本公開涉及電流傳感器領(lǐng)域。具體地，本公開涉及基于電阻性分流器的電流傳感器領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

為了測量直流(DC)，研發(fā)了通常稱為電流傳感器的各種儀器。這些儀器中的一種是電阻性分流器，其基于陳述電阻(R)上的電壓(V)與通過電阻的電流(I)成比例的歐姆定律(V＝R*I)。通過使用已知電阻的電阻性分流器，跨電阻性分流器的電壓的測量因此與通過分流器的電流相關(guān)(I＝V/R)。

由于電壓的大小與電阻和電流的大小均成比例，要求電阻的大小足夠大以生成電壓中的可檢測的變化，即使對于電流中相對小的變化。

鑒于以上，本公開的優(yōu)勢因此提供了具有允許測量較大的電流(大約幾千安培)的改進的解決方案的電流傳感器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的目的因此至少部分地滿足以上要求。為了實現(xiàn)這些，提供了電流傳感器。

通過在所附獨立權(quán)利要求中限定的電流傳感器來實現(xiàn)這些和其他目的。其他實施例通過附加權(quán)利要求限定。

根據(jù)本公開的一個方面，電流傳感器可以包括外殼、第一端子、第二端子、在第一端子和第二端子之間連接的電阻性分流器、用于輸出指示通過電阻性分流器的電流的大小(例如，幅值)的輸出信號的測量單元以及至少一個熱管，至少一個熱管布置為與電阻性分 流器熱連接用于將熱從電阻性分流器傳輸至圍繞外殼的周圍空氣。

在該方面，電流傳感器依賴于電阻性分流器(在以下也稱為分流電阻器)的使用，用于感測在例如母線(或其它導(dǎo)體)中的電流，即測量跨已知的電阻的分流電阻器的電壓降以獲得母線中的電流。在分流電阻器處獲得的模擬信號可以提供至包括用于將模擬信號轉(zhuǎn)換至數(shù)字信號的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的板。數(shù)字信號然后可以光學(xué)地例如經(jīng)由光纖發(fā)送至控制系統(tǒng)。

提出了一種電流傳感器，包括：外殼；用于接收電流的第一端子；用于輸出電流的第二端子；電阻性分流器，布置在所述外殼中并且連接在所述第一端子和所述第二端子之間；測量單元，被配置為基于跨所述電阻性分流器而測量的電壓，生成至少指示從所述第一端子、經(jīng)由所述電阻性分流器通過至所述第二端子的電流的幅值的輸出信號；至少一個熱管，布置為與所述電阻性分流器熱接觸以用于將在所述電阻性分流器處生成的熱傳輸至圍繞所述外殼的周圍空氣。

在一個實施例中，還包括布置在所述測量單元和所述電阻性分流器之間的熱屏蔽。

在一個實施例中，還包括布置在所述外殼的外側(cè)并且與所述至少一個熱管熱接觸的至少一個散熱片。

在一個實施例中，所述至少一個熱管還布置為與所述測量單元熱接觸以用于將熱從所述測量單元傳輸至圍繞所述外殼的所述周圍空氣。

在一個實施例中，所述電阻性分流器在平面中延伸，并且其中所述至少一個熱管中的一個熱管布置在與所述平面基本上垂直的方向中。

在一個實施例中，所述電阻性分流器在平面中延伸，并且其中所述至少一個熱管布置在與所述平面基本上平行的方向中。

在一個實施例中，所述電阻性分流器在平面中延伸，并且其中所述至少一個熱管布置在相對于所述平面傾斜的方向中。

在一個實施例中，所述至少一個熱管包括液體。

在一個實施例中，所述測量單元進一步被配置為生成所述輸出信號為數(shù)字信號。

在一個實施例中，所述測量單元進一步被配置為生成所述輸出信號為光信號。

在一個實施例中，所述測量單元進一步被配置為生成所述輸出信號為無線電信號。

在一個實施例中，所述熱管至少從與所述分流電阻器的接觸點延伸至所述外殼的側(cè)壁。

在一個實施例中，所述熱管從所述外殼的一側(cè)延伸至相對側(cè)。

在一個實施例中，所述熱管通過所述外殼的表面延伸。

由于使用這種用于高電流額定值的電流傳感器的興趣，分流電阻器可以變熱，并且可以在分流電阻器處獲觀察到大的熱損耗。為了限制這種功率損耗，提供了用于冷卻電流傳感器內(nèi)部特別是分流電阻器的冷卻系統(tǒng)。更具體地，通過熱管在分流電阻器處生成的熱可以被傳輸至周圍空氣(在電流傳感器之外)。為了該目的，電流傳感器可以裝備有熱管，其用于耗散熱的與分流電阻器熱接觸的。

在一些示例中，熱管可以從電流傳感器的外殼的一側(cè)延伸至另一側(cè)。因此提供了無源冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)還可以包括散熱片以改進周圍空氣的移動并且因此改善了熱耗散。

在一些實施例中，電子板可以從電阻性分流器熱屏蔽。

本公開還涉及本文提及的特征的可能組合。本文描述的任何實施例可以與本文描述的其他實施例組合，以及本公開涉及特征的所有組合。

附圖說明

通過優(yōu)選實施例的以下圖示和非限制詳細(xì)描述可以更好地理解以上本實用新型的電流傳感器的附加目的、特征和優(yōu)勢。參考以下附圖，其中：

圖1示出了根據(jù)本公開的一個或多個實施例的電流傳感器的透視圖。

圖2示出了根據(jù)本公開的一個或多個實施例的電流傳感器的橫截面的示意圖。

在附圖中，除非另外說明，相同的附圖標(biāo)記將用于相同的元件。除非陳述為相反地，附圖僅示出必要圖示示例實施例的這些元件，而其他元件出于清楚的目的可以被忽略或僅建議。

具體實施方式

如以上所陳述的，根據(jù)本公開的一個方面，提供電流傳感器，其包括外殼(或殼)、第一端子、第二端子、電阻性分流器、測量單元和至少一個熱管。

外殼可以被密封或者部分密封，使得外殼內(nèi)部的空氣或任何其他氣體至少部分地從外殼外部的周圍空氣屏蔽。如果電流傳感器可以例如在濕的或潮濕的條件中操作，屏蔽外殼內(nèi)部可以是必要的。

端子也可以稱為初級端子，其中將被測量的電流通過第一初級端子(或輸入端子)、電阻性分流器(或分流電阻器)和第二初級端子。在下文中，第一初級端子(或輸入端子)將稱為第一端子，并且第二初級端子(或輸出端子)將被稱為第二端子。

端子可以被布置用于接收將被測量的電流。第一端子可以被布置為接收將被測量的全部電流或者其已知的一部分。電流電感器可以例如沿著將被測量的電流在其上的電氣母線(或電氣導(dǎo)體)安裝的。第二端子可以被布置為輸出電流，優(yōu)選地與輸入至第一端子的相同的電流減去當(dāng)電流在第一和第二端子之間通過時可能發(fā)生的熱損耗。第一和第二端子優(yōu)選地布置在外殼的外部。也可以設(shè)想，第一和第二端子的兩者或至少一個可以被布置為位于外殼的內(nèi)部。可以設(shè)想第一和第二端子(或輸入/輸出連接器)的部分布置在外殼的內(nèi)部，并且輸入/輸出連接器的部分布置在外殼的外部。

電阻性分流器可以被布置在外殼的內(nèi)部并且連接在第一端子和 第二端子之間。因此，從第一端子通過至第二端子的電流的所有或至少部分可以通過電阻性分流器，引起跨電阻性分流器的電壓。

測量單元可以被配置為基于跨電阻性分流器而測量的電壓生成輸出信號，輸出信號至少指示經(jīng)由電阻性分流器從第一端子通過至第二端子的電流的大小(例如，幅值)?？珉娮栊苑至髌鞫鴾y量的電壓對應(yīng)于通過電阻性分流器的電流，并且測量的電壓可以通過測量單元本身被測量(或獲取)或可以從能夠測量這樣的電壓的另一個設(shè)備提供至測量單元。測量單元可以具有關(guān)于電阻性分流器的電阻的大小的信息，并且生成的輸出信號可以是基于測量的電壓和已知的電阻計算的通過電阻性分流器的電流的值。還可以設(shè)想到，輸出信號例如在通過測量單元未知電阻的情況下僅是測量的電壓，或者輸出信號是從至少可以計算的通過電阻性分流器的電流大小的另一個其他信號。還可以設(shè)想僅已知從第一端子到第二端子的電流的已知的部分通過電阻性分流器，并且生成的輸出信號然后僅可以指示電流的已知部分。

至少一個熱管可以布置為與電阻性分流器熱接觸用于將來自電阻性分流器(或在此處生成)的熱傳輸至圍繞外殼的周圍空氣。至少一個熱管可以與電阻性分流器直接物理接觸，或者只要在至少一個熱管和電阻性分流器之間建立熱接觸，在其之間可以存在其他物體/元件/介質(zhì)。為了將熱傳輸至圍繞外殼的周圍空氣，至少一個熱管可以與外殼熱接觸。還可以設(shè)想至少一個熱管通過在外殼中的開口并且與圍繞外殼的周圍空氣直接接觸。

在一些實施例中，熱管可以至少從與分流電阻器的接觸點延伸至外殼的側(cè)壁。

在一些實施例中，熱管可以從外殼的一側(cè)延伸至相對側(cè)。

在一些實施例中，熱管可以通過外殼的表面延伸。

熱管可以是傳統(tǒng)的熱管，其使用內(nèi)部液體的氣態(tài)和液相作為冷卻介質(zhì)和毛細(xì)管作用(例如，燈芯)以再循環(huán)冷卻介質(zhì)以便持續(xù)地從較熱側(cè)傳輸熱至較冷側(cè)。熱管可以被設(shè)想為僅使用用于熱傳輸?shù)?內(nèi)部液體的氣相或液相，或僅液體，并且冷卻介質(zhì)的再循環(huán)可以替代地或此外通過重力和離心力來引起。熱管還可以設(shè)想為熱虹吸/熱虹吸管或散熱器。通常熱管被設(shè)想為其中內(nèi)部流體的連續(xù)循環(huán)的設(shè)備，其中熱通過在較熱側(cè)的內(nèi)部流體來吸收(例如，通過蒸發(fā))并且傳輸至較冷側(cè)，在較冷側(cè)熱釋放至周圍空氣(例如，通過冷凝)，因此使得傳輸過程比例如固體金屬導(dǎo)體更有效。

如果電流傳感器包括多于一個熱管，所有(或至少一部分)熱管可以布置為與電阻性分流器熱接觸，并且所有或至少一些熱管可以彼此獨立操作。該優(yōu)勢為一個或多個熱管的故障可能不會使得所有熱管不能用于將熱從電阻性分流器傳輸至圍繞外殼的周圍空氣。還可以設(shè)想所有或僅一些熱管可以通過外殼中的開口并且可以直接與圍繞外殼的周圍空氣直接接觸。

可以理解的是分流電阻器的較大電氣電阻可以導(dǎo)致電流的改變將生成電壓的較大改變并且因此更容易檢測。然而，使用較大的電阻還可以導(dǎo)致較大的熱損耗，因為后者與R*I²成比例。較大的熱損耗可以引起當(dāng)電流通過其時，電阻性分流器升溫較快，一種情況尤其重要以考慮是否較大的電流將被測量。這可以通常在高電流應(yīng)用的情況下，其中數(shù)千安培的電流可以是普遍的。

在根據(jù)以上方面的電流傳感器中，通過包含至少一個熱管解決或至少部分消除具有熱損耗的問題。通過傳輸來自電阻性分流器的熱，由于電阻性分流器的電流和電阻的熱損耗的效果可以降低。因此，電阻性分流器的冷卻可以更有效地實現(xiàn)，并且測量的更好的控制可以在較高的電流等級和/或具有更高電阻的電阻性分流器時發(fā)生。熱管允許使用較大的電阻并且可以實現(xiàn)對于較大電流的較高的測量解決方案。

在一個實施例中，電流傳感器還可以包括被布置在測量單元和電阻性分流器之間的熱屏蔽。對于“之間”，可以設(shè)想熱屏蔽可以集成至測量單元或電阻性分流器中。熱屏蔽可以幫助保護測量單元避免通過由于熱損耗在電阻性分流器中發(fā)展的熱引起的加熱。

在一個實施例中，電流傳感器可以包括至少一個散熱片，散熱片被布置為外殼的外殼并且與至少一個熱管熱接觸。如以上提及的，兩個物體/元件可以通過直接物理接觸而熱接觸，或通過仍然允許熱在熱接觸中的物體/元件之間傳輸?shù)臒岬囊粋€或若干其他物體分離。如果，例如至少一個熱管與外殼熱接觸，至少一個散熱片可以例如被布置為在外殼的外側(cè)使得其還與至少一個熱管熱接觸。如果，例如，至少一個熱管通過外殼，可以設(shè)想至少一個散熱器與至少一個熱管直接接觸。還可以設(shè)想至少一個散熱片集成在外殼中，或至少一個散熱片與至少一個熱管集成。對于“外殼的外側(cè)”，意味著至少一個散熱片布置為使得與圍繞外殼的周圍空氣接觸。散熱片可以幫助加大表面區(qū)域，從該表面區(qū)域熱與周圍環(huán)境(例如，周圍空氣)交換。具有至少一個散熱片，在熱管和圍繞外殼的周圍空氣之間的熱交換可以改善。

在一個實施例中，至少一個熱管還可以布置為使得也與測量單元熱接觸，并且用于將來自測量單元(或在此處生成)的熱傳輸至圍繞外殼的周圍空氣。這可以幫助降低由于通過測量單元本身產(chǎn)生的熱通過從電阻性分流器傳輸熱至測量單元，或者通過從其他地方傳輸熱至測量單元而導(dǎo)致的測量單元過熱的風(fēng)險。如果多于一個熱管是可用的，所有的熱管可以與測量單元熱接觸。還可以設(shè)想所有熱管的僅一個或多個可以與測量單元熱接觸，并且一個或多個熱管還可以僅與測量單元熱接觸并且不與電阻性分流器熱接觸。

在另外的實施例中，電阻性分流器可以在平面中延伸，并且至少一個熱管中的一個熱管可以布置為與所述平面交叉(諸如例如基本與該平面垂直)的方向。還可以設(shè)想至少一個熱管的一個熱管布置在沿著所述平面延伸(諸如例如基本與所述平面平行)的方向，或在關(guān)于所述平面傾斜的方向(即，既不與所述平面垂直也不平行)?；诶缛绾伟惭b電流傳感器，電阻性分流器的相對于重力軸的延伸的平面可以變化。通過允許熱管布置為與延伸的平面平行、垂直或者既不平行也不垂直，熱管的對齊可以例如被優(yōu)化使得熱管的效 率可以盡可能大。熱管可以例如為使得當(dāng)與垂直方向?qū)R時具有最高的效率操作，而其他熱管可以當(dāng)與水平方向?qū)R時或者方向傾斜時更有效。

在一個實施例中，至少一個熱管包括流體。這可以是有利的，因為液體可以通過電阻性分流器加熱并且經(jīng)由相轉(zhuǎn)換蒸發(fā)至氣體形式。相轉(zhuǎn)換可以吸收熱并且?guī)椭纳茻峁艿男?。氣體形式的液體可以從電阻性分流器傳輸離開并且朝向圍繞外殼的周圍空氣，其中其可以再次冷凝回至液體形式而通過氣體傳輸?shù)臒岚l(fā)出至周圍空氣。還可以設(shè)想在至少一個熱管中的液體通常保持液體形式，或者液體通常為氣體形式。

在一個實施例中，測量單元還可以被配置為生成輸出信號作為數(shù)字信號。如果這樣，測量單元可以包括模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器使得跨電阻性分流器而測量的電壓可以被轉(zhuǎn)換器數(shù)字形式并且然后被處理以及用于生成輸出信號。還可以設(shè)想輸出信號是首先模擬形式生成的，并且然后通過模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換至數(shù)字形式。如果信號還被傳輸至例如接收數(shù)字輸入的控制系統(tǒng)，使用數(shù)字信號可以是有利的。

在一個實施例中，測量單元還被配置為生成輸出信號作為光信號，這可以說是有利地，因為電流傳感器可以從例如控制系統(tǒng)電隔離，輸出信號發(fā)送至控制系統(tǒng)，和/或如果可用儀器接收光信號。

在一個實施例中，測量單元還可以別配置為生成輸出信號作為無線電信號。這可以是有利地，在于可以實現(xiàn)電流傳感器和例如控制系統(tǒng)之間的電隔離，和/或在于不需要任何其他電線傳輸輸出信號。

根據(jù)本公開的電流傳感器的示例性實施例可以參考圖1和2更詳細(xì)地進行描述。然而，本實用新型可以以很多不同形式實施，并且不應(yīng)當(dāng)為構(gòu)建為限制以下闡述的實施例，并且通過示例提供這些實施例。

在圖1中，示出了電流傳感器100的透視圖。電流傳感器100具有外殼110。為了接收電流124的進入部分，電流傳感器100裝備 有第一端子120。為了輸出電流124的向外部分，電流傳感器100也裝備有第二端子122。

在外殼110中，電阻性分流器130被布置并連接在第一端子120和第二端子122之間，使得電流124將從第一端子120經(jīng)由電阻性分流器130并且進一步至第二端子122而流動。電流124通過電阻性分流器130的流動將導(dǎo)致在分流器上產(chǎn)生電壓。為了測量該電壓，測量單元140也布置在外殼110中?；跍y量的電壓，測量單元140被配置為生成指示電流124的至少大小(特別是其幅值)的輸出信號142。在所示出的實施例中，測量單元140已知電阻性分流器130的電阻，并且因此可以通過將測量的電壓用已知電阻劃分來生成輸出信號142。該信號然后傳輸至例如控制系統(tǒng)(未示出)用于進一步分析或動作，優(yōu)選地在圖中示出為沿著電纜。

由于當(dāng)電流124通過其時在電阻性分流器130中產(chǎn)生的熱損耗，電阻性分流器130可以加熱。在所示出的實施例中，熱管150布置為與電阻性分流器130熱接觸，使得熱管150可以將來自電阻性分流器130的熱傳輸至圍繞外殼110的周圍空氣。熱管150被布置為使得其從電阻性分流器130延伸至外殼110，并且使得其與外殼110熱接觸。

為了進一步改善來自熱管150的熱和圍繞外殼110的周圍空氣的交換，電流傳感器100可以裝備有至少一個可選冷卻散熱片。在圖中，六個這樣的散熱片160布置在外殼110的外側(cè)并且與熱管150熱接觸。由于散熱片160，通過其熱管150可以與周圍空氣交換熱的總面積增大，其可以改善熱轉(zhuǎn)換過程。

在圖2中，示出了電流傳感器200的示意性視圖。電流傳感器200具有第一端子220和第二端子222，其與電阻性分流器230連接在一起，使得電流224可以從第一端子220經(jīng)由電阻性分流器230流動至第二端子222。測量單元240被布置為測量跨電阻性分流器230發(fā)展的電壓。測量單元使用測量的電壓確定電流224的大小，并且被配置為輸出指示電流224的大小的輸出信號242。

第一端子220、第二端子222和電阻性分流器230布置在電流傳感器200的外殼210中。為了傳輸來自電阻性分流器230的熱至圍繞外殼210的周圍空氣，電流傳感器200裝備有四個熱管250-253。熱管250-253可以布置為使得與電阻性分流器230熱接觸。為了進一步改善熱傳輸，電流傳感器200也裝備有四組冷卻散熱片260-263。散熱片260-263布置在外殼210的外殼并且與相應(yīng)的熱管250-253的較冷端熱接觸。電阻性分流器230在水平平面A-A延伸，并且四個熱管250-253布置在垂直方向，即基本垂直于該平面的方向。

雖然本實用新型已參考詳細(xì)示例進行了描述，詳細(xì)的示例僅用于對本領(lǐng)域技術(shù)人員提供更好的理解，并且不旨于限制本實用新型的范圍。

此外，公開的實施例的變型可以在本領(lǐng)域技術(shù)人員實施所要求的實用新型時從附圖、公開以及所附權(quán)利要求的學(xué)習(xí)來理解和實現(xiàn)。在權(quán)利要求中，詞語“包括”并不排除其它元件，并且不定冠詞“一”或“一個”并不排除多個。事實為在相互不同的附加權(quán)利要求中記載的特定特征并不指示這些特征的組合不能被有利地使用。