DE102022100235A1

DE102022100235A1 - Integration eines stromsensors mit sammelschiene

Info

Publication number: DE102022100235A1
Application number: DE102022100235.7A
Authority: DE
Inventors: Christopher Wolf; Michael W. Degner; Franco Leonardi; Seth Avery
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2021-01-07
Filing date: 2022-01-05
Publication date: 2022-07-07
Also published as: US11796574B2; CN114720745A; US20220214382A1

Abstract

Eine Anordnung zum Erfassen von elektrischem Strom beinhaltet eine Sammelscheine, ein dielektrisches Material, das in sich einen Magnetfeldsensor enthält, und eine ferromagnetische Überform, die einen Abschnitt der Sammelschiene und das dielektrische Material einkapselt. Das dielektrische Material ist gegen die Sammelschiene angeordnet, sodass der Magnetfeldsensor von der Sammelschiene beabstandet ist und sich die ferromagnetische Überform nicht zwischen der Sammelschiene und dem Magnetfeldsensor befindet.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft Stromerfassungssysteme, die in Elektromotorfahrzeugen verwendet werden können.
HINTERGRUND
Elektrofahrzeuge (electric vehicles - EV) beinhalten wie andere elektrische Vorrichtungen typischerweise ein Stromerfassungssystem. Insbesondere werden Stromerfassungssysteme üblicherweise in Verbindung mit Wechselrichtern und DC-DC-Umwandlern verwendet, um den Fluss von elektrischem Strom zu messen. Neben anderen Anwendungen können die durch die Stromerfassungssysteme gesammelten Messungen verwendet werden, um den Lade- und Entladezyklus der Batterie zu bewerten und aktiv zu beeinflussen und um die pulsweitenmodulierten Wechselrichterschalter zu steuern. Mit zunehmendem Interesse am Einsatz von Elektrofahrzeugen weltweit hat die Nachfrage nach kompakten und genauen Stromerfassungssystemen zugenommen.
KURZDARSTELLUNG
Ein elektrisches System beinhaltet eine abgewinkelte Sammelschiene, die eine Ecke zwischen einem Paar von Schenkeln definiert, einen Magnetfeldsensor, der in einem inneren Abschnitt der Ecke angeordnet und von den Schenkeln beabstandet ist, sodass sich der Magnetfeldsensor zwischen den Schenkeln befindet, ein dielektrisches Material, das den Magnetfeldsensor einkapselt und in direktem Kontakt mit den Schenkeln steht, und eine ferromagnetische Überform, die die Ecke und das dielektrische Material einkapselt.
Eine Anordnung zum Erfassen von elektrischem Strom beinhaltet eine Sammelschiene, ein dielektrisches Material, das in sich einen Magnetfeldsensor enthält, und eine ferromagnetische Überform, die einen Abschnitt der Sammelschiene und das dielektrische Material einkapselt. Das dielektrische Material ist gegen die Sammelschiene angeordnet, sodass der Magnetfeldsensor von der Sammelschiene beabstandet ist und sich die ferromagnetische Überform nicht zwischen der Sammelschiene und dem Magnetfeldsensor befindet.
Ein elektrisches System beinhaltet eine Vielzahl von Sammelschienen, eine Vielzahl von Gehäusen, eine Vielzahl von Magnetfeldsensoren, die jeweils benachbart zu einer der Sammelschienen angeordnet und in einem der Gehäuse enthalten sind, und mindestens eine ferromagnetischen Überform, die Abschnitte der Sammelschienen und die Gehäuse einkapselt. Die Gehäuse isolieren die Magnetfeldsensoren elektrisch von den Sammelschienen.
Figurenliste

1 ist ein Stromerfassungssystem, das eine ferromagnetische Überform, ein dielektrisches Material und einen Magnetfeldsensor beinhaltet.
2 ist eine mehrphasige Ausgestaltung eines Stromerfassungssystems.
3 ist ein Stromerfassungssystem, das eine ferromagnetische Überform und einen Magnetfeldsensor, der innerhalb einer elektrisch isolierenden Hülle in der Nähe des kurzen Endes einer Sammelschiene eingehaust ist, beinhaltet.
4A und 4B sind Stromerfassungssysteme, die mehr als einen Magnetfeldsensor beinhalten.
5 ist ein Stromerfassungssystem, das eine eiförmige ferromagnetische Überform aufweist.
6 ist ein Stromerfassungssystem, das an einem nicht-geraden (abgewinkelten) Abschnitt einer Sammelschiene positioniert ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die offenbarten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und andere Ausführungsformen können verschiedene und alternative Formen annehmen. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Deshalb sind hierin offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten der Ausführungsformen zu lehren. Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Wie in der Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen verwendet, umfasst die Singularform „ein“, „eine“ und „der/die/das“ Pluralbezüge, sofern der Kontext nicht deutlich etwas anderes angibt. Zum Beispiel soll die Bezugnahme auf eine Komponente im Singular eine Vielzahl von Komponenten umfassen.
Der Ausdruck „im Wesentlichen“ oder „etwa“ kann in dieser Schrift verwendet werden, um offenbarte oder beanspruchte Ausführungsformen zu beschreiben. Der Ausdruck „im Wesentlichen“ oder „etwa“ kann einen in der vorliegenden Offenbarung offenbarten oder beanspruchten Wert oder relative Eigenschaft modifizieren. In solchen Fällen kann „im Wesentlichen“ oder „etwa“ bedeuten, dass der Wert oder die relative Eigenschaft, der/die davon modifiziert wird, innerhalb von ± 0 %, 0,1 %, 0,5 %, 1 %, 2 %, 3 %, 4 %, 5 % oder 10 % des Werts oder der relativen Eigenschaft liegt.
Obwohl die Ausdrücke erste, zweite, dritte usw. verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollen diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte durch diese Ausdrücke nicht eingeschränkt sein. Diese Ausdrücke werden unter Umständen nur verwendet, um ein Element, eine Komponente, eine Region, eine Schicht oder einen Abschnitt von einer anderen Region, Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Ausdrücke wie „erste“, „zweite“ und andere numerische Ausdrücke implizieren im hier verwendeten Sinne keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, dies wird durch den Kontext eindeutig angegeben. Somit könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, eine erste Region, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, die nachstehend erörtert werden, als ein zweites Element, eine zweite Komponente, eine zweite Region, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
Stromsensoren sind eine häufige, aber wichtige Komponente von elektrischen Vorrichtungen, wie etwa Elektrofahrzeugen (EVs). Herkömmlicherweise wird der elektrische Stromfluss gemessen, indem ein im Wesentlichen toroidaler Magnetkern (ein ferromagnetischer Kern) mit einem Luftspalt (Trennung) um einen Leiter, wie etwa eine Sammelschiene oder einen stromführenden Draht, platziert wird. Ein Magnetfeldsensor wird dann in dem Luftspalt platziert. Der Durchfluss von elektrischem Strom durch den Leiter hindurch erzeugt ein durch den Magnetfeldsensor (Wandler) erfasstes Signal, das proportional zum fließenden Strom ist. Hall-Effekt- und magnetoresistive Feldelemente werden üblicherweise in Verbindung mit anderen elektronischen Komponenten in derartigen Systemen verwendet.
Herkömmliche Stromsensoren sind zwar wirksam, können jedoch hauptsächlich aufgrund ihrer großen Magnetkerne kostspielig und sperrig sein. Abgesehen von ihren potenziellen Kosten und ihrem hohen Platzbedarf können diese Systeme auch die Sammelschienenführung negativ beeinflussen. Darüber hinaus können Kernfehler wie etwa Hysterese oder Sättigung die Genauigkeit derartiger Systeme wesentlich beeinflussen. Um eines oder mehrere der vorstehend erwähnten potentiellen Probleme hinsichtlich Kosten, Größe und Fehler zu lösen, wird eine alternative Stromsensorsystemstruktur vorgeschlagen. In einem Beispiel wird ein Stromsensorsystem, das in (in der Nähe) einer Sammelschiene mit einem ferromagnetisch imprägnierten Epoxidkern integriert ist, vorgeschlagen. Eine enge Integration und Verpackung des Stromsensors bringt weniger Gestaltungsbeschränkungen und/oder Gewichts-/Volumennachteile mit sich.
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein elektrisches System (Anordnung zum Erfassen von elektrischem Strom), das ein Stromerfassungssystem umfasst. Das Stromerfassungssystem kann ein mit ferromagnetischem Material imprägniertes Polymer, ein dielektrisches Material und einen Magnetfeldsensor umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das mit ferromagnetischem Material imprägnierte (dotierte) Polymer ein Duroplast sein. Duroplastische Polymere beziehen sich in der vorliegenden Offenbarung auf Polymere, die irreversibel gehärtet werden und ihren festen Zustand nach dem Aushärten beibehalten. In einigen Ausführungsformen kann das mit ferromagnetischem Material imprägnierte Polymer der vorliegenden Offenbarung Epoxid, Silikon, Polyurethan, Phenol oder eine beliebige Kombination davon sein. Gleichermaßen kann das ferromagnetische Material, das zum Imprägnieren des Polymers verwendet wird, in einigen Ausführungsformen Eisen, Nickel, Kobalt oder eine beliebige Kombination davon sein. Ferner kann die Imprägnierung mit ferromagnetischem Material gleichmäßig oder ungleichmäßig sein. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen nicht auf die vorstehend offenbarten spezifischen Ausführungsformen/Materialien beschränkt sind. Vielmehr hängt die Wahl von Polymer und ferromagnetischem Material, zusammen mit anderen Komponenten, von der spezifischen Anwendung und Bedingung ab.
Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bezieht sich dielektrisches Material auf diejenigen, die schlechte Elektrizitätsleiter sind, jedoch leicht polarisiert werden, wenn sie Elektrizität ausgesetzt sind. Tatsächlich kann das dielektrische Material fest, flüssig oder gasförmig sein. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung kann in Abhängigkeit von der Anwendung und den Bedingungen ein beliebiges dielektrisches Material mit ausreichender Festigkeit verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann das verwendete dielektrische Material fest sein. In anderen Ausführungsformen kann das verwendete dielektrische Material flüssig sein. In wieder anderen Ausführungsformen kann das verwendete dielektrische Material gasförmig sein. Nicht einschränkende Beispiele für dielektrisches Material, das verwendet werden kann, sind dielektrisches Material auf Polymerbasis, Porzellan, Keramik, Glas, trockene Luft oder destilliertes Wasser. In einigen Ausführungsformen ist das dielektrische Material ein dielektrisches duroplastisches Polymer.
In einer Ausführungsform kann das dielektrische Material eine nicht imprägnierte Epoxid-Überform sein. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung kann ein beliebiger kompatibler Magnetfeldsensor verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann der Magnetfeldsensor ein Hall-Effekt- oder ein magnetoresistives Element aufweisen.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Stromerfassungssystem 10 vorgeschlagen. Das Stromerfassungssystem 10 kann eine ferromagnetische Überform 12, eine dielektrische nicht-ferromagnetische Überform 14 und einen Magnetfeldsensor (Wandler oder magnetbasierten Sensor) 16 umfassen. Der Magnetfeldsensor 16 kann ferner einen Magnetfelddetektor (wie etwa einen Punktfelddetektor (PFD)) 18, ein Substrat (wie etwa eine Leiterplatte (PCB)) 20 und einen Verbinder 22 umfassen. Insbesondere zeigt 1 Abschnitte einer Sammelschiene 24, die innerhalb der ferromagnetischen Überform 12 und der dielektrischen nicht-ferromagnetischen Überform 14 eingehaust (oder darin eingekapselt) sind. In einigen Ausführungsformen kann die ferromagnetische Überform 12 von der Sammelschiene 24 unter Verwendung der dielektrischen nicht-ferromagnetischen Überform 14 isoliert sein, sodass nur die dielektrische nicht-ferromagnetische Überform mit der Sammelschiene 24 in Kontakt steht. In einigen Ausführungsformen kann die ferromagnetische Überform 12, getrennt von der Sammelschiene 24, eine Tasche für die dielektrische nicht-ferromagnetische Überform und/oder den Magnetfeldsensor 16 aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann der Magnetfeldsensor 16 innerhalb der dielektrischen nicht-ferromagnetischen Überform 14 eingehaust (darin aufgehängt) sein.
Die ferromagnetische Überform 12, die von der Sammelschiene 24 isoliert ist, kann das über den Fluss von elektrischem Strom durch die Sammelschiene 24 hindurch erzeugte Magnetfeld konzentrieren. In einigen Ausführungsformen kann das über den Fluss von elektrischem Strom erzeugte Magnetfeld den Magnetfeldsensor 16 aktivieren. In einigen Ausführungsformen kann die flusskonzentrierende ferromagnetische Überform 12 die Genauigkeit, Linearität und Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors erhöhen. Zusätzlich ermöglichen, da gemäß der vorliegenden Offenbarung die Flusskonzentration über ein Überformen eines imprägnierten Polymers anstelle eines getrennten ferromagnetischen Kerns erreicht wird, wie in herkömmlichen Stromerfassungssystemen, gewisse Ausführungsformen eine Verringerung der Verpackungsanforderungen und eine Erhöhung der Gestaltungsflexibilität. Darüber hinaus ist durch das Integrieren des Stromsensorsystems 10 mit der Sammelschiene 24 die Führung der Sammelschiene 24 weniger eingeschränkt, um mit der Platzierung eines großen Blocks von gesammelten Stromsensoren kompatibel zu sein.
Unter Bezugnahme auf 2 wird ein Stromerfassungssystem 40 vorgeschlagen. Das Stromerfassungssystem 40 kann mindestens eine ferromagnetische Überform 42, mindestens eine dielektrische nicht-ferromagnetische Überform 44 und einen Magnetfeldsensor (Wandler oder magnetbasierten Sensor) 46 umfassen. Insbesondere zeigt 2 eine beispielhafte Dreiphasengestaltung des Stromerfassungssystems 40. Es versteht sich, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf derartige Dreiphasensysteme beschränkt ist. Vielmehr können Ausführungsformen eine beliebige Anzahl von Sammelschienen und/oder leitfähigen Drähten aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann mindestens eine Sammelschiene (hier 48, 50 und 52) innerhalb der mindestens einen ferromagnetischen Überform (hier 42) und/oder der mindestens einen dielektrischen nicht-ferromagnetischen Überform (hier 44) eingehaust sein.
In einigen Ausführungsformen, wie etwa der in 2 gezeigten, kann eine ferromagnetische Überform 42 verwendet werden, um das Magnetfeld zu konzentrieren, das über den Fluss von elektrischem Strom durch mehrere Sammelschienen (hier die Sammelschienen 48, 50 und 52) hindurch erzeugt wird. Eine derartige Ausführungsform, die eine Flusskonzentration über eine einzige ferromagnetische Überform 42 erreichen kann, kann die Anzahl der benötigten Teile sowie die Baugruppenkomplexität wesentlich verringern. In anderen Ausführungsformen können jedoch eine oder mehrere ferromagnetische Überformen verwendet werden. Gleichermaßen können in einigen Ausführungsformen, wie etwa der in 2 gezeigten, mehrere dielektrische nicht-ferromagnetische Überformen 44 verwendet werden, um die ferromagnetische Überform 42 von den Sammelschienen 48, 50 und 52 zu isolieren. In anderen Ausführungsformen kann jedoch eine dielektrische nicht-ferromagnetische Überform über mehrere Sammelschienen hinweg verwendet werden, die sie von der einen oder den mehreren ferromagnetischen Überformen isoliert.
In einigen Ausführungsformen, wie etwa der in 2 gezeigten, kann die mindestens eine ferromagnetische Überform 42, getrennt von den Sammelschienen 48, 50 und 52, mindestens eine Tasche für die mindestens eine dielektrische nicht-ferromagnetische Überform 44 und/oder den mindestens einen Magnetfeldsensor 46 aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann der mindestens eine Magnetfeldsensor 46 innerhalb der dielektrischen nicht-ferromagnetischen Überform 44 eingehaust (darin aufgehängt) sein. In einigen Ausführungsformen kann das über den Fluss von elektrischem Strom erzeugte Magnetfeld den mindestens einen Magnetfeldsensor 46 aktivieren. In einigen Ausführungsformen kann die mindestens eine flusskonzentrierende ferromagnetische Überform 42 die Genauigkeit, Linearität und Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors erhöhen.
Zusätzlich ermöglicht, da gemäß der vorliegenden Offenbarung die Flusskonzentration über ein einziges Überformen eines imprägnierten Polymers anstelle eines getrennten ferromagnetischen Kerns erreicht werden kann, wie in herkömmlichen Stromerfassungssystemen, die vorliegende Offenbarung eine Verringerung der Verpackungsanforderungen und eine Erhöhung der Gestaltungsflexibilität. Darüber hinaus ist durch das Integrieren des Stromsensorsystems 40 mit den Sammelschienen 48, 50 und 52 die Führung der Sammelschiene weniger eingeschränkt, um mit der Platzierung eines großen Blocks von gesammelten Stromsensoren kompatibel zu sein.
Unter Bezugnahme auf 3 wird ein Stromerfassungssystem 60 vorgeschlagen. Das Stromerfassungssystem 60 kann eine ferromagnetische Überform 62 und einen Magnetfeldsensor (Wandler oder magnetbasierten Sensor) 64 umfassen. Der Magnetfeldsensor 64 kann ferner einen Magnetfelddetektor (wie etwa einen Punktfelddetektor (PFD)) 66, ein Substrat (wie etwa eine Leiterplatte (PCB)) 68 und einen Verbinder 70, der innerhalb einer isolierenden Verpackung 72 eingehaust ist, umfassen. In einigen Ausführungsformen, wie etwa der in 3 gezeigten, kann die isolierende Verpackung 72 des Magnetfeldsensors 64 die erforderliche elektrische Isolierung bereitstellen, die andernfalls unter Verwendung einer dielektrischen nicht-ferromagnetischen Überform erreicht würde. Insbesondere zeigt 3 einen Abschnitt der Sammelschiene 74, der innerhalb der ferromagnetischen Überform 62 eingehaust ist. Die ferromagnetische Überform 62 kann von der Sammelschiene 74 unter Verwendung der isolierenden Verpackung 72 des Magnetfeldsensors 64 isoliert sein, sodass nur die isolierende Verpackung 72 die Sammelschiene 74 kontaktiert. In einigen Ausführungsformen kann die ferromagnetische Überform 62, getrennt von der Sammelschiene 74, eine Tasche für den Magnetfeldsensor 64 aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann der Magnetfeldsensor 64, der innerhalb der isolierenden Verpackung 72 eingehaust ist, isoliert von der ferromagnetischen Überform 62, in der Nähe der Sammelschiene 74 platziert sein, sodass das über den Fluss von elektrischem Strom erzeugte Magnetfeld den Magnetfeldsensor 64 aktivieren kann.
In einigen Ausführungsformen kann die flusskonzentrierende ferromagnetische Überform 62 die Genauigkeit, Linearität und Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors erhöhen. Zusätzlich ermöglicht, da gemäß der vorliegenden Offenbarung die Flusskonzentration über ein Überformen eines imprägnierten Polymers anstelle eines getrennten ferromagnetischen Kerns erreicht wird, wie in herkömmlichen Stromerfassungssystemen, und die isolierende Verpackung 72 des Magnetfeldsensors 64 den Sensor ausreichend von der ferromagnetischen Überform 62 isolieren kann, diese Ausführungsform eine Verringerung der Verpackungsanforderungen und eine Erhöhung der Gestaltungsflexibilität. Darüber hinaus ist durch das Integrieren des Stromsensorsystems 60 mit der Sammelschiene 74 die Führung der Sammelschiene 74 weniger eingeschränkt, um mit der Platzierung eines großen Blocks von gesammelten Stromsensoren kompatibel zu sein.
Gewisse Ausführungsformen bieten eine erhebliche Gestaltungsflexibilität. Zum Beispiel kann der Magnetfeldsensor 64 in einigen Ausführungsformen, wie etwa der in 3 gezeigten, entlang einer kurzen Seite der Sammelschiene 74 platziert sein. Diese Flexibilität bei der Platzierung des Magnetfeldsensors 64 kann häufige Sammelschienenführungsprobleme wesentlich vereinfachen. Gleichermaßen können in einigen Ausführungsformen zusätzliche Magnetfeldsensoren in die ferromagnetische Überform eingebettet, jedoch davon isoliert sein, um Redundanz bereitzustellen, die Fehlertoleranz zu erhöhen und die Diagnose eines fehlerhaften Magnetfeldsensors zu ermöglichen. Zum Beispiel kann, unter Bezugnahme auf die 4A und 4B, ein Strommesssystem 80 eine ferromagnetische Überform 82, einen ersten Magnetfeldsensor 84 und einen zweiten Magnetfeldsensor 86 umfassen. In einigen Ausführungsformen, wie etwa der in 4A gezeigten, können der erste Magnetfeldsensor 84 und der zweite Magnetfeldsensor 86 des Stromerfassungssystems 80 an den entgegengesetzten Seiten einer Sammelschiene 88 platziert sein. In einigen Ausführungsformen, wie etwa der in 4B gezeigten, können der erste Magnetfeldsensor 84 und der zweite Magnetfeldsensor 86 an derselben Seite der Sammelschiene 88 platziert sein.
In beispielhaften Ausführungsformen, die in 4A und 4B gezeigt sind, wie auch der in 3 gezeigten Ausführungsform, können der erste Magnetfeldsensor 84 und der zweite Magnetfeldsensor 86 mindestens eine isolierende Verpackung aufweisen, um die Sensoren von dem ferromagnetischen Kern 82 und von der Sammelschiene 88 zu isolieren. In anderen Ausführungsformen kann diese Isolierung der Magnetfeldsensoren vom ferromagnetischen Kern jedoch unter Verwendung einer oder mehrerer dielektrischer nicht-ferromagnetischer Überform(en) (d. h. dielektrisches Material) erreicht werden, sodass nur das dielektrische nicht-ferromagnetische Material die Sammelschiene kontaktiert. Ein weiterer möglicher Vorteil der vorliegenden Offenbarung betrifft die Gestaltungsflexibilität der Form sowohl von ferromagnetischem als auch von dielektrischem Material. Einfach ausgedrückt ist die Form der ferromagnetischen Überform (und der dielektrischen nicht-ferromagnetischen Überform) der vorliegenden Offenbarung nicht auf quaderförmig (wie in den 1-4 und 6 gezeigt) oder toroidal wie bei herkömmlichen Stromerfassungssystemen beschränkt. Stattdessen können je nach Anwendung und Bedingungen andere Formen verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 5 ist ein Stromerfassungssystem 90 gezeigt. Das Stromerfassungssystem 90 kann eine ferromagnetische Überform 92 und einen Magnetfeldsensor (Wandler oder magnetbasierten Sensor) 94 umfassen. Der Magnetfeldsensor 94 kann ferner eine isolierende Verpackung 96 umfassen, die die notwendige Stromerfassungsschaltung des Magnetfeldsensors einhaust. Insbesondere zeigt 5 eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, bei der ein Abschnitt einer Sammelschiene 98 innerhalb einer im Wesentlichen eiförmigen ferromagnetischen Überform 92 eingehaust sein kann. In einigen Ausführungsformen kapselt die ferromagnetische Überform 92 einen Abschnitt der Sammelschiene 98 und die isolierende Verpackung 96 (oder eines dielektrischen Materials) ein, sodass die isolierende Verpackung 96 (oder das dielektrische Material) gegen die Sammelschiene 98 angeordnet ist und der Magnetfeldsensor 94, der innerhalb der isolierenden Verpackung 96 (oder dem dielektrischen Material) eingehaust ist, von der Sammelschiene 98 beabstandet ist und sich die ferromagnetische Überform 92 nicht zwischen der Sammelschiene 98 und dem Magnetfeldsensor 94 befindet. Während 5 eine im Wesentlichen eiförmige ferromagnetische Überform zeigt, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf eine derartige Form beschränkt. Vielmehr versteht es sich, dass sowohl die ferromagnetische Überform als auch das dielektrische Material (dielektrische nicht-ferromagnetische Überform) oder die isolierende Verpackung des Magnetfeldsensors jegliche Form annehmen können, die erforderlich ist, um das durch den Durchfluss von elektrischem Strom durch ein leitendes Medium hindurch erzeugte Magnetfeld effizient zu konzentrieren und die Gestaltungsanforderungen zu erfüllen.
Unter Bezugnahme auf 6 ist ein Stromerfassungssystem 100 gezeigt. Das Stromerfassungssystem 100 kann eine ferromagnetische Überform 102 und einen Magnetfeldsensor (Wandler oder magnetbasierten Sensor) 104 umfassen. Der Magnetfeldsensor 104 kann ferner eine isolierende Verpackung 106 umfassen, die die notwendige Stromerfassungsschaltung des Magnetfeldsensors einhaust. In einigen Ausführungsformen kann das Stromerfassungssystem 100 ferner eine dielektrische nicht-ferromagnetische Überform umfassen, die den Magnetfeldsensor 104 von der ferromagnetischen Überform 102 isoliert und verhindert, dass der Magnetfeldsensor 104 eine Sammelschiene 108 kontaktiert, was durch die isolierende Verpackung 106 ohne die dielektrische nicht-ferromagnetische Überform erreicht werden kann. 6 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei das Stromerfassungssystem 100 mit Abschnitten der Sammelschiene 108 an einem nicht-geraden Abschnitt dieser Sammelschiene integriert ist. In einigen Ausführungsformen kann der nicht-gerade Abschnitt der Sammelschiene 108 eine abgewinkelte Sammelschiene sein, die eine Ecke zwischen einem Paar von Schenkeln definiert, die einen inneren Abschnitt und einen äußeren Abschnitt aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann der nicht-gerade Abschnitt der Sammelschiene 108 eine Vielzahl von Sammelschienen umfassen, die leitfähig miteinander gekoppelt sind.
Insbesondere zeigt 6 eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, bei der die ferromagnetische Überform 102 mit Abschnitten der Sammelscheine 108 in einem im Wesentlichen rechten Winkel integriert ist. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die ferromagnetische Überform 102 mit einer oder mehreren Sammelschienen in einem spitzen, stumpfen oder einem überstumpfen Winkel integriert sein. In einigen Ausführungsformen kann die ferromagnetische Überform 102 mit einer oder mehreren Sammelschienen mit Schenkeln integriert sein, die einen Winkel zwischeneinander definieren, der nicht größer als 90 Grad ist. Diese Flexibilität mit der Platzierung der ferromagnetischen Überform ist ein möglicher Vorteil. Eine derartige Flexibilität fehlt typischerweise bei herkömmlichen Stromerfassungssystemen. Zum Beispiel kann die Platzierung eines herkömmlichen toroidalen Kerns um eine Abwinkelung, wie etwa die in 6 gezeigte, schwierig, wenn nicht unmöglich sein. Darüber hinaus kann die Platzierung des Stromerfassungssystems an einem nicht-geraden Abschnitt einer Sammelschiene von bestimmter Bedeutung sein. Dies liegt daran, dass derartige nicht-geraden Abschnitte typischerweise automatische Flussverstärkungsattribute aufweisen. In einigen Ausführungsformen verbindet die abgewinkelte Sammelschiene 108 Zellen einer Batterie elektrisch. Neben anderen Anwendungen kann das gegenwärtige Stromerfassungssystem 100 verwendet werden, um den Lade- und Entladezyklus der Batterie zu bewerten und aktiv zu beeinflussen und um die pulsweitenmodulierten Wechselrichterschalter zu steuern.
In einigen Ausführungsformen, wie etwa der in 6 gezeigten, kann der Magnetfeldsensor 104 im inneren Abschnitt der Ecke angeordnet sein, die durch die Schenkel der Sammelschiene 108 definiert ist, und von den Schenkeln beabstandet sein, sodass sich der Magnetfeldsensor 104 zwischen den Schenkeln befindet. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann eine isolierende Verpackung 106 oder eine dielektrische nicht-ferromagnetische Überform den Magnetfeldsensor 104 einkapseln und in direktem Kontakt mit den Schenkeln der Sammelschiene 108 sein. Darüber hinaus kapselt die ferromagnetische Überform 102 in einigen Ausführungsformen, wie etwa der in 6 gezeigten, die isolierende Verpackung 106 (oder die dielektrische nicht-ferromagnetische Überform) und die durch die Schenkel der Sammelschiene 108 definierte Ecke ein.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen sind. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Offenbarung abzuweichen.
Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die möglicherweise nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben worden sein könnten, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass bei einem/einer oder mehreren Merkmalen oder Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute können unter anderem Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verbauung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. einschließen. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisches System bereitgestellt, aufweisend: eine abgewinkelte Sammelschiene, die eine Ecke zwischen einem Paar von Schenkeln definiert; einen Magnetfeldsensor, der in einem inneren Abschnitt der Ecke angeordnet und von den Schenkeln beabstandet ist, sodass sich der Magnetfeldsensor zwischen den Schenkeln befindet; ein dielektrisches Material, das den Magnetfeldsensor einkapselt und in direktem Kontakt mit den Schenkeln steht; und eine ferromagnetische Überform, die die Ecke und das dielektrische Material einkapselt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das dielektrische Material ein dielektrisches duroplastisches Polymer.
Gemäß einer Ausführungsform ist das duroplastische Polymer Epoxid.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die ferromagnetische Überform ein duroplastisches Polymer.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Magnetfeldsensor ein Hall-Sensor.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Magnetfeldsensor ein magnetoresistiver Sensor. Gemäß einer Ausführungsform verbindet die abgewinkelte Sammelschiene Zellen einer Batterie elektrisch.
Gemäß einer Ausführungsform definieren die Schenkel einen Winkel zwischeneinander, der nicht größer als 90 Grad ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung zum Erfassen von elektrischem Strom bereitgestellt, aufweisend: eine Sammelschiene; ein dielektrisches Material, das in sich einen Magnetfeldsensor enthält; und eine ferromagnetische Überform, die einen Abschnitt der Sammelschiene und das dielektrische Material einkapselt, wobei das dielektrische Material gegen die Sammelschiene angeordnet ist, sodass der Magnetfeldsensor von der Sammelschiene beabstandet ist und sich die ferromagnetische Überform nicht zwischen der Sammelschiene und dem Magnetfeldsensor befindet.
Gemäß einer Ausführungsform ist das dielektrische Material ein duroplastisches Material.
Gemäß einer Ausführungsform kapselt das dielektrische Material einen Abschnitt der Sammelschiene ein.
Gemäß einer Ausführungsform enthält das dielektrische Polymer in sich einen zweiten Magnetfeldsensor.
Gemäß einer Ausführungsform ist der zweite Magnetfeldsensor auf einer Seite der Sammelschiene entgegengesetzt zum Magnetfeldsensor angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform ist der zweite Magnetfeldsensor auf derselben Seite der Sammelschiene angeordnet wie der Magnetfeldsensor.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Form der ferromagnetischen Überform kugelförmig oder eiförmig.
Gemäß einer Ausführungsform ist das dielektrische duroplastische Polymer Epoxid.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die ferromagnetische Überform Epoxid.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches System bereitgestellt, aufweisend: eine Vielzahl von Sammelschienen; eine Vielzahl von Gehäusen; eine Vielzahl von magnetischen Feldsensoren, die jeweils benachbart zu einer der Sammelschienen angeordnet und in einem der Gehäuse enthalten sind, wobei die Gehäuse dazu konfiguriert sind, die Magnetfeldsensoren von den Sammelschienen elektrisch zu isolieren; und mindestens eine ferromagnetische Überform, die Abschnitte der Sammelschienen und die Gehäuse einkapselt.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Gehäuse, die dazu konfiguriert sind, die Magnetfeldsensoren von den Sammelschienen elektrisch zu isolieren, dielektrische duroplastische Polymere.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die dielektrischen duroplastischen Polymere Epoxid.

Claims

Elektrisches System, umfassend: eine abgewinkelte Sammelschiene, die eine Ecke zwischen einem Paar von Schenkeln definiert; einen Magnetfeldsensor, der in einem inneren Abschnitt der Ecke angeordnet und von den Schenkeln beabstandet ist, sodass sich der Magnetfeldsensor zwischen den Schenkeln befindet; ein dielektrisches Material, das den Magnetfeldsensor einkapselt und in direktem Kontakt mit den Schenkeln steht; und eine ferromagnetische Überform, die die Ecke und das dielektrische Material einkapselt.
Elektrisches System nach Anspruch 1, wobei das dielektrische Material ein dielektrisches duroplastisches Polymer ist.
Elektrisches System nach Anspruch 2, wobei das duroplastische Polymer Epoxid ist.
Elektrisches System nach Anspruch 1, wobei die ferromagnetische Überform ein duroplastisches Polymer beinhaltet.
Elektrisches System nach Anspruch 1, wobei der Magnetfeldsensor ein Hall-Sensor ist.
Elektrisches System nach Anspruch 1, wobei der Magnetfeldsensor ein magnetoresistiver Sensor ist.
Elektrisches System nach Anspruch 1, wobei die abgewinkelte Sammelschiene Zellen einer Batterie elektrisch verbindet.
Anordnung zum Erfassen von elektrischem Strom, umfassend: eine Sammelschiene; ein dielektrisches Material, das in sich einen Magnetfeldsensor enthält; und eine ferromagnetische Überform, die einen Abschnitt der Sammelschiene einkapselt, wobei das dielektrische Material gegen die Sammelschiene angeordnet ist, sodass der Magnetfeldsensor von der Sammelschiene beabstandet ist und sich die ferromagnetische Überform nicht zwischen der Sammelschiene und dem Magnetfeldsensor befindet.
Anordnung zum Erfassen von elektrischem Strom nach Anspruch 8, wobei das dielektrische Material ein duroplastisches Polymer ist.
Anordnung zum Erfassen von elektrischem Strom nach Anspruch 8, wobei das dielektrische Material einen Abschnitt der Sammelschiene einkapselt.
Anordnung zum Erfassen von elektrischem Strom nach Anspruch 8, wobei das dielektrische Polymer in sich einen zweiten Magnetfeldsensor enthält.
Anordnung zum Erfassen von elektrischem Strom nach Anspruch 9, wobei das dielektrische duroplastische Polymer Epoxid ist.
Anordnung zum Erfassen von elektrischem Strom nach Anspruch 8, wobei die ferromagnetische Überform Epoxid beinhaltet.
Elektrisches System, umfassend: eine Vielzahl von Sammelschienen; eine Vielzahl von Gehäusen; eine Vielzahl von Magnetfeldsensoren, die jeweils benachbart zu einer der Sammelschienen angeordnet und in einem der Gehäuse enthalten sind, wobei die Gehäuse dazu konfiguriert sind, die Magnetfeldsensoren von den Sammelschienen elektrisch zu isolieren; und mindestens eine ferromagnetische Überform, die Abschnitte der Sammelschienen und die Gehäuse einkapselt.
Elektrisches System nach Anspruch 14, wobei die Gehäuse, die dazu konfiguriert sind, die Magnetfeldsensoren von den Sammelschienen elektrisch zu isolieren, dielektrische duroplastische Polymere sind.