的AC电流。
[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和用于以改善的准确性测量AC电流的方法。
[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和用于以简单的方式、以经改善的准确性测量AC电流的方法。
[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和用于测量具有频率或具有从约100Hz至约2000Hz范围内的频率的AC电流的方法。
[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和用于以在
±
5％内的绝对准确性、或在
±
4％内的绝对准确性、或在
±
3％内的绝对准确性、或在
±
2％内的绝对准确性、或在
±
1％内的绝对准确性、来测量具有频率或具有从约100Hz至约2000Hz范围内的频
率的AC电流。
[0014]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。
[0015]根据第一方面，本专利技术提供了一种用于测量AC电流的电流传感器系统，包括：汇流条，该汇流条具有预定义厚度和预定义宽度，并且具有基本上矩形的截面；传感器设备，该传感器设备包括沿第一方向(例如在汇流条的宽度方向上)间隔开预定义距离的两个传感器元件，每个传感器元件被配置成用于测量按第二方向(例如与第一方向垂直的，例如在汇流条的厚度方向上)取向的磁场分量；该传感器设备被配置成用于基于这些磁场分量来确定沿第一方向的磁场差或磁场梯度，并用于基于磁场梯度或磁场差来确定所述AC电流；其中传感器设备相对于汇流条而被定位成使得定位于两个传感器元件之间的中间的参考点位于距汇流条的侧面在第一方向上测得的第一距离处，并且位于距汇流条在第二方向上测得的第二距离处；其中第一距离是在从汇流条的宽度的70％至110％的范围内的值；并且第二预定义距离是在从0.5mm至4.0mm范围内的值。
[0016]图3中描绘了此类电流传感器系统的示例。根据本专利技术，传感器设备的参考点必须定位在相对于汇流条的特定区域中。这允许以简单的方式测量AC电流，尽管有趋肤效应，但具有经改善的准确性。
[0017]本专利技术人惊讶地发现，尽管有趋肤效应，但不仅对于低频电流(例如小于100Hz)，而且对于具有包括从100Hz至2000Hz范围的预定义频率范围内频率的AC电流而言，由该传感器设备测得的磁场梯度(dBz/dx)与AC电流基本成比例。
[0018]需要指出，传感器设备的该位置，或者更具体地而言，传感器设备的参考点的该位置与“汇流条中心的上方”的位置有很大不同。
[0019]令人惊讶地发现，在该位置处测得的梯度信号基本上与AC频率无关。或者换句话说，令人惊讶地发现，尽管存在趋肤效应，但在该位置处测得的梯度信号利用预定义常数与AC电流的幅度成比例，该预定义常数与在预定义的频率范围内的频率无关，例如高达约2kHz的频率。
[0020]相反，在汇流条的中心上方测得的梯度信号(如图1所描绘)对于具有2kHz的频率的AC电流相对于具有相同幅度的、具有约100kHz的频率的AC电流衰减了大约12％。
[0021]令专利技术人非常惊讶的是，梯度与频率的位置甚至存在极不相关。不仅是它的存在，而且它的位置也不可能基于现有技术知识来预测。
[0022]本专利技术的重要见解在于，通过故意将梯度测量传感器设备安装在预定义的位置，或者说安装在预定义的区域内(这里也称为相对于汇流条的“最佳区域”)并通过测量所述位置的磁场梯度dBz/dx，可以以改善的准确性来测量AC电流。优点在于该电流传感器具有优秀的AC响应(＝技术效果)。
[0023]优选地，该传感器设备不包含磁通量聚集器(也被称为集成磁聚集器)。优选地，汇流条未被集成在传感器设备内。
[0024]在实施例中，第一距离(ds)是在从汇流条的宽度(W)的70％至95％的范围内的值。此类位置也与汇流条的“边缘上方”的位置是基本上不同的。
[0025]在实施例中，频率范围是从100Hz至2000Hz的范围。
[0026]在实施例中，频率范围是从1Hz至2000Hz的范围。
[0027]在实施例中，频率范围是从100Hz至2500Hz的范围。
[0028]在实施例中，频率范围是从1Hz至2500Hz的范围。
[0029]在实施例中，传感器设备相对于汇流条而被定位成使得对于具有在预定义频率范围内的频率的AC电流而言，AC电流的幅度与磁场梯度的幅度的比率在
±
3.0％的预定义公差裕度内基本上是恒定的，所述预定义频率范围至少包括从100Hz至2000Hz的范围。
[0030]换句话说，对于具有预定义频率范围内的任何频率的AC电流而言，磁场梯度(dBz/dx)的幅度(或振幅)使用恒定因子与AC电流的幅度(或振幅)基本上成比例。
[0031]对于所述频率范围内的任何频率而言，“比率基本上恒定”意味着梯度的幅度(或振幅)在预定义的公差裕度内基本上等于(要被测量的)AC电流的幅度(或振幅)乘以预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测量AC电流的电流传感器系统(200)，包括：汇流条(201)，所述汇流条(201)具有预定义的厚度(T)和预定义的宽度(W)，并且具有基本上矩形的截面(α)；传感器设备(202)，所述传感器设备(202)包括沿第一方向(X)间隔开预定义距离(dx)的两个传感器元件(H1、H2)，每个传感器元件被配置成用于测量按第二方向(Z)取向的磁场分量(Bz1、Bz2)；所述传感器设备被配置成用于基于这些磁场分量来确定沿第一方向的磁场差(ΔBz)或磁场梯度(dBz/dx)，并且用于基于所述磁场梯度或磁场差来确定所述AC电流；其中，所述传感器设备(202)相对于所述汇流条(201)而被定位成使得定位于所述两个传感器元件(H1、H2)之间的中间的所述传感器设备的参考点(R)位于距所述汇流条的侧面(S)第一距离(ds)处，并位于距所述汇流条第二距离(Zs)处，所述第一距离(ds)在所述第一方向(X)上测得，所述第二距离(Zs)在所述第二方向(Z)上测得；其特征在于：所述第一距离(ds)是从所述汇流条的宽度(W)的70％到110％的范围内的值；并且所述第二预定义距离(Zs)为从0.5mm到4.0mm范围内的值。2.根据权利要求1所述的电流传感器系统(200)，其中所述传感器设备(202)相对于所述汇流条(201)而被定位(ds,Zs)成使得对于具有在预定义频率范围内的频率的AC电流而言，所述AC电流的幅度与所述磁场梯度的幅度的比率在
±
3.0％的预定义公差裕度内基本上是恒定的，所述预定义频率范围至少包括从100Hz到2000Hz的范围。3.根据权利要求1所述的电流传感器系统(200)，其中所述传感器设备(202)相对于所述汇流条(201)而被定位(ds,Zs)成使得对于具有在预定义频率范围内的频率的AC电流而言，所述磁场差(ΔBz)或所述磁场梯度(dBz/dx)相对于所述AC电流的相位的相移在
±
3.0％的第二预定义公差裕度内基本上是恒定的，所述预定义频率范围至少包括从100Hz到2000Hz的范围。4.根据权利要求1所述的电流传感器系统(200)，其中，所述传感器设备(202)相对于所述汇流条(201)被定位(ds，Zs)成使得对于具有在预定义频率范围内的频率的AC电流而言，所述第一磁场分量(Bz1)的实部在
±
3.0％的预定义公差裕度内基本上等于所述第二磁场分量(Bz2)的实部，并且使得所述第一磁场分量(Bz1)的虚部在所述预定义公差裕度内基本等于所述第二磁场分量(Bz2)的虚部，所述预定义频率范围至少包括从100Hz到2000Hz的范围。5.根据权利要求1所述的电流传感器系统(200)，其特征在于，所述汇流条的矩形截面具有从2.0mm至5.0mm范围内的厚度(T)。6.根据权利要求1所述的电流传感器系统(200)，其特征在于，所述汇流条的所述矩形截面具有从3.0mm至10.0mm范围内的宽度(W)或有效宽度(Wp)。7.根据权利要求1所述的电流传感器系统(200)，其特征在于，所述两个传感器元件间隔开从0.5mm至4.0mm范围内的距离(dx)。8.根据权利要求1所述的电流传感器系统(200)，
其特征在于，所述第二预定义距离(Zs)为从0.5mm到4.0mm范围内的值。9.根据权利要求1所述的电流传感器系统(200)，其特征在于，所述两个传感器元件是两个水平霍尔元件，并且其中所述两个水平霍尔元件(H1，H2)间隔开从0.5mm至4.0mm范围内的距离(dx)；并且其中所述汇流条的所述矩形截面具有在从2.0mm至5.0mm范围内的厚度(T)以及在从3.0mm至10.0mm范围内的宽度(W)；并且其中，所述参考点(R)位于以下区域中的一个或多个区域中：i)在所述第一预定义距离(ds)是在从所述汇流条的宽度(W)的70％至95％范围内的值、并且所述第二预定义距离(Zs)是在从0.5mm至4.0mm范围内的值的预定义区域(601)中；或者ii)在所述第一预定义距离(ds)是在从所述宽度(W)的70％至82％范围内的值、并且所述第二预定义距离(Zs)是在从0.5mm至1.5mm范围内的值的预定义区域(611)中；或者iii)在所述第一预定义距离(ds)是在从所述宽度(W)的72％至87％范围内的值、并且所述第二预定义距离(Zs)是在从1.5mm至2.5mm范围内的值的预定义区域(612)中；或者iv)在所述第一预定义距离(ds)是在从所述宽度(W)的77％至95％范围内的值、并且所述第二预定义距离(Zs)是在从2.5mm至4.0mm范围内的值的预定义区域(613)中。10.根据权利要求1所述的电流传感器系统(200)，其特征在于，所述两个传感器元件是两个水平霍尔元件，并且其中所述两个水平霍尔元件(H1，H2)间隔开在从0.5mm至4.0mm范围内的距离(dx)；并且其中所述汇流条的所述矩形截面具有在从2.0mm至5.0mm范围内的厚度(T)以及在从3.0mm至10.0mm范围内的宽度(W)；并且其中，所述参考点(R)位于以下区域中的一个或多个区域中：i)在所述第一预定义距离(ds)是在从所述汇流条的宽度(W)的70％至95％范围内的值、并且所述第二预定义距离(Zs)是在从1.0mm至3.5mm范围内的值的预定义区域(701)中；或...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
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：