阅读说明：本技术 具有简化几何形状的无源电流传感器 (Passive current sensor with simplified geometry ) 是由 C.克雷默 G.里德尔 T.保罗斯 S.法斯 M.皮希勒 于 2020-03-16 设计创作，主要内容包括：一种无源电流传感器(1),包括一对导电汇流排(5)、电连接汇流排(5)的分流电阻器(7)和具有第一对电压降测量触头(23)的载体(9)。至少一个电压降测量触头(23)附接到汇流排(5)中的每一个并且在所述至少一个电压降测量触头(23)与汇流排(5)之间形成直接电接触。(A passive current sensor (1) comprises a pair of electrically conductive busbars (5), a shunt resistor (7) electrically connecting the busbars (5) and a carrier (9) having a first pair of voltage drop measuring contacts (23). At least one voltage drop measuring contact (23) is attached to each of the busbars (5) and forms a direct electrical contact between the at least one voltage drop measuring contact (23) and the busbar (5).)

具有简化几何形状的无源电流传感器

技术领域

本发明涉及电流传感器，更具体地涉及无源电流传感器。

背景技术

无源电流传感器用于测量分流电阻器处的电压降。这些电流传感器例如在电动车辆领域的汽车工程中使用。在这些车辆中，这种无源电流传感器用于测量流动电流，即电流强度。分流电阻器***两个导电汇流排之间。分流电阻具有非常低的电阻值，但是该电阻值又足够高以使得能够测量分流电阻两侧的电压降。通常，分流电阻器的电阻值在几十微欧的范围内。

焊接到汇流排的印刷电路板(PCB)的触头接触通过分流电阻器互连的汇流排。在这样的PCB上，存在可以将***式触头焊接至的对应的导体迹线和连接点，以分接所测得的电压信号(分流电阻上的电压降)。电气插头触头通过焊接到一个或多个汇流排而经由PCB间接地连接。这样的焊接连接不是高强度的并且几乎不具有耐老化性，并且由于PCB的存在，无法容易地测试焊接连接的质量。

发明内容

一种无源电流传感器，包括一对导电汇流排、电连接汇流排的分流电阻器和具有第一对电压降测量触头的载体。至少一个电压降测量触头附接到汇流排中的每一个并且在所述至少一个电压降测量触头与汇流排之间形成直接电接触。

附图说明

现在将参考附图通过示例的方式描述本发明，其中：

图1是根据一个实施例的无源电流传感器的透视图；

图2是图1的无壳体的电流传感器的透视图；

图3是根据实施例的用于组装无源电流传感器的组件的分解透视图；

图4是根据一个实施例的冲压栅格的平面图；

图5是根据另一实施例的冲压栅格的透视图；

图6是根据另一实施例的冲压栅格的透视图；

图7是根据另一实施例的无源电流传感器的透视图；

图8是用于组装无源电流传感器的方法的示意图；

图9是根据一个实施例的组装无源电流传感器的第一步骤的透视图；

图10是根据一个实施例的组装无源电流传感器的第二步骤的透视图；

图11是根据一个实施例的组装无源电流传感器的第三步骤的透视图；

图12是根据一个实施例的组装无源电流传感器的第四步骤的平面图；

图13是根据另一实施例的无源电流传感器的透视图；

图14是根据另一实施例的无源电流传感器的透视图，其中可折叠元件处于打开状态；

图15是图14的无源电流传感器的透视图，具有折叠的可折叠元件；

图16是图14的无源电流传感器的透视图，其中盖元件处于打开状态；和

图17是图16的无源电流传感器的透视图，其中盖元件处于覆盖状态。

具体实施方式

在图1中的预组装位置3中示出了根据一个实施例的无源电流传感器1。无源电流传感器1包括一对导电汇流排5，该对导电汇流排5通过分流电阻器7电气互连且机械互连。分流电阻器7例如在图2中示出，并且尤其可以在图3、7和8中看到。无源电流传感器1具有载体9，该载体9在所示的实施例中被构造为壳体11。

为了清楚起见，图2未示出载体9或壳体11。可以看到多个接触销13，它们布置在冲压栅格15中并且彼此间隔开并朝向彼此取向。在***到壳体11中的过程中，仅整个冲压栅格15被***，并且不需要将各个接触销13分别***到壳体11中。在一个实施例中，接触销13是可以经由压配合或倒钩状捕获机构被接收并牢固地固定在壳体11中的销。冲压栅格15具有连接支柱17；在所示的实施例中，为了清楚起见，仅四个连接支柱17用附图标记表示。

如图1和2所示，接触销13成对地设置有一对19温度测量触头21和两对19电压降测量触头23。

电压降测量触头23在对应的电压降测量触头23的至少一个连接部段25处连接到汇流排5。在连接部段25处的连接部27是直接的电气连接和机械连接部29，即，电压降测量触头23被直接且立即地紧固到对应的汇流排5，而没有***元件。这例如通过焊料或焊接连接31实现，例如通过冷焊点实现。可替代地，连接部27可以是整体地粘合的、摩擦接合的或任何类型的电气或机械连接部。

连接部段25可以以限定的方式被对准为在汇流排5的方向上背离电压降测量触头23。如果电压降测量触头23是冲压件，则可以通过弯曲电压降测量触头23的一部段来制造这种连接部段25。连接部段25可以位于电压降测量触头23的自由端或在中心区域中。在后一种情况下，电压降测量触头23因此具有在汇流排5的方向上凸出地偏转的凸起。这种连接部段25可以由从壳体11的外部可接近的焊接点形成。温度测量触头21可形成温度接触部段，该温度接触部段替代地或附加地具有至少一个焊接点。

可以在分流电阻器7的两侧上分接在电压降测量触头23处施加的电压电位，并且可以确定电压降测量触头23之间的电压差。在分流电阻器7的两侧上分接的电压存在于对应的汇流排5的每个点上。在电路图中，跨该电阻器7的下降电压由与分流电阻器7并联的电压降测量触头23分接，并可经由欧姆定律用于进行进一步处理以确定流经电阻器7的电流。其经由被接收在壳体11中的接触销13而可用。接触销13在分流电阻器7附近附接到汇流排5，因为在分流电阻器7处发生的电压降是要分接的期望测量变量。

除了连接部段25之外，电压降测量触头23的元件在一个实施例中尤其可以布置在平行于汇流排5布置的平面中。该距离可以通过载体或在另一个实施例中通过壳体来确保，该壳体将所接收的电压降测量触头23保持在距汇流排5精确的该距离处。仅连接部段25可以在汇流排5的方向上确切地延伸该距离并且与汇流排5机械接触。因此，在将连接部段25直接电气和机械地紧固到汇流排5之前，连接部段25可以已经接触汇流排5。连接部段25可以在用于制造冲压栅格的冲压过程中通过弯曲或冲压以简单的方式来制造。

出于冗余的原因，可以提供两对19电压降测量触头23。因此可以检查和/或验证经由第一对接触销13确定的电压降。因此可以检测到接触销13或到汇流排5的连接的缺陷。在这种情况下，对19可以是可区分的或不可区分的。

此外，可以保持一个或多个连接柱17，它们位于汇流排5中的一个的电压降测量触头23之间。根据本发明的方法，在使用无源电流传感器1之前，需将连接紧固至不同汇流排5的电压降测量触头的连接支柱17断开。这同样适用于存在于温度测量触头21之间或温度测量触头21与电压降测量触头23之间的连接柱17。

温度测量触头21可以分配给分流电阻器7，并且可以定位成比汇流排5更靠近分流电阻器7。可以在分流电阻器7和温度测量触头21之间设置绝缘材料桥，该绝缘材料桥例如包括空气。温度传感器35电连接至温度测量触头21，并且位于分流电阻器7的附近。温度测量触头21或温度传感器35本身均不允许与汇流排5或分流电阻器7电接触。温度测量触头21与汇流排5和分流电阻器7间隔开或设置有电绝缘体。

如图1所示，汇流排5可以被称为第一汇流排5a和第二汇流排5b，其中该指定的顺序是任意选择的。汇流排5可以具有用于紧固汇流排5的紧固开口55。用于紧固汇流排5的选择从现有技术中是已知的，并且在此不再进一步描述。在每对19电压降测量触头23中，一个触头23可以直接电气连接且机械连接到第一汇流排5a，而第二触头23可以直接电气连接且机械连接到第二汇流排5b。

在一个实施例中，汇流排5是扁平细长的长方体，其厚度小于其宽度并且还具有小于其长度的宽度。在一个实施例中，汇流排5的横截面是矩形的。对于低损耗电力线，汇流排5通常由具有高电导率的材料制成，例如金属。例如但非限制性地，汇流排5可以由铜制成。

图1所示的无源电流传感器1的实施例的壳体11还具有***面33，接触销13被接收和/或紧固在该***面33中。因此，可以经由***面33以简单的方式分接在分流电阻器7处产生的电压降以及温度传感器35的电阻值。因为跨分流电阻器7的电压降不仅取决于流过它的电流，而且还显示出取决于分流电阻器7的温度，所以确定分流电阻器7的温度以正确地确定流动电流。

温度传感器35被布置成与处于一定电压水平的汇流排5相距一段距离，并且防止电气串扰。特别地，该距离大于爬电距离。此外，可以在汇流排5与温度传感器35和温度测量触头21之间设置例如气隙、膜或液体形式的电绝缘材料。在一个实施例中，使用具有比空气更高的导热率的绝缘材料，该绝缘材料确保温度从分流电阻器7被有效地传递到温度传感器35，其中仍然提供足够的绝缘并因此防止电串扰和/或伪测量。

图1所示的无源电流传感器1的壳体11还具有接收杆37，如图3、8和9-11所示。汇流排5通过接收杆37而被接收在壳体11中。

壳体11还包括图1所示的进入保护装置39，在所示实施例中，该进入保护装置被配置为盖元件41。利用进入保护装置39，可以至少部分地覆盖进入凹槽43，并防止进入通过该进入凹槽43可访问的元件，例如连接部段25、直接电气和机械连接部29以及温度传感器35。

温度传感器35到温度接触部段45的连接部27也被进入保护装置39覆盖。温度接触部段45与电压降测量触头23的连接部段25的不同之处在于，它们与汇流排5和分流电阻器7电绝缘。也可以在温度接触部段45处提供直接电气和机械连接部29，但是在这种情况下，在温度传感器35和对应的温度测量触头21的相关的温度接触部段45之间。

所示实施例的盖元件41通过构造为膜铰接部47的连接元件49连接到壳体11的其余部分，如图1所示。在无源电流传感器1的一些构造中，膜铰接部47可具有柔韧性，其允许带有附接的膜铰接部47的盖元件41朝着进入凹槽43以旋转运动51折叠并封闭进入凹槽43。然而，在其他构造中，壳体11的材料对于这种运动而言可能太脆，并且需要在进入凹槽43被盖元件41封闭之前将连接元件49分离。

在图1所示的实施例中，进入凹槽43是传感器进入凹槽53，即连接部段25以及温度接触部段45和温度传感器35本身可经由单个凹槽进入。

图2的冲压栅格15还示出了固定孔眼57；为了清楚起见，只有少数用参考符号表示。如图9所示，固定孔眼57用于通过突出穿过固定孔眼57的固定销59将冲压栅格15牢固地紧固和/或定位在壳体11中。

图3示出了用于组装无源电流传感器1的组件61。组件61包括壳体11、冲压栅格15、温度传感器35和分流元件63，在所示的实施例中，冲压栅格15包括四个电压降测量触头23和两个温度测量触头21。在所示的实施例中，分流元件63应被理解为一件式的元件，包括两个汇流排5和分流电阻器7。在根据本发明的组件61的其他构造中，可能不存在这种分流元件63。

图3进一步示出了在分流元件63中的凹口5c，其用于将分流元件63无间隙地接合在壳体11中。为了安全起见，锁定机构是冗余设计的；在功能上，一个凹口5c就足够了。冲压栅格15具有弯曲区域65，该弯曲区域65将汇流排接触区域67连接到插头连接区域69。在所示的实施例中，两个区域67、69彼此以90°的角度布置，但是可以以任何角度彼此对准。

弯曲区域65可以在接触销13、即例如电压降测量触头23和温度测量触头21被冲压出之后产生。在一个实施例中，整个冲压栅格是弯曲的。在这种情况下，汇流排接触区域67可以基本上平行于汇流排5对齐，并且在一个实施例中，汇流排接触区域67和插头连接区域可以围成大约或恰好90°的角度。连接部段25因此可以布置在汇流排接触区域67中，其中，电压降测量触头23和/或温度测量触头21的销状的自由端可以布置在插头连接区域中。汇流排接触区域67和插头连接区域69可以彼此成任意角度。弯曲区域65可以理解为位于该区域中的相应接触销13的膝部。

根据本发明的无源电流传感器1可以具有设计不同的冲压栅格15；在图4-6中示出了三个另外的可能的实施例。冲压栅格15每个具有四个电压降测量触头23，两个温度测量触头21以及对应的连接部段25和温度接触部段45。

在图4和5的冲压栅格15的实施例中，每个温度传感器35均连接到对应温度测量触头21的温度接触部段45。在一个实施例中，所描绘的温度传感器35是NTC温度传感器71，但是可以是任何温度传感器，例如PTC电阻器、SMD部件或有线温度传感器。此外，图4和图5所示的冲压栅格15的实施例具有固定孔眼57。在这种情况下，可以选择固定孔眼57的任何几何形状、位置和数量。

在图5和6中，冲压栅格15还具有两个盲销73。它们还具有连接部段25，但是不通向接触销13；相反，它们通入紧固销75，该紧固销不设置用于电接触，而是仅确保壳体11相对于分流元件63的机械稳定性。

可以设置盲销73以机械地固定壳体11的位置，盲销73机械地连接至汇流排5和载体11。为了将盲销73机械连接到汇流排5，将其例如焊接地附接到汇流排5。在另一个实施例中，盲销73接合于在汇流排5中构造的孔中，并且通过摩擦连接或捕获机构将其保持在孔中。通过与壳体11的连接实现的接触或位置固定可以例如以插头触头或卡扣元件的形式发生。因此，电压降测量触头23和/或温度测量触头21以及盲销73被接收在壳体11中或牢固地紧固在壳体11中或壳体11上。然后将壳体11定位并紧固在至少一个汇流排5上，并且在随后的步骤中，在对应实施例中提供的接触销13，即，电压降测量触头23、温度测量触头21或盲销73，被紧固到汇流排5。根据本发明，这直接发生，即，没有另外的***元件。

图7中示出了根据另一实施例的无源电流传感器1。除了四个电压降测量触头23之外，图7的无源电流传感器1还具有SMD温度传感器77，该SMD温度传感器77紧固至温度测量触头21，但同时定位为与分流电阻器7电绝缘。在最简单的情况下，这是通过将SMD温度传感器77与分流电阻器7间隔开来确保的。还示出了***面33，在***面33中，接触销13被接收在壳体11的销接收开口79中。在所示的实施例中，接触销13被设计为插头触头81，其优点在于，接触销13可以以引导的方式被接收在壳体11中，并且另外通过壳体11被牢固地紧固在其位置上。销接收开口79也可以被称为触头室，并且壳体11也可以被称为销接触壳体。

无源电流传感器1的组装如图8所示。该方法从图的左上方的第一个方法步骤开始，并遵循所示的箭头。

首先，如图8所示，将包括至少两个电压降测量触头23的接触销13，或更准确地说，接触销13的插头连接区域69接收在壳体11中。为此，接触销13可以牢固地***壳体11中，并且另外可以通过固定孔眼57紧固到壳体11。

如图8所示，随后将设计为SMD温度传感器77的温度传感器35与温度测量触头21经由进入凹槽43附接至温度接触部段45。

然后，将分流元件63横向***壳体11的接收连杆37中，直到温度传感器35位于分流电阻器7上方，如图8所示。在这种情况下，在所示实施例中的四个电压降测量触头23通过它们的连接部段25直接电气连接且机械连接到两个汇流排5。随后，可以在温度传感器35和分流电阻器7之间另外安装导热材料83。这种导热材料83具有高导热率，同时其具有电绝缘效果。

图9-12示出了在不同方法步骤中的无源电流传感器1的底视图。在图9中，冲压栅格15被***壳体11中。通过将电压降测量触头23和温度测量触头21***到壳体11的对应的销接收开口79中，可以实现将冲压栅格15在壳体11中紧固以不进行运动。此外，通过上述固定孔眼57和接收在其中的壳体11的固定销59来支撑冲压栅格15的固定。

如图8和9所示，所示的壳体11具有底切元件85，该底切元件85完全包围要接收的汇流排5。底切元件85至少部分地设计成与汇流排5互补，并且汇流排5可在其中被引导。底切元件85因此可以具有L形的横截面，沿着汇流排5的侧表面延伸，并且在汇流排5中从后面接合，同时底切部段在汇流排5的与载体或壳体11相对的一侧上。底切元件85的另一实施例是封闭的接收开口，该封闭的接收开口不仅部分地而且完全地包围汇流排5并且在其侧表面处从后面接合汇流排5。在一个实施例中，底切元件85成对地设置成彼此面对。为了将具有一个或多个底切元件85的壳体11固定到汇流排5，需要将其移动到由底切元件85形成的接收开口或接收杆中。

在图10中的进一步的方法步骤中，将温度传感器35***壳体中，其中定位销93有助于温度传感器35的定位。最终，温度传感器35通过直接电气和机械连接部29紧固到温度测量触头21的温度接触部段45。

当安装分流元件63时，其前边缘可能撞击非常敏感的电压降测量触头23。为此，如图11所示，可以在壳体11中设置侧向开口11a。这些开口11a允许在安装分流元件63之前使用例如楔形板的工具来升高测量触头21、23。测量触头21、23的升高发生在图纸平面中。在安装之后，可以将楔形板移除，这样测量触头21、23会弹回到起始位置并接触***的分流元件63。随后，可以开始焊接过程。

图12示出了在将分流元件63侧向引入到壳体11的接收杆37中之后的图11的壳体11。所提供的四个电压降测量触头23的连接部段25可以通过进入凹槽43进入。温度接触部段45可经由单独配置的传感器进入凹槽53进入。

根据本发明的无源电流传感器1还可以具有进入保护装置39的另一实施例，如图13所示，呈次级卡扣元件95的形式。如图12所示，次级卡扣元件95和卡扣元件97一起与壳体11接合，并且还具有可折叠元件99，该可折叠元件99可以在进入凹槽43上折叠并且防止计入连接部段25。图13中所示的次级卡扣元件95通过后侧部101覆盖传感器进入凹槽53。在图15中示意性地示出了折叠运动103。

图14和图15示出了无源电流传感器1的另一实施例，其与先前的实施方式的不同之处在于，壳体11通过可折叠元件99的第二实施例与分流元件63接合。这也通过膜铰接部47连接到壳体11。可折叠元件99具有止动元件105，当围绕膜铰接部47进行折叠运动103时，止动元件105分别抵靠一个汇流排5并且被压靠汇流排5。这在图15中示出，其中壳体11还具有另外的卡扣元件107，该卡扣元件107从后面接合可折叠元件99，从而将止动元件105保持压靠汇流排5并防止可折叠元件99打开。

图16和17示出了图14和15的根据本发明的无源电流传感器1的不同透视图。可以看到图16中可进入的进入凹槽43。为了封闭进入凹槽43，无源电流传感器1具有被构造为盖元件41的进入保护装置39的第二例。其功能基本上对应于图1所示的无源电流传感器1的实施例的盖元件41。盖元件41也经由膜铰接部47连接，但是在其他构造中，其可以通过不同构造的铰接部来实现。在覆盖状态109中，可折叠元件99从后面通过卡扣条111接合，该卡扣条111对应地接合在互补构造的卡扣钩113中。

在无源电流传感器1和组件61中，不需要PCB；接触销13直接连接到汇流排5。由于接触销13与汇流排5的直接接触和电气连接部29，因此可以进行焊接过程，其中焊接连接通常可以具有较低的错误率。此外，由于不再需要PCB，因此节省了部件，并且代替使用两个连接部，即从接触销13到PCB和从PCB到汇流排5，仅需要一个电气和机械连接部29用于连接接触销13。因此，电流传感器1具有比现有技术的解决方案更简单的结构，具有更高的成本效益，并且由于更耐用的连接而可以增加无源电流传感器1的使用寿命。