电流感测电阻器的制作方法

1.本发明涉及一种用于根据四线技术测量电流的电流感测电阻器。


背景技术：

2.这种电流感测电阻器原则上从wo 2012/019784 a1已知。这种已知的电流感测电阻器主要包括由电阻器合金(例如)制成的板状电阻器元件和两个由导体材料(例如铜)制成的同样板状的连接部件，这两个连接部件在电阻器元件的相对两侧上被焊接到电阻器元件。待测量的电流经由两个连接部件被引入电流感测电阻器并从电流感测电阻器输出，使得待测量的电流流过电流感测电阻器的电阻器元件。在与电阻器元件的边界处的两个连接部件中安装有两个电压感测触点，以便测量电阻器元件两端间的电压降。然后，根据欧姆定律，测量到的电压降对应于流过电流感测电阻器的电流。此外，已知的电流感测电阻器在连接部件中具有两个弧形切口，所述弧形切口以弧形包围电压感测触点，也被称为电流阴影。这些电流阴影改善了测量的温度依赖性。然而，就测量精度而言，上述已知的电流感测电阻器还不是最佳的。


技术实现要素：

3.因此，本发明基于创建相应改进的电流感测电阻器的任务。
4.所述任务通过根据主权利要求的电流感测电阻器来解决。
5.本发明包括不仅提供一对电压感测触点，而且提供多对电压感测触点的一般技术教导，所述多对电压感测触点沿电流流动方向一个在另一个之后地布置并且可以形成多个测量通道。这可以显著提高电流感测电阻器的测量精度。因此，多对电压感测触点已经能够在物理上实现电压测量和电流测量验证中的多重冗余。
6.首先，根据开始描述的已知电流感测电阻器，根据本发明的电流感测电阻器具有由导体材料(例如铜、铜合金)组成并用于将待测量的电流引入电流感测电阻器的第一连接部件。
7.此外，根据开始描述的已知电流感测电阻器，根据本发明的电流感测电阻器包括也由导体材料(例如铜、铜合金)组成并用于将待测量的电流再次从电流感测电阻器引出的第二连接部件。
8.此外，根据开始描述的已知电流感测电阻器，根据本发明的电流感测电阻器还具有由电阻器材料(例如)组成的电阻器元件，所述电阻器元件沿电流流动方向布置在两个连接部件之间，使得待测量的电流流过所述电阻器元件。
9.此外，根据开始描述的已知电流感测电阻器，根据本发明的电流感测电阻器在所述连接部件中的至少一个中还具有至少一个切口，所述切口包围电压感测触点中的一个并防止电流流经所述切口。这种切口也被称为电流阴影，并且使电流感测电阻器内的等电位线和电流流场变形，这有助于提高测量精度。
10.然而，与开始描述的已知电流感测电阻器相比，根据本发明的电流感测电阻器具
有沿电流流动方向串联布置并且能够在电流感测电阻器的不同测量点处进行电压测量的多对电压感测触点。因此，通过使用不同对的电压感测触点进行电压测量，可以形成多个不同的测量通道。
11.在本发明的一个优选实施例中，所述切口和被所述切口包围的电压感测触点相对于横向于电流流动方向的位置居中地布置在连接部件中。这样，根据本发明的电流感测电阻器也不同于开始描述的已知电流感测电阻器，在已知电流感测电阻器中，切口从连接部件的侧边缘开始，从而靠近边缘布置，即不是居中地布置。
12.这里应该提到的是，所述电流感测电阻器具有平行于电流流动方向的确定的中心轴线，而具有切口的连接部件具有横向于电流流动方向的确定的宽度。被切口包围的电压感测触点相对于电流感测电阻器的中心轴线优选地具有小于电流感测电阻器的宽度的50％、40％、30％、20％、10％或甚至5％的偏心距。在这个意义上的偏心距在这里是被切口包围的电压感测触点的中心与电流感测电阻器的中心轴线之间的侧向距离。
13.在本发明的优选实施例中，连接部件中的切口具有横向于电流流动方向的确定的宽度，所述宽度优选地为连接部件的宽度的最多60％、50％或甚至最多40％。
14.在开始描述的已知电流感测电阻器的情况下，连接部件中的切口(电流阴影)都是弧形的，这也可以是根据本发明的电流感测电阻器的情况。然而，优选地，所述切口是u形的，具有横向于电流流动方向的基部和平行于电流流动方向并面向电阻器元件的腿部。因此，u形切口的基部位于连接部件中，而腿部面向电阻器元件。然而，替代性地，所述切口也可以是v形的。
15.此外，应该提到的是，垂直于电流流动方向的u形或v形切口的腿部优选地具有确定的宽度，所述宽度至少与电阻器元件的厚度和/或连接部件的厚度和/或整个电流感测电阻器的厚度一样大。
16.此外，应该提到的是，平行于电流流动方向的u形切口的基部具有确定的宽度，所述宽度优选地也至少与电阻器元件的厚度和/或连接部件的厚度和/或整个电流感测电阻器的厚度一样大。
17.因此，在u形的基部和腿部中，所述切口至少与电阻器元件的厚度和/或连接部件的厚度和/或整个电流感测电阻器的厚度一样宽。
18.在本发明的优选实施例中，u形或v形切口的腿部沿电流流动方向延伸到电阻器元件中并终止于电阻器元件中。因此，所述切口的腿部的一部分位于电阻器元件中，而所述切口的腿部的另一部分位于连接部件中。切口在电阻器元件内的腿部长度例如可以为6mm，最大偏差为
±
3mm、
±
2mm、
±
1mm、
±
0.5mm或甚至
±
0.2mm。此外，应该提到的是，切口的腿部在电阻器元件内的腿部长度优选地在电阻器元件沿电流流动方向的长度的10％-90％、20％-80％或30％-70％的范围内。
19.然而，替代性地，在本发明的范围内，所述切口的腿部也可以终止于相对于电流流动方向位于电阻器元件之前的连接部件中。在这种情况下，所述切口因此完全位于相应的连接部件内并且不伸到电阻器元件中。在这里，所述切口的腿部长度例如可以是4mm，最大偏差为
±
2mm、
±
1mm、
±
0.5mm或甚至
±
0.2mm。此外，这里应该提到的是，腿部长度可以在电流感测电阻器的宽度的10％-90％、20％-80％或30％-70％的范围内。
20.在另一个替代方案中，另一方面，所述切口的腿部在电流流动方向上恰好在电阻
器元件与连接部件之间的边界处终止。
21.上面已经简要地提到，连接部件中的切口包围电压感测触点并充当电流阴影。因此，所述切口在剩余的连接部件中界定出触点岛，借此所述切口与所述电阻器元件之间的触点岛优选地具有至少4mm2、5mm2、6mm2、8mm2或10mm2的面积。因此，所述触点岛以所述切口为界，并且以所述电阻器元件为界。
22.此外，应该提到的是，优选地，在两个连接部件中的每一个中布置至少一个切口，所述切口包围用于电压感测触点的触点岛。在这种情况下，所述切口优选地成对地位于电阻器元件的相对两侧上，并且优选地相对于电流感测电阻器的中心轴线位于相同的侧向位置。然而，替代性地，所述切口也可以在电阻器元件的两个相对侧上沿侧向方向偏移地布置。
23.此外，在本发明的范围内，还可以在两个连接部件中的至少一个中，相对于电流流动方向，彼此相邻地布置多个切口，所述切口中的每一个包围用于电压感测触点的触点岛。例如，在两个连接部件中的每一个中，可以布置两个切口，所述两个切口相对于电流感测电阻器的中心轴线和相对于电阻器元件对称地布置。
24.在本发明的一个变体中，电阻器元件在侧向方向上被分为第一部分和第二部分，使得待测量的电流被分为通过所述电阻器元件的第一部分的第一电流路径和通过所述电阻器元件的第二部分的第二电流路径。这种划分是通过断流器来实现的，所述断流器防止电流流经所述断流器，使得两个电流路径在断流器的两侧延伸。例如，所述断流器可以由冲切区段组成。这里应该提到的是，所述断流器优选地在电阻器元件的整个长度上沿电流流动方向延伸，并且也可以延伸到连接部件中。
25.在本发明的变体中，多个电压感测触点可以在两个电流路径的每一个中一个在另一个之后地布置，并且优选地沿电流流动方向一个在另一个之后地布置。
26.此外，优选地规定，至少一对电压感测触点接合电阻器元件的两个部分。例如，这些电压感测触点可以直接布置在电阻器元件上。然而，在一个优选实施例中，这些电压感测触点正好在电阻器元件的边界处布置在相应的连接部件上，以便测量电阻器元件的两个部件之间的横向于电流流动方向的电压降。
27.在具有多个平行电流路径的本发明变体中，多个电压感测触点也可以相对于电流流动方向在两个电流路径中彼此相邻地布置。例如，两个电流路径中的电压感测触点可以均以横向于电流流动方向的行与沿电流流动方向的轨的矩阵形式布置。
28.上面已经简要提到，导体材料可以是例如铜或铜合金。然而，替代性地，连接部件的导体材料也可以是铝或铝合金。然而，关于所使用的导体材料，本发明不限于这些材料，而是也可以用其它导电材料来实现。然而，应该提到的是，连接部件的导体材料应该与电阻器元件的电阻材料相比具有更小的比电阻。
29.关于电阻器元件的电阻材料，在本发明的范围内有许多可能性。例如，电阻材料可以是铜合金，特别是铜锰锡合金或铜锰镍合金或铜铬合金。基本上合适的电阻器材料的另一个示例是诸如镍铬或铜镍的镍合金。
30.上面已经简要提到，电阻器元件布置在两个连接部件之间并且连接到两个连接部件。例如，所述连接可以是焊接接合(例如电子束焊接)，例如从ep 0 605 800a1中已知的。
31.优选地，电阻材料具有小于2
·
10-4
ω
·
m、2
·
10-5
ω
·
m或2
·
10-6
ω
·
m的电阻率。
32.优选地，电阻材料具有大于2
·
10-6
ω
·
m、2
·
10-7
ω
·
m的电阻率，而导体材料的电阻率优选地小于10-6
ω
·
m或10-7
ω
·
m。
33.通常，应该提到的是，电流感测电阻器优选地是具有至多1μω、10μω、50μω、100μω、500μω、10mω、5mω、2mω或1mω的电阻值的低电阻。
34.此外，应该提到的是，基于连续电流负载或脉冲负载，电流感测电阻器可以具有至少1a、10a、100a、1ka或5ka的载流能力。
35.关于电流感测电阻器的设计，应该提到的是，电阻器元件和/或连接部件可以是板状的，特别是作为平板。
36.就尺寸而言，应该提到的是，电流感测电阻器具有的沿电流流动方向的长度可以小于30cm、20cm或10cm，而宽度优选地小于20cm、10cm或5cm。另一方面，电流感测电阻器的厚度优选地小于10mm、5mm或4mm。
37.此外，应该提到的是，两个连接部件可以均具有用于引入或输出电流的至少一个电流连接部，各个电流连接部优选地在相应的连接部件中均具有至少一个孔，特别是具有相对于电流流动方向彼此相邻布置的两个孔。替代性地，电流连接部也可以由从板状连接部件以直角突出的连接螺钉组成，如从ep 0 605 800a1中已知的。
38.优选地，上述电压感测触点均包括由相应的连接部件上的导电涂层组成的触点岛。例如，各个触点岛可以基本上都是矩形的并且包括与连接部件不同的导体材料的涂层。
39.触点岛可以以在垂直于电流流动方向的多行、特别是四行和平行于电流流动方向的多轨、特别是三轨的矩阵形式布置在电流感测电阻器上。
40.此外，应该提到的是，本发明并不仅仅要求将根据本发明的上述电流感测电阻器作为单个部件来保护。相反，本发明还要求保护一种完整的电流测量装置，所述电流测量装置包括这样的电流感测电阻器和电压测量装置，所述电压测量装置用于在电流感测电阻器的电压感测触点处进行电压测量并提供相应的电压测量值，其中，所述电压测量装置可以形成多个测量通道。此外，根据本发明的电流测量装置优选地还包括用于根据所述电压测量值计算流过电流感测电阻器的电流的评估单元。在这里，所述评估单元可以利用加权因子对各种电压测量值进行加权。此外，在本发明的范围内，所述评估单元可以执行自动校准，这是由于多重冗余而可能的。一般而言，仍然应该提到的是，各种电压感测触点可以形成惠斯通测量电桥。
附图说明
41.本发明的其它有利的进一步的实施例在从属权利要求中指出，或者在下面参考附图与对本发明的优选实施例的描述一起进行更详细的解释。
42.图1示出了根据本发明的电流感测电阻器的透视图。
43.图1b示出了根据图1a的电流感测电阻器的俯视图。
44.图1c示出了放大的图1b的一部分以及电压图。
45.图2示出了图1b的变型，其中在两个连接部件中具有两个切口。
46.图3示出了根据图1a-1c的实施例的变型，其中在电流感测电阻器中具有断流器以将电流流动分成两个平行的电流路径。
47.图4示出了图3的修改。
48.图5示出了图3的变型。
49.图6示出了图3的另一变型。
50.最后，图7示出了根据本发明的具有电流感测电阻器的电流测量装置。
具体实施方式
51.下面，将描述根据本发明的电流感测电阻器1的第一实施例，如图1a-1c所示。电流感测电阻器1主要包括两个由导体材料(例如铜)制成的连接部件2、3和由电阻器材料(例如)制成的电阻器元件4，电阻器元件4沿电流流动方向布置在两个连接部件2、3之间，使得待测量的电流i经由连接部件2被引入电流感测电阻器1，然后流过电阻器元件4，然后通过连接部件3再次从电流感测电阻器1输出。因此，根据欧姆定律，电阻器元件4两端间的电压降是流过电流感测电阻器1的电流i的量度，这使得能够根据本身已知的四线技术进行电流测量。
52.为了电流的引入和输出，两个连接部件2、3均具有两个孔形式的电流连接部5和6，电流连接部5和6布置在电流感测电阻器1的中心轴线7的两侧上。电流连接部5和6的孔分别能够旋拧在相应的触点上，如从现有技术本身已知的。
53.在电流感测电阻器1处的电压测量通过多个电压感测触点8-19来执行，所述多个电压感测触点8-19以横向于电流流动方向的行与沿电流流动方向的轨的矩阵形式布置在两个连接部件2、3上。电压感测触点8-19均形成为由施加到相应的连接部件2和3的单独的导电涂层组成的矩形触点岛。电压感测触点8-19可以在电压测量的范围内以任何配对连接在一起，从而形成多个电压测量通道。
54.电压感测触点14被u形切口20包围。首先，u形切口20在连接部件2内具有基部。此外，u形切口20具有沿电流流动方向延伸并到达电阻器元件4中的两个腿部，特别是如在图1c中可以看出的。u形切口20的腿部具有垂直于电流流动方向的宽度bs，而u形切口20的基部具有沿电流流动方向的宽度ls。此外，从图1c可以看出，电阻器元件4具有沿电流流动方向的宽度l
rm
。最后，从图1c还可以看出，u形切口20在电阻器元件4内的腿部具有腿部长度d1。
55.对于上述量，应遵守以下尺寸规则：
56.dl＝0,1-0,9
·
l
rm
57.ls≥h
58.bs≥h
59.电流感测电阻器1具有沿电流流动方向的长度l＝80mm和跨电流流动方向的宽度b＝40mm，而厚度h＝3mm。
60.图1c中的电位图定性地示出了不同对电压感测触点8-19的电压测量值之间的关系。电位图中的电压值的索引对应于相应的电压感测触点的附图标记。因此，电压值u
1，2
表示电压感测触点1和2之间的电压。
61.图2示出了根据图1a-1c的实施例示例的修改，因此为了避免重复，首先参考以上描述，其中相同的附图标记用于对应的细节。
62.本实施例示例的一个特殊特征是，电流感测电阻器1具有分别布置在电阻器元件4的相对两侧上的两个连接部件2和3中的两个切口20.1、20.2。
63.图3示出了上述实施例的变型，因此为了避免重复，再次参考上述描述，相同的附图标记用于对应的细节。
64.首先，本实施例示例的一个特殊特征是，两个切口20.1、20.2不是布置在电阻器元件4的相对两侧上，而是布置在电阻器元件4的同一侧上，即在连接部件2中。
65.本实施例示例的另一特殊特征是，电流感测电阻器1具有沿电流感测电阻器1的中心轴线7在电阻器元件4的整个长度上延伸并分别延伸到相邻的连接部件2和3中的切口21。切口21可以例如由突出部组成并且防止电流流经切口21。因此，切口21在切口21的两侧将电流i分成两个电流路径。
66.此外，应该提到的是，在本实施例示例中提供了四个附加的电压感测触点22-25。因此，电压感测触点8-25以四行与四轨的矩阵布置。
67.图4示出了根据图3的实施例示例的变型，因此为了避免重复，参考以上描述，其中相同的附图标记用于对应的细节。
68.这里应该提到的是，切口20.1相对于电流感测电阻器的中心轴线7偏心布置，且具有相对于中心轴线7的确定的偏心距e。
69.图5再次示出了根据图3的实施例示例的进一步修改，因此为了避免重复，再次参考以上描述，相同的附图标记用于对应的细节。
70.本实施例示例的一个特殊特征是，电流感测电阻器1中总共布置有四个切口20.1-20.4。
71.图6示出了根据图3的实施例示例的变型，因此为了避免重复，参考以上描述，其中相同的附图标记用于对应的细节。
72.本实施例示例的一个特殊特征是，只有一个切口20。
73.图7示出了具有根据本发明的电流测量台1和电压测量装置26的完整电流测量装置，所述电压测量装置26测量成对的电压感测触点8-19处的电压，从而提供多个测量通道。
74.然后，测量到的电压值被转发到评估单元27，评估单元27根据测量到的电压值计算电流i，借此评估单元27也可以单独地对各个测量到的电压值进行加权，借此也可以进行自动校准。
75.本发明不限于上述优选实施例。相反，本发明还允许大量的变体和变型，这些变体和变型也利用了本发明的概念并因此落入保护范围内。特别地，本发明还要求在每种情况下、特别是在也没有主权利要求的技术教导的情况下独立于所引用的权利要求保护从属权利要求的主题和特征。因此，本发明包括彼此独立地享有保护的本发明的不同方面。例如，本发明的一个独立方面是借助于沿电流流动方向延伸的断流器将电流分成两个平行的电流路径。
76.附图标记列表：
[0077]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电流感测电阻器
[0078]
2、3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
连接部件
[0079]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电阻器元件
[0080]
5、6
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电流连接部(连接部件中的孔)
[0081]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电流感测电阻器的中心轴线
[0082]
8-19
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电压感测触点
[0083]
20、20.1-20.4
ꢀꢀꢀꢀꢀ
切口
[0084]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电流感测电阻器中的断流器
[0085]
22-25
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电压感测触点
[0086]
26
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电压测量装置
[0087]
27
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
评估单元
[0088]bꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电流感测电阻器的垂直于电流流动方向的宽度
[0089]bs
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
切口的腿部的垂直于电流流动方向的宽度
[0090]dl
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
切口的腿部在电阻器元件内的腿部长度
[0091]eꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
切口的偏心距
[0092]hꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电流感测电阻器的厚度
[0093]iꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电流
[0094]
l
rm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电阻器元件沿电流流动方向的宽度
[0095]
lsꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
切口的基部沿电流流动方向的宽度
[0096]
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电流感测电阻器沿电流流动方向的长度