DE102020100581B4

DE102020100581B4 - Device and method for measuring current intensity

Info

Publication number: DE102020100581B4
Application number: DE102020100581.4A
Authority: DE
Inventors: Peter Borst; Sergej Kukanov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-01-13
Filing date: 2020-01-13
Publication date: 2023-06-22
Anticipated expiration: 2040-01-14
Also published as: DE102020100581A1; WO2021144221A1

Abstract

Vorrichtung (10) zur Messung einer Stromstärke aufweisend- eine Leiteranordnung (34) mit einem ersten Eingangsanschluss (16) und einem zweiten Eingangsanschluss (18) zur Durchleitung eines zu messenden Stroms (I), der beim Durchfließen der Leiteranordnung (34) ein Primärmagnetfeld hervorruft,- einen Anker (26), der relativ zur Leiteranordnung (34) so angeordnet ist, dass der Anker (26) relativ zur Leiteranordnung (34) verlagerbar ist und dass der Anker (26) von dem Primärmagnetfeld beaufschlagt wird und dadurch auf den Anker (26) eine Kraft (F) wirkt, die geeignet ist, den Anker (26) relativ zur Leiteranordnung (34) zu verlagern, und- ein Messelement das dafür ausgebildet ist, eine Verlagerung des Ankers (26) zu erfassen, indem eine Verformung erfasst wird, die der Anker (26) bei seiner Verlagerung an einem Bezugselement hervorruft, und auf Basis der Verformung einen Messwert auszugeben, der mit der Größe des zu messenden Stroms (I) korrespondiert.Device (10) for measuring a current intensity, having a conductor arrangement (34) with a first input connection (16) and a second input connection (18) for conducting a current (I) to be measured, which causes a primary magnetic field when flowing through the conductor arrangement (34). - an armature (26) which is arranged relative to the conductor arrangement (34) such that the armature (26) is displaceable relative to the conductor arrangement (34) and that the armature (26) is acted upon by the primary magnetic field and thereby on the armature (26) a force (F) acts which is suitable for displacing the armature (26) relative to the conductor arrangement (34), and a measuring element which is designed to detect a displacement of the armature (26) by a deformation is detected, which causes the armature (26) when it is displaced on a reference element, and on the basis of the deformation output a measured value which corresponds to the magnitude of the current (I) to be measured.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung einer Stromstärke.The present invention relates to a device and a method for measuring a current intensity.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Messung einer Stromstärke bekannt. Beispielsweise kann ein sogenannter Shunt verwendet werden, also ein parallel geschalteten Widerstand, an dem die abfallende Spannung gemessen wird. Aus den Widerstands- und Spannungswerten wird der tatsächliche Strom in der Leitung ermittelt. Es ist auch möglich, das Magnetfeld um den Leiter, durch den der zu messende Strom fließt, zu nutzen, um eine Spannung in einer Spule in der Nähe des Leiters zu induzieren. Anhand der Spulendimensionierung und der ermittelten induzierten Spannung lässt sich die entsprechende Stromstärke im Leiter ermitteln. Zudem kann man auch das Magnetfeld um den Leiter von einem Hall-Sensor erfassen und das Messsignal als Stromstärke interpretieren.Various methods for measuring a current intensity are known from the prior art. For example, a so-called shunt can be used, i.e. a resistor connected in parallel, at which the falling voltage is measured. The actual current in the line is determined from the resistance and voltage values. It is also possible to use the magnetic field around the conductor through which the current to be measured flows to induce a voltage in a coil near the conductor. The corresponding current strength in the conductor can be determined based on the coil dimensioning and the determined induced voltage. In addition, the magnetic field around the conductor can be recorded by a Hall sensor and the measurement signal can be interpreted as a current strength.

Einer der Nachteile von den bestehenden Lösungen ist die Wärmeempfindlichkeit. Zum einen produzieren die meisten Lösungen selber Wärme, zum anderen kommt ein zusätzlicher Wärmeeintrag aus der Umgebung. Gerade im Automotive-Bereich ist dies kritisch, da hier permanent erhebliche thermische Schwankungen und Belastungen gegeben sind. Dies beeinträchtigt die Messgenauigkeit dieser Lösungen und führt zu anhaltenden Drifts und damit zu einer fehlenden Langzeitstabilität. Zudem können bei einigen Lösungen externe Störfelder das Messergebnis beeinträchtigen. Auch hohe Kosten, eine geringe Genauigkeit oder eine geringe Auflösung sind bekannte Nachteile bestehender Lösungen.One of the disadvantages of the existing solutions is the sensitivity to heat. On the one hand, most solutions produce heat themselves, on the other hand, there is an additional heat input from the environment. This is particularly critical in the automotive sector, as there are permanent significant thermal fluctuations and loads. This impairs the measurement accuracy of these solutions and leads to persistent drifts and thus to a lack of long-term stability. In addition, external interference fields can impair the measurement result with some solutions. High costs, low accuracy or low resolution are also well-known disadvantages of existing solutions.

DE 10 2008 035 551 A1 betrifft eine Einrichtung zur Strommessung und ein entsprechendes Verfahren. Dabei wird die magnetische Kraft infolge des vom zu messenden Strom erzeugten Magnetfelds auf einen Metallkörper ermittelt. Die magnetische Kraft wird hierzu vom Metallkörper über eine Wirkverbindung auf einen Drucksensor übertragen und ein vom Drucksensor daraufhin erzeugtes elektronisches Signal von einer Auswerteeinheit ausgewertet. DE 10 2008 035 551 A1 relates to a device for current measurement and a corresponding method. The magnetic force on a metal body resulting from the magnetic field generated by the current to be measured is determined. For this purpose, the magnetic force is transmitted from the metal body via an operative connection to a pressure sensor, and an electronic signal then generated by the pressure sensor is evaluated by an evaluation unit.

DE 40 21 358 A1 betrifft ein Verfahren zum Messen der Stromstärke eines elektrischen Stromes, der in einem Leiter fließt, und eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Es ist vorgesehen, dass ein äußeres, homogenes Magnetfeld mit bekannter magnetischer Induktion erzeugt wird, das quer, insbesondere senkrecht, zum Leiter ausgerichtet wird. Dann wird die durch den Strom im Leiter, bzw. durch dessen Magnetfeld, und durch das äußere, homogene Magnetfeld bewirkte Lorentz-Kraft gemessen. Mit der gemessenen Lorentz-Kraft und mit der bekannten magnetischen Induktion des äußeren, homogenen Magnetfeldes wird die Stromstärke des elektrischen Stromes, der im Leiter fließt, bestimmt. DE 40 21 358 A1 relates to a method for measuring the amperage of an electric current flowing in a conductor and a device for carrying out such a method. Provision is made for an external, homogeneous magnetic field to be generated with a known magnetic induction, which is aligned transversely, in particular perpendicularly, to the conductor. Then the Lorentz force caused by the current in the conductor or by its magnetic field and by the external, homogeneous magnetic field is measured. The strength of the electrical current flowing in the conductor is determined using the measured Lorentz force and the known magnetic induction of the external, homogeneous magnetic field.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Messung einer Stromstärke aufzuzeigen. Dabei sollen insbesondere eine verringerte Wärmeempfindlichkeit, eine erhöhte Langzeitstabilität, eine ausreichende Genauigkeit und Auflösung oder eine geringe Beeinflussbarkeit durch externe Störfelder erzielt werden.It is an object of the present invention to provide an improved device and method for measuring current intensity. In particular, a reduced sensitivity to heat, increased long-term stability, sufficient accuracy and resolution or a low level of influence by external interference fields should be achieved.

Die Aufgabe wird nach einem Aspekt gelöst durch eine Vorrichtung zur Messung einer Stromstärke aufweisend

- eine Leiteranordnung mit einem ersten Eingangsanschluss und einem zweiten Eingangsanschluss zur Durchleitung eines zu messenden Stroms, der beim Durchfließen der Leiteranordnung ein Primärmagnetfeld hervorruft,
- einen Anker, der relativ zur Leiteranordnung so angeordnet ist, dass der Anker relativ zur Leiteranordnung verlagerbar ist und dass der Anker von dem Primärmagnetfeld beaufschlagt wird und dadurch auf den Anker eine Kraft wirkt, die geeignet ist, den Anker relativ zur Leiteranordnung zu verlagern, und
- ein Messelement das dafür ausgebildet ist, eine Verlagerung des Ankers zu erfassen, indem eine Verformung erfasst wird, die der Anker bei seiner Verlagerung an einem Bezugselement hervorruft, und auf Basis der Verformung einen Messwert auszugeben, der mit der Größe des zu messenden Stroms korrespondiert.

According to one aspect, the object is achieved by having a device for measuring a current intensity

- a conductor arrangement with a first input connection and a second input connection for the passage of a current to be measured, which causes a primary magnetic field when flowing through the conductor arrangement,
- an armature which is arranged relative to the conductor arrangement in such a way that the armature can be displaced relative to the conductor arrangement and that the armature is acted upon by the primary magnetic field and as a result a force acts on the armature which is suitable for displacing the armature relative to the conductor arrangement, and
- a measuring element designed to detect a displacement of the armature by detecting a deformation that the armature causes when it is displaced on a reference element, and based on the deformation to output a measured value that corresponds to the magnitude of the current to be measured .

Eine Besonderheit der Erfindung liegt darin, dass die Strommessung nicht direkt erfolgt, wie bei den zuvor genannten bestehenden Lösungen, sondern indirekt erfolgt. Dies bedeutet konkret, dass das Primärmagnetfeld, welches der zu messende Strom beim Durchfließen der Leiteranordnung erzeugt, nicht direkt für die Erfassung der Stromstärke verwendet wird. Vielmehr wird eine resultierende Änderung erfasst, die durch das Primärmagnetfeld hervorgerufen wird. Die Leiteranordnung ist bei einigen Ausgestaltungen als gerader oder gekrümmter Leiter ausgebildet und kann dabei optional eine oder mehrere Schleifen bilden.A special feature of the invention is that the current is not measured directly, as in the previously mentioned existing solutions, but rather indirectly. In concrete terms, this means that the primary magnetic field, which the current to be measured generates when it flows through the conductor arrangement, is not used directly for detecting the current intensity. Rather, a resultant change caused by the primary magnetic field is detected. In some configurations, the conductor arrangement is in the form of a straight or curved conductor and can optionally form one or more loops.

Es wird eine mechanische Verformung des Bezugselements erfasst. Die Verformung entsteht, da auf den Anker eine Kraft ausgeübt wird, die durch das Primärmagnetfeld hervorgerufen wird, sich der Anker dadurch verlagert und aufgrund der Verlagerung das Bezugselement verformt. Das Bezugselement ist dabei insbesondere ortsfest relativ zur Leiteranordnung angeordnet.A mechanical deformation of the reference element is detected. The deformation occurs because a force is exerted on the armature, which is caused by the primary magnetic field, causing the armature to shift and due to the Displacement deforms the reference element. The reference element is arranged in particular in a stationary manner relative to the conductor arrangement.

Dabei werden insbesondere zwei Arten der resultierenden Veränderung als vorteilhaft angesehen. Zum einen kann, wie nachfolgend noch genauer erläutert wird, eine mechanische Verlagerung des Ankers relativ zur Leiteranordnung erfasst werden. Zum anderen kann ein Sekundärmagnetfeld erfasst werden, das basierend auf dem Primärmagnetfeld vom Anker übertragen wird.In particular, two types of the resulting change are considered advantageous. On the one hand, as will be explained in more detail below, a mechanical displacement of the armature relative to the conductor arrangement can be detected. On the other hand, a secondary magnetic field can be detected, which is transmitted from the armature based on the primary magnetic field.

Die Vorrichtung dient der Messung der Stromstärke, insbesondere einer Momentanstromstärke, eines Gleichstroms in einem Leiter. Die Vorrichtung weist einen elektromagnetischen Aktor, hier die Leiteranordnung im Zusammenspiel mit dem Anker, und ein Messelement auf, insbesondere eine integrierte Sensoreinheit mit daran angeschlossener Auswerteelektronik. Dabei ist die Leiteranordnung des elektromagnetischen Aktors in Reihe mit dem Leiter geschaltet, in dem der Strom gemessen werden soll.The device is used to measure the current, in particular an instantaneous current, of a direct current in a conductor. The device has an electromagnetic actuator, here the conductor arrangement in interaction with the armature, and a measuring element, in particular an integrated sensor unit with evaluation electronics connected to it. The conductor arrangement of the electromagnetic actuator is connected in series with the conductor in which the current is to be measured.

In direkter Abhängigkeit von der Stromstärke in der Leitung, wird eine mechanische oder magnetische Zustandsänderung des aktiven Elements des Aktors, konkret des Ankers, von dem Messelement erfasst. Die Zustandsänderung kann sich dabei insbesondere durch eine mechanische Spannung, Kraft, Dehnung oder Hub zeigen, sowie durch eine Änderung einer Induktivität oder eines magnetischen Flusses. Die Auswerteelektronik des Messelements verarbeitet die Verlagerung des Ankers oder das gemessene Sekundärmagnetfeld in ein verwertbares Signal, das von externen Auswertesystemen, zum Beispiel Steuergeräten, als Wert für die Stromstärke interpretiert werden kann. Die Vorrichtung eignet sich für Messung von Strömen in allen Strombereichen, insbesondere jedoch bei Hochströmen (z.B. bis 1kA als übliche Größe in der E-Mobility).A mechanical or magnetic change in the state of the active element of the actuator, specifically the armature, is detected by the measuring element as a direct function of the current strength in the line. The change of state can be shown in particular by mechanical stress, force, expansion or stroke, as well as by a change in inductance or magnetic flux. The evaluation electronics of the measuring element processes the displacement of the armature or the measured secondary magnetic field into a usable signal that can be interpreted by external evaluation systems, such as control units, as a value for the current intensity. The device is suitable for measuring currents in all current ranges, but especially for high currents (e.g. up to 1kA as a usual size in e-mobility).

Dadurch ist die Aufgabe vollständig gelöst.This completes the task.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Messelement dafür ausgebildet, die Kraft zu erfassen, mit der der Anker gegen ein Bezugselement drückt.In a preferred embodiment, the measuring element is designed to detect the force with which the armature presses against a reference element.

Bei dieser Ausgestaltung wird die Kraft erfasst, die aus der Beaufschlagung des Ankers mit dem Primärmagnetfeld resultiert. Die Kraft wird dabei unter Bezug auf das Bezugselement gemessen. Das Bezugselement ist dabei insbesondere ortsfest relativ zur Leiteranordnung angeordnet. Das Messelement weist bevorzugt einen Kraftsensor auf.In this embodiment, the force that results from the primary magnetic field being applied to the armature is recorded. The force is measured with reference to the reference element. The reference element is arranged in particular in a stationary manner relative to the conductor arrangement. The measuring element preferably has a force sensor.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Bezugselement ein Kern und das Messelement weist einen Kraftsensor, der zwischen dem Anker und dem Kern angeordnet ist.In a further advantageous embodiment, the reference element is a core and the measuring element has a force sensor which is arranged between the armature and the core.

Bei dieser Ausgestaltung wird für das Messelement ein Kraftsensor verwendet, der zwischen Anker und Kern angeordnet ist, insbesondere in einem Spalt bzw. Arbeitsspalt zwischen Anker und Kern. Das Primärmagnetfeld führt zu einem magnetischen Fluss, der sowohl durch den Anker als auch durch den Kern führt. Da das System versucht, den magnetischen Widerstand zu reduzieren, und der Kern insbesondere ortsfest zur Leiteranordnung angeordnet ist, drückt der Anker mit steigender Stärke des Primärmagnetfelds stärker in Richtung des Kerns, um die Größe des Spalts zu verringern. Eine Rückstellung des Ankers kann insbesondere durch den Kraftsensor selbst und/oder durch eine Feder erfolgen, die eine Ruheposition des Ankers definiert. Bei dem Spalt handelt es sich insbesondere um einen Luftspalt.In this configuration, a force sensor is used for the measuring element, which is arranged between the armature and the core, in particular in a gap or working gap between the armature and the core. The primary magnetic field results in a magnetic flux that runs through both the armature and the core. Since the system attempts to reduce reluctance, and in particular the core is fixed relative to the conductor assembly, as the strength of the primary magnetic field increases, the armature pushes more toward the core to reduce the size of the gap. The armature can be reset in particular by the force sensor itself and/or by a spring that defines a rest position of the armature. The gap is in particular an air gap.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Bezugselement ein Ankerträger, an dem der Anker angeordnet ist.In a further advantageous embodiment, the reference element is an anchor carrier on which the anchor is arranged.

Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da der Anker ohnehin relativ zur Leiteranordnung angeordnet bzw. geführt sein muss. Diese Befestigung kann mittels eines Ankerträgers erfolgen, der hier gleichzeitig das Bezugselement bildet, dessen Verformung erfasst wird. Der Ankerträger ist dabei bevorzugt in axialer Verlängerung des Ankers angeordnet.This embodiment is advantageous since the armature has to be arranged or guided in any case relative to the conductor arrangement. This attachment can take place by means of an anchor support, which here at the same time forms the reference element whose deformation is detected. The armature carrier is preferably arranged in the axial extension of the armature.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Bezugselement einen Dehnungsmessstreifen auf.In a further advantageous embodiment, the reference element has a strain gauge.

Diese Ausgestaltung ermöglicht es auf einfache Weise, einerseits den Anker relativ zur Leiteranordnung anzuordnen und andererseits die Verformung durch eine relative Verlagerung des Ankers zu erfassen.This configuration makes it possible in a simple manner, on the one hand, to arrange the armature relative to the conductor arrangement and, on the other hand, to detect the deformation by a relative displacement of the armature.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Messelement dafür ausgebildet, eine Position des Ankers zu erfassen, insbesondere relativ zur Leiteranordnung.In a further advantageous embodiment, the measuring element is designed to detect a position of the armature, in particular relative to the conductor arrangement.

Diese Ausgestaltung macht sich zunutze, dass durch die Einwirkung des Primärmagnetfelds auf den Anker sich dessen Position verändert. Findet die Positionsveränderung gegen ein elastisches Element statt, insbesondere gegen eine Feder, so korrespondiert die Größe der Positionsänderung gegenüber eine Ruheposition mit der Größe des Primärmagnetfelds und somit mit der Größe des zu messenden Stroms.This configuration makes use of the fact that the position of the armature changes as a result of the effect of the primary magnetic field. If the change in position takes place against an elastic element, in particular against a spring, then the size of the change in position compared to a rest position corresponds to the size of the primary magnetic field and thus to the size of the current to be measured.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Messelement für eine taktile Erfassung, eine induktive Erfassung, eine Hall-basierte Erfassung oder eine optische Erfassung ausgebildet.In a further advantageous embodiment, the measuring element is for tactile detection, an inductive detection, a Hall-based detection or an optical detection formed.

Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da an sich bekannte Sensoreinheiten auch in dieser speziellen Vorrichtung eingesetzt werden können.This refinement is advantageous since sensor units which are known per se can also be used in this special device.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Messelement eine Sekundärleiteranordnung auf.In a further advantageous embodiment, the measuring element has a secondary conductor arrangement.

Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da eine Verlagerung des Ankers für die Bestimmung des zu messenden Stroms nicht erforderlich ist. Die Verlagerbarkeit des Ankers kann dabei minimal sein, insbesondere um Fertigungstoleranzen zu kompensieren. Die Bestimmung des zu messenden Stroms ergibt sich hier durch das Sekundärmagnetfeld, das basierend auf dem Primärmagnetfeld vom Anker übertragen wird. Die Zuordnung eines Messwerts für den zu messenden Strom und einem in der Sekundärleiteranordnung gemessenen Strom kann mittels eines physikalischen Modells beschrieben werden oder durch eine Funktion, deren Stützpunkte mittels empirischer Versuche ermittelt worden sind. Wenn der Anker mit einem Kern zusammenwirkt, kann diese Ausführungsform sowohl mit einem variablen Spalt als auch mit einem festen Spalt ausgebildet sein. Die Sekundärleiteranordnung ist insbesondere eine Sekundärspule.This configuration is advantageous since it is not necessary to move the armature to determine the current to be measured. The displacement of the armature can be minimal, in particular to compensate for manufacturing tolerances. The current to be measured is determined here by the secondary magnetic field, which is transmitted by the armature based on the primary magnetic field. The assignment of a measured value for the current to be measured and a current measured in the secondary conductor arrangement can be described using a physical model or using a function whose support points have been determined using empirical tests. When the armature cooperates with a core, this embodiment can be designed with both a variable gap and a fixed gap. The secondary conductor arrangement is in particular a secondary coil.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sekundärleiteranordnung zumindest teilweise innerhalb der Leiteranordnung, also der Primärleiteranordnung, angeordnet, oder ist außerhalb der Leiteranordnung bzw. Primärleiteranordnung angeordnet.In a further advantageous embodiment, the secondary conductor arrangement is at least partially arranged within the conductor arrangement, ie the primary conductor arrangement, or is arranged outside of the conductor arrangement or primary conductor arrangement.

Diese Ausgestaltung erfordert keine relative Bewegung des Ankers zur Leiteranordnung. Eine Anordnung der Sekundärleiteranordnung außerhalb der Primärleiteranordnung kann Vorteile bei der Fertigung bieten.This configuration does not require relative movement of the armature to the conductor assembly. An arrangement of the secondary conductor arrangement outside of the primary conductor arrangement can offer advantages in production.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Anker durch ein Distanzstück beabstandet in axialer Richtung an einem Kern angeordnet.In a further advantageous embodiment, the armature is arranged on a core spaced apart by a spacer in the axial direction.

Diese Ausgestaltung verwendet einen festen Spalt zwischen dem Anker und dem Kern. Das Distanzstück bietet eine einfache definierte Positionierung. Es sei aber allgemein zudem darauf hingewiesen, dass bei Ausführungsformen, die keinen variablen Luftspalt benötigen, der Kern und das Distanzstück weggelassen werden können. Hier kann der Anker als solcher bereits ausreichend sein, ggf. in einer Ausführung als verlängerter Anker.This design uses a fixed gap between the armature and the core. The spacer provides easy defined positioning. However, in general, it should also be noted that embodiments that do not require a variable air gap may omit the core and spacer. The anchor as such can be sufficient here, possibly in the form of an extended anchor.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wirkt der Anker mit einer Feder zusammen, die optional teilweise innerhalb des Ankers angeordnet ist.In a further advantageous embodiment, the armature interacts with a spring which is optionally arranged partially within the armature.

Diese Ausführungsform kann zur Erzielung von mindestens zwei technischen Effekten eingesetzt werden. Zum einen kann eine Ruheposition des Ankers definiert werden. Dabei kann die Feder den Anker insbesondere gegen einen Anschlag drücken und so die Ruheposition festlegen. Zum anderen kann eine definierte Verlagerung des Ankers mit steigender Stromstärke erzielt werden, da die Federkraft linear mit dem Federweg ansteigt.This embodiment can be used to achieve at least two technical effects. On the one hand, a resting position of the anchor can be defined. The spring can in particular press the armature against a stop and thus define the rest position. On the other hand, a defined displacement of the armature can be achieved with increasing current, since the spring force increases linearly with the spring deflection.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Anker axial entlang einer Längsachse der Leiteranordnung geführt, insbesondere in einer Gleitbuchse.In a further advantageous embodiment, the armature is guided axially along a longitudinal axis of the conductor arrangement, in particular in a sliding bush.

Diese Ausgestaltung ist konstruktiv einfach und robust. Die so erzielte Verlagerbarkeit des Ankers kann für eine tatsächliche Verlagerung des Ankers bei der Strommessung verwendet werden und/oder für einen Toleranzausgleich bei der Fertigung verwendet werden.This configuration is structurally simple and robust. The displaceability of the armature that is achieved in this way can be used for an actual displacement of the armature when measuring the current and/or for tolerance compensation during production.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Anker zumindest teilweise innerhalb der Leiteranordnung angeordnet.In a further advantageous embodiment, the armature is at least partially arranged within the conductor arrangement.

Diese Ausgestaltung ermöglicht ein besonders gutes Zusammenwirken zwischen dem Anker und der Leiteranordnung, sowie optional einem Kern.This configuration enables a particularly good interaction between the armature and the conductor arrangement, and optionally a core.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist in axialer Verlängerung des Ankers ein Kern zumindest teilweise innerhalb der Leiteranordnung angeordnet.In a further advantageous embodiment, a core is arranged at least partially within the conductor arrangement in the axial extension of the armature.

Diese Ausgestaltung ermöglicht eine gute Steuerung hinsichtlich der Verlagerung des Ankers. Der Kern ist entlang der axialen Richtung durch die Leiteranordnung vom Kern beabstandet, so dass sich ein Spalt bildet. Wie bereits erläutert, wird das System versuchen, den magnetischen Widerstand zu verringern, so dass sich mit steigender Stärke des zu messenden Stroms der Anker mit einer ansteigenden Stärke auf den Kern zu bewegt. Der Kern ist insbesondere ein Magnetkern.This configuration enables good control over the displacement of the armature. The core is spaced from the core along the axial direction by the conductor arrangement so that a gap is formed. As already explained, the system will try to reduce the reluctance so that as the magnitude of the current to be measured increases, the armature moves towards the core with an increasing magnitude. The core is in particular a magnetic core.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Leiteranordnung eine Spule und/oder ist die Sekundärleiteranordnung eine Sekundärspule.In a further advantageous embodiment, the conductor arrangement is a coil and/or the secondary conductor arrangement is a secondary coil.

Diese Ausgestaltung ermöglicht es, die Kraft oder den Bereich der erwarteten Kräfte einzustellen. Dabei gilt der Grundsatz, dass mit steigender Anzahl der Windungen der Spule auch die Kraft größer wird, die durch den Strom hervorgerufen wird. So können bei größeren Strömen wenige Windungen ausreichend sein, gegebenenfalls sogar eine Windung oder sogar null Windungen wie z.B. bei einem geraden oder gekrümmten Leiter. Bei kleinen Strömen ist eine Anzahl an Windungen größer als eins vorteilhaft.This configuration allows the force or range of expected forces to be adjusted. The principle applies that the higher the number of turns in the coil, the greater the force generated by the current. In the case of larger currents, a few turns can be sufficient, possibly even one turn or even zero turns as in a straight or curved conductor. With small currents, a number of turns greater than one is advantageous.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Messung einer Stromstärke mit den Schritten:

- Durchleiten eines zu messenden Stroms durch eine Leiteranordnung mit einem ersten Eingangsanschluss und einem zweiten Eingangsanschluss, wobei der Strom beim Durchfließen der Leiteranordnung ein Primärmagnetfeld hervorruft,
- Verlagern eines Ankers relativ zur Leiteranordnung durch eine Beaufschlagung des Ankers mit dem Primärmagnetfeld und der daraus resultierenden Kraft, und
- Erfassen einer Verlagerung des Ankers, indem eine Verformung erfasst wird, die der Anker bei seiner Verlagerung an einem Bezugselement hervorruft, und, auf Basis der Verformung, Ausgeben eines Messwerts, der mit der Größe des zu messenden Stroms korrespondiert.

According to a further aspect, the object is achieved by a method for measuring a current with the steps:

- passing a current to be measured through a conductor arrangement with a first input connection and a second input connection, the current causing a primary magnetic field when it flows through the conductor arrangement,
- Displacing an armature relative to the conductor arrangement by subjecting the armature to the primary magnetic field and the force resulting therefrom, and
- detecting a displacement of the armature by detecting a deformation that the armature causes when it is displaced on a reference element and, based on the deformation, outputting a measurement value corresponding to the magnitude of the current to be measured.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Messung einer Stromstärke;
2 eine teilgeöffnete Darstellung der ersten Ausführungsform;
3 eine perspektivische Darstellung der ersten Ausführungsform mit einem herausgeschnittenen Viertelsegment;
4 eine Schnittdarstellung der ersten Ausführungsform;
5 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Messung einer Stromstärke mit einem herausgeschnittenen Viertelsegment;
6 eine Schnittdarstellung der zweiten Ausführungsform;
7 eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Messung einer Stromstärke mit einem herausgeschnittenen Viertelsegment;
8 eine Schnittdarstellung der dritten Ausführungsform;
9 eine perspektivische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Messung einer Stromstärke mit einem herausgeschnittenen Viertelsegment;
10 eine Schnittdarstellung der vierten Ausführungsform;
11 eine perspektivische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Vorrichtung zur Messung einer Stromstärke mit einem herausgeschnittenen Viertelsegment;
12 eine Schnittdarstellung der fünften Ausführungsform;
13 eine perspektivische Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Messung einer Stromstärke mit einem herausgeschnittenen Viertelsegment;
14 eine Schnittdarstellung der sechsten Ausführungsform; und
15 eine perspektivische Darstellung einer siebten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Messung einer Stromstärke mit einem herausgeschnittenen Viertelsegment;
16 eine Schnittdarstellung der siebten Ausführungsform; und
17 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Messung einer Stromstärke.

Embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. Show it:

1 a first embodiment of a device for measuring a current intensity;
2 a partially open view of the first embodiment;
3 a perspective view of the first embodiment with a quarter segment cut out;
4 a sectional view of the first embodiment;
5 a perspective view of a second embodiment of a device for measuring a current intensity with a quarter segment cut out;
6 a sectional view of the second embodiment;
7 a perspective view of a third embodiment of a device for measuring a current intensity with a quarter segment cut out;
8th a sectional view of the third embodiment;
9 a perspective view of a fourth embodiment of a device for measuring a current intensity with a quarter segment cut out;
10 a sectional view of the fourth embodiment;
11 a perspective view of a fifth embodiment of a device for measuring a current intensity with a quarter segment cut out;
12 a sectional view of the fifth embodiment;
13 a perspective view of a sixth embodiment of a device for measuring a current intensity with a quarter segment cut out;
14 a sectional view of the sixth embodiment; and
15 a perspective view of a seventh embodiment of a device for measuring a current intensity with a quarter segment cut out;
16 a sectional view of the seventh embodiment; and
17 12 is a block diagram of an embodiment of a method for measuring current intensity.

1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Messung einer Stromstärke. 1 shows a first embodiment of a device 10 for measuring a current intensity.

Die Vorrichtung 10 weist ein Gehäuse 12 mit einem Gehäusedeckel 14 auf. Ein erster Eingangsanschluss 16 und ein zweiter Eingangsanschluss 18 dienen der Durchleitung eines zu messenden Stroms I. An einem Ausgangsanschluss 20, hier mit vier Ausgangspins 22, wird ein Messwert ausgegeben, der mit der Größe des zu messenden Stroms I korrespondiert.The device 10 has a housing 12 with a housing cover 14 . A first input connection 16 and a second input connection 18 are used to conduct a current I to be measured. At an output connection 20, here with four output pins 22, a measured value is output which corresponds to the size of the current I to be measured.

2 zeigt eine teilgeöffnete Darstellung der ersten Ausführungsform gemäß 1, bei der der Gehäusedeckel 14 abgenommen wurde. Es ist nun eine Auswerteelektronik 24 eines Messelements gezeigt, das dafür ausgebildet ist, eine Verlagerung eines Ankers 26 zu erfassen und einen Messwert auszugeben, der mit der Größe des zu messenden Stroms I korrespondiert. Der Anker 26 ist in einer Gleithülse 28 geführt, die in einer Halteplatte 30 angeordnet ist. 2 shows a partially opened representation of the first embodiment 1 , in which the housing cover 14 was removed. Evaluation electronics 24 of a measuring element are now shown, which are designed to detect a displacement of an armature 26 and to output a measured value that corresponds to the magnitude of the current I to be measured. The armature 26 is guided in a sliding sleeve 28 which is arranged in a holding plate 30 .

3 zeigt eine perspektivische Darstellung der ersten Ausführungsform mit einem herausgeschnittenen Viertelsegment, wobei die Gleithülse 28 zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen wurde. 3 shows a perspective view of the first embodiment with a quarter segment cut out, the sliding sleeve 28 has been omitted to simplify the illustration.

Die Darstellung zeigt den Anker 26, der rotationssymmetrisch zu einer Längsmittelachse 32 des Ankers 26 ausgebildet ist. Die Längsmittelachse 32 ist hier als Referenzlinie verlängert dargestellt. Richtungen, die parallel zur Längsmittelachse 32 sind, werden hier als axial bzw. als axiale Richtung bezeichnet.The illustration shows the armature 26 which is rotationally symmetrical to a longitudinal central axis 32 of the armature 26 . The longitudinal center axis 32 is shown extended here as a reference line. Directions that are parallel to the longitudinal central axis 32 are referred to herein as axial or as the axial direction.

Es ist ferner eine Leiteranordnung 34 dargestellt, die bei dieser Ausführungsform als eine Spule mit vier Windungen ausgebildet ist. Wird ein Strom zwischen dem ersten Eingangsanschluss 16 und dem zweiten Eingangsanschluss 18 durchgeleitet, so wird in der Leiteranordnung 34 ein Primärmagnetfeld hervorgerufen. Der Anker 26 ist relativ zur Leiteranordnung 34 so angeordnet, dass er relativ zur Leiteranordnung 34 verlagerbar ist und von dem Primärmagnetfeld beaufschlagt wird. Dadurch wirkt auf den Anker 26 eine Kraft F, die geeignet ist, den Anker 26 relativ zur Leiteranordnung 34 zu verlagern.Also shown is a conductor assembly 34, which in this embodiment is formed as a four-turn coil. If a current is passed through between the first input connection 16 and the second input connection 18 , a primary magnetic field is produced in the conductor arrangement 34 . The armature 26 is arranged relative to the conductor arrangement 34 in such a way that it can be displaced relative to the conductor arrangement 34 and is acted upon by the primary magnetic field. As a result, a force F which is suitable for displacing the armature 26 relative to the conductor arrangement 34 acts on the armature 26 .

Der Anker 26 ist axial entlang einer Längsachse der Leiteranordnung 34 geführt, wobei die Längsachse der Leiteranordnung 34 hier der Längsmittelachse 32 des Ankers 26 entspricht. Der Anker 26 ist hier zumindest teilweise in der Leiteranordnung 34 angeordnet.The armature 26 is guided axially along a longitudinal axis of the conductor arrangement 34 , the longitudinal axis of the conductor arrangement 34 corresponding here to the longitudinal central axis 32 of the armature 26 . Here, the armature 26 is at least partially arranged in the conductor arrangement 34 .

In axialer Verlängerung des Ankers 26, also ausgehend vom Anker 26 in axialer Richtung, ist ein Kern 36 innerhalb der Leiteranordnung 34 angeordnet, der hier ebenfalls rotationssymmetrisch um die Längsmittelachse 32 ausgebildet ist. Zwischen dem Anker 26 und dem Kern 36 befindet sich ein Spalt 38, hier ein Luftspalt.Arranged in the axial extension of the armature 26, ie starting from the armature 26 in the axial direction, is a core 36 within the conductor arrangement 34, which core is also designed to be rotationally symmetrical about the longitudinal center axis 32 here. There is a gap 38, here an air gap, between the armature 26 and the core 36.

4 zeigt eine Schnittdarstellung der ersten Ausführungsform gemäß 1, wobei der Schnitt durch die Mitte der Vorrichtung 10 gelegt ist. Es gelten alle bereits zuvor gemachten Erläuterungen. 4 shows a sectional view of the first embodiment according to FIG 1 , wherein the section is taken through the center of the device 10. All the explanations given above apply.

5 zeigt eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Messung einer Stromstärke mit einem herausgeschnittenen Viertelsegment. Alle allgemeinen Erläuterungen im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform gelten hier auch weiterhin. 5 FIG. 12 shows a perspective representation of a second embodiment of a device 10 for measuring a current strength with a quarter segment cut out. All general explanations in connection with the first embodiment continue to apply here.

Bei dieser zweiten Ausführungsform ist das Messelement dafür ausgebildet, die Kraft F zu erfassen, mit der der Anker gegen ein Bezugselement drückt. Das Bezugselement ist hier der Kern 36, der ortsfest am Gehäuse 12 angeordnet ist. Das Messelement weist hier einen Kraftsensor 40 auf, der zwischen dem Anker 26 und dem Kern 36 in dem Luftspalt 38 angeordnet ist. Eine Feder 42, hier als Schraubenfeder ausgebildet, beaufschlagt den Anker 26 mit einer Vorspannungskraft, damit der Anker 26 am Kraftsensor 38 anliegt. Dadurch können auch geringe Stromstärken mit hinreichender Genauigkeit erfasst werden.In this second embodiment, the measuring element is designed to detect the force F with which the armature presses against a reference element. The reference element here is the core 36, which is arranged in a stationary manner on the housing 12. The measuring element here has a force sensor 40 which is arranged between the armature 26 and the core 36 in the air gap 38 . A spring 42 , designed here as a helical spring, applies a prestressing force to the armature 26 so that the armature 26 rests against the force sensor 38 . As a result, even low current levels can be detected with sufficient accuracy.

6 zeigt eine Schnittdarstellung der dritten Ausführungsform gemäß 5, wobei der Schnitt durch die Mitte der Vorrichtung 10 gelegt ist. Es gelten alle bereits zuvor gemachten Erläuterungen. 6 shows a sectional view of the third embodiment according to FIG 5 , wherein the section is taken through the center of the device 10. All the explanations given above apply.

7 zeigt eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Messung einer Stromstärke mit einem herausgeschnittenen Viertelsegment. Alle allgemeinen Erläuterungen im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform gelten hier auch weiterhin. 7 FIG. 12 shows a perspective representation of a third embodiment of a device 10 for measuring a current intensity with a quarter segment cut out. All general explanations in connection with the first embodiment continue to apply here.

Bei dieser dritten Ausführungsform ist das Messelement dafür ausgebildet, eine Verformung zu erfassen, die der Anker 26 bei seiner Verlagerung an einem Bezugselement hervorruft. Das Bezugselement ist hier ein Ankerträger 44, an dem der Anker 26 angeordnet ist.In this third embodiment, the measuring element is designed to detect a deformation caused by the armature 26 when it is displaced on a reference element. The reference element is here an armature support 44 on which the armature 26 is arranged.

Das Bezugselement, hier der Ankerträger 44, weist mehrere Dehnungsmessstreifen 46 auf. Da der Anker 26 fest am Ankerträger 44 angeordnet ist, findet bei einer Verlagerung des Ankers 26 eine Verformung des Ankerträgers 44 statt, die dann mittels der Dehnungsmessstreifen 46 erfasst werden kann. Da die Verlagerung des Ankers 26 mit steigender Stärke des Stroms I größer wird, verformt sich auch der Ankerträger 44 stärker. Die Dehnungsmessstreifen erfassen dann auch eine größere Dehnung, woraus mittels des Messelements auf einen größeren Strom geschlossen werden kann.The reference element, here the anchor support 44, has a plurality of strain gauges 46. Since the armature 26 is fixedly arranged on the armature carrier 44 , a displacement of the armature 26 causes a deformation of the armature carrier 44 which can then be detected by means of the strain gauges 46 . Since the displacement of the armature 26 increases as the current I increases, the armature support 44 also deforms more. The strain gauges then also detect a greater strain, from which a greater current can be inferred by means of the measuring element.

Bei dieser Ausführungsform weist der Ankerträger 44 mehrere Aussparungen 48 auf, so dass mehrere Stege 50 entstehen, auf denen die Dehnungsmessstreifen 46 angeordnet sind. Grundsätzlich ist es ausreichend, einen Steg vorzusehen, auf dem ein Steg 50 angeordnet ist. Es wird hinsichtlich der Verlagerung und der Verlagerbarkeit des Ankers 26 aber als vorteilhaft angesehen, wenn der Anker 26 an mindestens zwei Stegen 50 gehalten ist, die sich, bevorzugt bezogen auf die Längsmittelachse 32, gegenüberliegen.In this embodiment, the armature carrier 44 has a number of recesses 48, so that a number of webs 50 are formed, on which the strain gauges 46 are arranged. In principle, it is sufficient to provide a web on which a web 50 is arranged. With regard to the displacement and the displaceability of the armature 26, however, it is considered advantageous if the armature 26 is held on at least two webs 50 which, preferably in relation to the longitudinal center axis 32, are opposite one another.

8 zeigt eine Schnittdarstellung der dritten Ausführungsform gemäß 7, wobei der Schnitt durch die Mitte der Vorrichtung 10 gelegt ist. Es gelten alle bereits zuvor gemachten Erläuterungen. Die Dehnungsmesstreifen 46 wurden zum Zwecke der Deutlichkeit etwas überhöht dargestellt. 8th shows a sectional view of the third embodiment according to FIG 7 , wherein the section is taken through the center of the device 10. All the explanations given above apply. The strain gauges 46 have been exaggerated somewhat for clarity.

9 zeigt eine perspektivische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Messung einer Stromstärke mit einem herausgeschnittenen Viertelsegment. Alle allgemeinen Erläuterungen im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform gelten hier auch weiterhin. 9 shows a perspective view of a fourth embodiment of a device 10 for measuring a current with a quarter segment cut out. All general explanations in connection with the first embodiment continue to apply here.

Bei dieser vierten Ausführungsform weist das Messelement eine Sekundärleiteranordnung 52 auf, und das Messelement ist dafür ausgebildet, eine Stärke eines Sekundärmagnetfelds, das basierend auf dem Primärmagnetfeld vom Anker 26 übertragen wird, zu erfassen und einen Messwert auszugeben, der mit der Größe des zu messenden Stroms I korrespondiert. Die Sekundärleiteranordnung 52 ist hier im Wesentlichen innerhalb der Leiteranordnung 34 und konzentrisch zur Leiteranordnung 34 angeordnet.In this fourth embodiment, the measuring element has a secondary conductor arrangement 52, and the measuring element is designed to detect a strength of a secondary magnetic field which is transmitted based on the primary magnetic field from the armature 26 and to output a measured value which is related to the magnitude of the current to be measured I corresponded. The secondary conductor arrangement 52 is here arranged essentially within the conductor arrangement 34 and concentrically to the conductor arrangement 34 .

Der Anker 26 wirkt mit einer Feder 42 zusammen, die hier um den Kern 36 herum angeordnet ist. Die Feder 42 erfüllt hier zwei Funktionen. Zum einen drückt die Feder 42 den Anker 26 gegen einen Anschlag 54 und definiert so eine Ruheposition. Zum anderen bietet die Feder 42 eine Gegenkraft, die linear mit der Verlagerung des Ankers 26 ansteigt.The armature 26 interacts with a spring 42 which is arranged around the core 36 here. The spring 42 fulfills two functions here. On the one hand, the spring 42 presses the armature 26 against a stop 54 and thus defines a rest position. On the other hand, the spring 42 offers a counterforce that increases linearly with the displacement of the armature 26 .

10 zeigt eine Schnittdarstellung der vierten Ausführungsform gemäß 9, wobei der Schnitt durch die Mitte der Vorrichtung 10 gelegt ist. Es gelten alle bereits zuvor gemachten Erläuterungen. 10 FIG. 12 shows a sectional view of the fourth embodiment according to FIG 9 , wherein the section is taken through the center of the device 10. All the explanations given above apply.

11 zeigt eine perspektivische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Messung einer Stromstärke mit einem herausgeschnittenen Viertelsegment. Alle allgemeinen Erläuterungen im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform gelten hier auch weiterhin. 11 FIG. 12 shows a perspective representation of a fifth embodiment of a device 10 for measuring a current strength with a quarter segment cut out. All general explanations in connection with the first embodiment continue to apply here.

Bei dieser fünften Ausführungsform weist das Messelement eine Sekundärleiteranordnung 52 auf, die hier als Spule mit einer Vielzahl an Windungen ausgebildet ist. Das Messelement ist dafür ausgebildet, eine Stärke eines Sekundärmagnetfelds, das basierend auf dem Primärmagnetfeld vom Anker 26 übertragen wird, zu erfassen und einen Messwert auszugeben, der mit der Größe des zu messenden Stroms I korrespondiert. Die Sekundärleiteranordnung 52 ist hier außerhalb der Leiteranordnung 34 und konzentrisch zur Leiteranordnung 34 angeordnet.In this fifth embodiment, the measuring element has a secondary conductor arrangement 52, which is designed here as a coil with a large number of turns. The measuring element is designed to detect a strength of a secondary magnetic field that is transmitted based on the primary magnetic field from the armature 26 and to output a measured value that corresponds to the magnitude of the current I to be measured. The secondary conductor arrangement 52 is arranged here outside of the conductor arrangement 34 and concentrically to the conductor arrangement 34 .

Der Anker 26 wirkt mit einer Feder 42 zusammen, die hier teilweise im Anker 26 und teilweise im Kern 36 angeordnet ist. Die Feder 42 erfüllt auch hier zwei Funktionen. Zum einen drückt die Feder 42 den Anker 26 gegen einen Anschlag 54 und definiert so eine Ruheposition. Zum anderen bietet die Feder 42 eine Gegenkraft, die linear mit der Verlagerung des Ankers 26 ansteigt.The armature 26 interacts with a spring 42 which is partly arranged in the armature 26 and partly in the core 36 here. The spring 42 also fulfills two functions here. On the one hand, the spring 42 presses the armature 26 against a stop 54 and thus defines a rest position. On the other hand, the spring 42 offers a counterforce that increases linearly with the displacement of the armature 26 .

12 zeigt eine Schnittdarstellung der fünften Ausführungsform gemäß 11, wobei der Schnitt durch die Mitte der Vorrichtung 10 gelegt ist. Die Feder 24 ist nicht geschnitten dargestellt. Es gelten alle bereits zuvor gemachten Erläuterungen. 12 FIG. 12 shows a sectional view of the fifth embodiment according to FIG 11 , wherein the section is taken through the center of the device 10. The spring 24 is not shown in section. All the explanations given above apply.

13 zeigt eine perspektivische Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Messung einer Stromstärke mit einem herausgeschnittenen Viertelsegment. Alle allgemeinen Erläuterungen im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform gelten hier auch weiterhin. 13 shows a perspective representation of a sixth embodiment of a device 10 for measuring a current strength with a quarter segment cut out. All general explanations in connection with the first embodiment continue to apply here.

Die sechste Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform dadurch, dass in dem Luftspalt 38 ein Distanzstück 56 angeordnet ist. Der Anker 26 ist also durch das Distanzstück beabstandet in axialer Richtung von dem Kern 36 angeordnet. Ferner ist im Unterschied zur vierten Ausführungsform die Feder 42 so angeordnet, dass sie den Anker 26 in Richtung des Distanzstücks 56 und den Kern 36 drückt.The sixth embodiment differs from the fourth embodiment in that a spacer 56 is arranged in the air gap 38 . The armature 26 is thus arranged at a distance from the core 36 in the axial direction by the spacer. Further, unlike the fourth embodiment, the spring 42 is arranged to urge the armature 26 toward the spacer 56 and the core 36 .

14 zeigt eine Schnittdarstellung der sechsten Ausführungsform gemäß 13, wobei der Schnitt durch die Mitte der Vorrichtung 10 gelegt ist. Es gelten alle bereits zuvor gemachten Erläuterungen. 14 FIG. 12 shows a sectional view of the sixth embodiment according to FIG 13 , wherein the section is taken through the center of the device 10. All the explanations given above apply.

15 zeigt eine perspektivische Darstellung einer siebten Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Messung einer Stromstärke mit einem herausgeschnittenen Viertelsegment. Alle allgemeinen Erläuterungen im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform gelten hier auch weiterhin. 15 12 shows a perspective view of a seventh embodiment of a device 10 for measuring a current strength with a quarter segment cut out. All general explanations in connection with the first embodiment continue to apply here.

Die siebte Ausführungsform unterscheidet sich von der fünften Ausführungsform dadurch, dass in dem Luftspalt 38 ein Distanzstück 56 angeordnet ist. Der Anker 26 ist also durch das Distanzstück beabstandet in axialer Richtung von dem Kern 36 angeordnet. Ferner ist im Unterschied zur fünften Ausführungsform die Feder 42 nun so angeordnet, dass sie den Anker 26 in Richtung des Distanzstücks 56 und den Kern 36 drückt.The seventh embodiment differs from the fifth embodiment in that a spacer 56 is arranged in the air gap 38 . The armature 26 is thus arranged at a distance from the core 36 in the axial direction by the spacer. Furthermore, unlike the fifth embodiment, the spring 42 is now arranged to push the armature 26 toward the spacer 56 and the core 36 .

16 zeigt eine Schnittdarstellung der siebten Ausführungsform gemäß 15, wobei der Schnitt durch die Mitte der Vorrichtung 10 gelegt ist. Es gelten alle bereits zuvor gemachten Erläuterungen. 16 FIG. 12 shows a sectional view of the seventh embodiment according to FIG 15 , wherein the section is taken through the center of the device 10. All the explanations given above apply.

17 zeigt ein Verfahren 100 zur Messung einer Stromstärke. In einem ersten Schritt 102 wird ein zu messender Strom I durch eine Leiteranordnung 34 mit einem ersten Eingangsanschluss 16 und einem zweiten Eingangsanschluss 18 geleitet, wobei der Strom I beim Durchfließen der Leiteranordnung 34 ein Primärmagnetfeld hervorruft. 17 shows a method 100 for measuring a current intensity. In a first step 102, a current I to be measured is conducted through a conductor arrangement 34 having a first input connection 16 and a second input connection 18, with the current I causing a primary magnetic field as it flows through the conductor arrangement 34.

In einem zweiten Schritt 104 wird ein Anker 26 relativ zur Leiteranordnung 34 durch eine Beaufschlagung des Ankers 26 mit dem Primärmagnetfeld und der daraus resultierenden Kraft F verlagert. In einem dritten Schritt 106 wird eine Verlagerung des Ankers 26 oder eine Stärke eines Sekundärmagnetfelds erfasst, das basierend auf dem Primärmagnetfeld vom Anker 26 übertragen wird, und ein Messwert ausgegeben, der mit der Größe des zu messenden Stroms I korrespondiert.In a second step 104, an armature 26 is displaced relative to the conductor arrangement 34 by subjecting the armature 26 to the primary magnetic field and the force F resulting therefrom. In a third step 106, a displacement of the armature 26 or a strength of a secondary magnetic field that is transmitted from the armature 26 based on the primary magnetic field is detected, and a measured value is output that corresponds to the magnitude of the current I to be measured.

Claims

Vorrichtung (10) zur Messung einer Stromstärke aufweisend - eine Leiteranordnung (34) mit einem ersten Eingangsanschluss (16) und einem zweiten Eingangsanschluss (18) zur Durchleitung eines zu messenden Stroms (I), der beim Durchfließen der Leiteranordnung (34) ein Primärmagnetfeld hervorruft, - einen Anker (26), der relativ zur Leiteranordnung (34) so angeordnet ist, dass der Anker (26) relativ zur Leiteranordnung (34) verlagerbar ist und dass der Anker (26) von dem Primärmagnetfeld beaufschlagt wird und dadurch auf den Anker (26) eine Kraft (F) wirkt, die geeignet ist, den Anker (26) relativ zur Leiteranordnung (34) zu verlagern, und - ein Messelement das dafür ausgebildet ist, eine Verlagerung des Ankers (26) zu erfassen, indem eine Verformung erfasst wird, die der Anker (26) bei seiner Verlagerung an einem Bezugselement hervorruft, und auf Basis der Verformung einen Messwert auszugeben, der mit der Größe des zu messenden Stroms (I) korrespondiert.Having a device (10) for measuring a current intensity - a conductor arrangement (34) with a first input connection (16) and a second input connection (18) for the passage of a current (I) to be measured, which causes a primary magnetic field when flowing through the conductor arrangement (34), - An armature (26) which is arranged relative to the conductor arrangement (34) in such a way that the armature (26) can be displaced relative to the conductor arrangement (34) and that the armature (26) is acted upon by the primary magnetic field and thereby acts on the armature ( 26) applying a force (F) suitable to displace the armature (26) relative to the conductor assembly (34), and - a measuring element designed to detect a displacement of the armature (26) by detecting a deformation that the armature (26) causes when it is displaced on a reference element and, on the basis of the deformation, outputting a measured value which is compatible with the Size of the current to be measured (I) corresponds.

Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Messelement dafür ausgebildet ist, eine Kraft (F) zu erfassen, mit der der Anker (26) gegen ein Bezugselement drückt.Device (10) after claim 1 , The measuring element being designed to detect a force (F) with which the armature (26) presses against a reference element.

Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei das Bezugselement ein Kern (36) ist und das Messelement weist einen Kraftsensor auf, der zwischen dem Anker (26) und dem Kern (36) angeordnet ist.Device (10) after claim 2 , wherein the reference element is a core (36) and the measuring element comprises a force sensor which is arranged between the armature (26) and the core (36).

Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bezugselement ein Ankerträger (44) ist, an dem der Anker (26) angeordnet ist.Apparatus (10) according to any one of the preceding claims, wherein the reference element is an anchor support (44) on which the anchor (26) is arranged.

Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bezugselement einen Dehnungsmesstreifen (46) aufweist.Apparatus (10) according to any one of the preceding claims, wherein the reference element comprises a strain gauge (46).

Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Messelement dafür ausgebildet ist, eine Position des Ankers (26) zu erfassen, insbesondere relativ zur Leiteranordnung (34).Device (10) after claim 1 , wherein the measuring element is designed to detect a position of the armature (26), in particular relative to the conductor arrangement (34).

Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei das Messelement für eine taktile Erfassung, eine induktive Erfassung, eine Hall-basierte Erfassung oder eine optische Erfassung ausgebildet ist.Device (10) after claim 6 , wherein the measuring element is designed for tactile detection, inductive detection, Hall-based detection or optical detection.

Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Messelement eine Sekundärleiteranordnung (52) aufweist.Device (10) after claim 1 , wherein the measuring element comprises a secondary conductor arrangement (52).

Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei die Sekundärleiteranordnung zumindest teilweise innerhalb der Leiteranordnung (34) angeordnet ist oder außerhalb der Leiteranordnung (34) angeordnet ist.Device (10) after claim 8 wherein the secondary conductor arrangement is at least partially arranged within the conductor arrangement (34) or is arranged outside of the conductor arrangement (34).

Vorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Anker (26) durch ein Distanzstück beabstandet in axialer Richtung an einem Kern (36) angeordnet ist.Device (10) after claim 8 or 9 wherein the armature (26) is spaced apart by a spacer in the axial direction on a core (36).

Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anker (26) mit einer Feder zusammenwirkt, die optional teilweise innerhalb des Ankers (26) angeordnet ist.A device (10) according to any one of the preceding claims, wherein the armature (26) cooperates with a spring, optionally located partially within the armature (26).

Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anker (26) axial entlang einer Längsachse der Leiteranordnung (34) geführt ist, insbesondere in einer Gleitbuchse.Device (10) according to one of the preceding claims, in which the armature (26) is guided axially along a longitudinal axis of the conductor arrangement (34), in particular in a sliding bush.

Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anker (26) zumindest teilweise innerhalb der Leiteranordnung (34) angeordnet ist.Apparatus (10) according to any one of the preceding claims, wherein the armature (26) is at least partially disposed within the conductor assembly (34).

Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in axialer Verlängerung des Ankers (26) ein Kern (36) zumindest teilweise innerhalb der Leiteranordnung (34) angeordnet ist.Device (10) according to one of the preceding claims, in which a core (36) is arranged at least partially within the conductor arrangement (34) in the axial extension of the armature (26).

Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiteranordnung (34) eine Spule ist und/oder die Sekundärleiteranordnung (52) eine Sekundärspule ist.Apparatus (10) according to any one of the preceding claims, wherein the conductor arrangement (34) is a coil and/or the secondary conductor arrangement (52) is a secondary coil.

Verfahren (100) zur Messung einer Stromstärke mit den Schritten: - Durchleiten (102) eines zu messenden Stroms (I) durch eine Leiteranordnung (34) mit einem ersten Eingangsanschluss (16) und einem zweiten Eingangsanschluss (18), wobei der Strom beim Durchfließen der Leiteranordnung (34) ein Primärmagnetfeld hervorruft, - Verlagern (104) eines Ankers (26) relativ zur Leiteranordnung (34) durch eine Beaufschlagung des Ankers (26) mit dem Primärmagnetfeld und der daraus resultierenden Kraft (F), und - Erfassen (106) einer Verlagerung des Ankers (26), indem eine Verformung erfasst wird, die der Anker (26) bei seiner Verlagerung an einem Bezugselement hervorruft, und, auf Basis der Verformung, Ausgeben eines Messwerts, der mit der Größe des zu messenden Stroms (I) korrespondiert.Method (100) for measuring a current intensity with the steps: - passing (102) a current (I) to be measured through a conductor arrangement (34) having a first input connection (16) and a second input connection (18), the current flowing through of the conductor arrangement (34) causes a primary magnetic field, - displacement (104) of an armature (26) relative to the conductor arrangement (34) by applying the primary magnetic field and the resulting force (F) to the armature (26), and - detecting (106 ) a displacement of the armature (26) by detecting a deformation that the armature (26) causes during its displacement on a reference element and, based on the deformation, Outputting a measured value that corresponds to the magnitude of the current (I) to be measured.