CN103562734B - 电流测量转换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量流过电缆（30）的电流的电流测量转换器，该电流测量转换器具有探测环（18）、传感器（12）和用于检测借助所述探测环和所述传感器获得的电流值的评估装置（14），其中，所述探测环包括环形芯（16），所述探测环被分为基本环段（2）和至少一个可运动的环段（4），所述可运动的环段限定打开状态和闭合状态，在所述打开状态中，径向的缆线引入口开启，并且在所述可运动的环段的所述闭合状态中，产生环形闭合的布置结构，在该布置结构中所述环形芯包围所述缆线，将轴向相对于电流测量转换器延伸的所述缆线径向引入到所述探测环的内部区域中使所述可运动的环段自动地从一个状态转入到另一个状态中，并且在所述闭合状态中，能够实现对引入到所述内部区域中的缆线进行电流测量。

Description

电流测量转换器

技术领域

本发明涉及一种电流测量转换器以及一种用于测量流过电缆的电流的方法。

背景技术

流过电缆的电流的量对于电缆的应用以及对于驱动连接到所述电缆上的设备而言是重要的特征量。一方面，可以从测量出的大小推断出通过缆线传输的功率，另一方面，这样的测量也满足安全性方面。因此能够借助于电流测量来监视功率极限，超过所述功率极限例如可能会使缆线本身或连接到缆线上的设备过负荷。最终，缆线横截面和组成决定能够由缆线承受的功率。

电流测量本身对于被电流流过的缆线而言也是已知的。因此例如文献DE68909847T2给出一种具有线圈的测量转换器，所述线圈围绕电导体设置，其中，所述导体在中央引导穿过线圈。

原则上，可以将用于电缆的电流测量方法区分为需要电导体中的电测量器件的测量方法以及从围绕电导体的电场或磁场回推出流过电缆的电流的测量方法。这样的器件是分流电阻，所述器件例如要插入到电缆中。

而在没有这样的、要插入的器件的情况下也能实现的测量方法以感应的方式测量。

如从现有技术中已知的电流测量转换器通常需要被推装到电缆上。由此，感应的器件包围电缆并且能够由此实现借助于电流测量转换器所进行的测量。将已知的电流测量转换器精确地安装在所期望的部位上被证实是困难的。此外，事后地安装到现有的已经布设的缆线上、或者电流测量转换器的简单更换通常是不可能的。

用于能够实现将电流测量转换器事后地安装到电缆上的现有的解决方案不具有围绕电缆环形闭合地设置的、圆形闭合的环。将电缆引入到设备中也是困难的。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种电流测量转换器，该电流测量转换器减小或者解决上述问题。

本发明的另一目的是，能够实现将电流测量转换器简单地装配到已经布设的电缆上。

本发明的还一个目的是，提供一种电流测量转换器，该电流测量转换器具有改进的对磁通量聚束。

本发明的目的通过按本发明的电流测量转换器得以解决。在下文中描述本发明的有利的改进方案。

按本发明的用于测量流过电缆的电流的电流测量转换器，具有探测环、传感器和用于计算借助所述传感器获得的测量值的评估装置，其中，所述探测环包括环形芯，所述探测环被分为基本环段和至少一个能运动的环段，所述能运动的环段限定打开状态和闭合状态，在所述打开状态中，径向的缆线引入口开启，并且在所述能运动的环段的所述闭合状态中，产生环形闭合的布置结构，在该布置结构中所述环形芯包围所述缆线，将轴向相对于电流测量转换器延伸的所述缆线径向引入到所述探测环的内部区域中使所述能运动的环段自动地从一个状态转入到另一个状态中，并且在所述闭合状态中，能够实现对引入到所述内部区域中的缆线进行电流测量。

根据本发明，用于测量流过电缆的电流的电流测量转换器设有探测环。所述探测环在内部具有环形芯，借助于所述环形芯能够实现围绕有电流流过的电缆存在的磁场的聚束。通过在环形芯中将磁场聚束，实现了磁通密度的提高，这显著提高了测量精度。

电缆可以有利地径向从一侧被引入到探测环中。为了能够实现探测环的打开，除了基本环段以外，所述探测环还具有可运动的环段，其中，所述可运动的环段限定打开状态和闭合状态。

探测环尤其是环形地构成为在探测环的内部具有轴向开口的。在可运动的环段的打开状态中，径向的缆线引入口开启，从而电缆能够径向引入到电流测量转换器的内部区域中。尤其是，将缆线按压到探测环的可运动的环段上使可运动的环段自动地从闭合状态转入到打开状态中，例如经由简单的枢转开而转入到打开状态中。但是，将电缆引入到探测环的内部区域中也可以使可运动的环段从打开状态转入到闭合状态中，当例如可运动的环段在缆线引入之前就已被打开时，可运动的环段保持在打开状态中并且将缆线引入到探测环的内部区域中来触发闭合操作，所述闭合操作例如借助于复位弹簧引起。

也按照本发明的是，在引入时从闭合状态转入到打开状态中，并且在缆线被引入之后自动地转入到闭合状态中。这例如如下实现，即对可运动的环段加压使复位力施加到可运动的环段上，并且只要缆线经过可运动的环段，那么可运动的环段自动地复位到闭合状态中。

如果在闭合状态中电缆位于探测环的内部区域中，那么能够实现对缆线的电流测量。此外，可运动的环段的闭合状态产生围绕电缆的环形闭合的布置结构，在该布置结构中，环形芯包围缆线，并且围绕电缆的磁通量是封闭的。

根据本发明的电流测量转换器此外包括传感器，所述传感器构造为用于检测通过探测环聚束的并因此均匀地增强的磁通密度，例如借助于霍尔传感器或磁致电阻传感器来检测。因此，探测环和传感器共同构成测量单元。有利的是，传感器直接设置在环形芯上或环形芯中。

此外，在电流测量转换器中包括用于检测借助探测环和传感器获得的电流值的评估装置。所述评估装置构成为用于从借助探测环和传感器探测到的磁通密度来计算流过电缆的电流。

在一种优选的实施形式中，电流测量转换器包括弹簧元件，所述弹簧元件在闭合状态中将可运动的环段弹性预紧到基本环段上并因此使可运动的环段保持在闭合状态中。借助于加载径向的压力到可运动的环段上，可运动的环段克服弹簧预紧而打开，当缆线完全地径向引入到探测环的内部区域中并且在探测环中的分离部位闭合时，则所述可运动的环段自动闭合。

分离部位也中断设置在探测环中的环形芯，其中，所述环形芯在环形芯的两个通过分离部位分开的部分段上具有朝向相应的另一部分段的端侧，当探测环并因此环形芯在闭合状态中时，所述端侧面式地贴靠在彼此上。

可运动的环段借助于弹簧元件的预紧辅助可运动的环段紧密地贴靠在基本环段上，从而能够避免磁场间隙。

在另一种实施形式中，电流测量转换器具有设置在其内部区域中的操作段。在可运动的环段的打开状态中，可运动的环段开启缆线引入口，并且当缆线完全径向地引入到探测环的内部区域中时，借助于加载径向压力到操作段上，可运动的环段自动闭合。

因此在此，电流测量转换器既在打开状态中也在闭合状态中构成为自保持的。换句话说，电流测量转换器具有双稳态状态，该电流测量转换器使得能够既在打开状态中也在闭合状态中实现可运动的环段的保持。这例如可以借助双稳态的弹簧元件实现。

探测环可以包括铰链，所述铰链设置在基本环段和可运动的环段之间，使得可运动的环段借助于铰链横向于缆线轴线可枢转地支承。

尤其是铰链构成为，使得可运动的环段借助于铰链横向于缆线轴线向内可枢转地支承。该结构形式能够实现在将电缆按压到可运动的环段上时自动地开启缆线引入口。

可运动的环段也可以沿着探测环周边可移动地构成，其中，施加径向压力到可运动的环段上将可运动的环段移动到打开位置中。借助于构成为可移动的探测环，必要时能够产生可运动的环段对基本环段的较高的按压力，因为为此要使用的弹簧元件能够产生相对于探测环沿切向方向的力、尤其是复位力。

在一种特别优选的实施形式中，探测环具有两个构成为彼此对称的、可运动的环段，其中，可运动的环段在打开状态中开启在可运动的环段之间的、径向的缆线引入口。该结构形式也能够实现缆线的自动取出。如果应用铰链，那么该铰链尤其构造成为沿两个方向可翻转(klappbar)的。除了借助包括两个可运动的环段的探测环来较容易地开启径向的缆线引入口，在该结构形式中也能够实现直径较大的电缆的引入。因此最终，电流测量转换器的几乎整个内部区域能够被缆线填满，并且因此在必要时可以减小电流测量转换器的结构尺寸。

尤其是在两个构成为彼此对称的可运动的环段时，也能够实现将缆线从电流测量转换器的内部区域中自动取出。如果可运动的环段具有铰链，那么所述铰链为此尤其构造成能沿两个方向翻转的。

尤其是这样的电流测量转换器具有两个弹簧元件，这两个弹簧元件在闭合状态中将可运动的环段相互弹性预紧，从而借助于将径向压力加载到可运动的环段上而开启缆线引入口。当缆线完全径向地引入到电流测量转换器的内部区域中时，自动占据闭合状态。换句话说，只要缆线经过可运动的环段并且所述可运动的环段不再通过缆线克服弹簧预紧力被加压或被拦住，则在此可运动的环段自动咬合。

弹簧可以是通常的螺旋弹簧。弹簧优选是直接集成到铰链中的环形弹簧。

电流测量转换器优选包括介电的壳体。所述壳体可以包括用于容纳评估装置和传感器的壳体基段以及用于环形芯的外壳，所述环形芯属于探测环。换句话说，探测环优选包括外壳和设置在外壳中的环形芯。外壳和壳体基段可以共同一件式地成形，例如浇注而成。

介电的壳体可以配备有用于将壳体固定在外部物体上的机构。在此，传感器在探测环中或探测环上的布置结构以经济的或测量物理学的观点来选择。

传感器尤其是实现为霍尔传感器，该霍尔传感器在环形芯的分离部位处被引入到环形芯中，从而测量穿流过的霍尔传感器磁通量。在这种情况下，环形芯起到霍尔探头的作用。

环形芯由敏感的材料构成。这样的材料适合于将围绕缆线的场引导并且必要时将其聚束。借助传感器和环形芯的测量相比于在不具有这样的环形芯的情况下的测量能够实现更精确的结果。

在另一实施形式中，传感器构成为磁致电阻传感器，所述磁致电阻传感器直接设置在环形芯上并且与评估装置连接。

附图说明

下面借助于实施例并且参考附图更详细阐述本发明，其中，相同的和类似的元件部分地设有相同的附图标记，并且不同的实施例的特征可以相互组合。附图中示出：

图1根据本发明的具有铰链的电流测量转换器的一种实施形式；

图2具有两个可运动的环段的电流测量转换器的另一实施形式；

图2a将缆线引入到如图2的实施形式中的引入过程；

图2b将缆线引入到如图2的实施形式中的引入过程；

图2c将缆线引入到如图2的实施形式中的引入过程，其中缆线完全引入到内部区域中；

图2d将缆线从如图2的实施形式中的取出过程；

图2e将缆线从如图2的实施形式中的取出过程，其中缆线完全被取出；

图3本发明的具有可移动的片状环的一种实施形式；

图4所述片的细节视图；

图5具有操作段的电流测量转换器的另一实施形式；

图6电流测量转换器的一种具有直接设置在壳体基段上的铰链的实施形式。

具体实施方式

图1示出感应的电流测量转换器的第一实施形式。基本环段2的一部分以及评估装置14嵌入到壳体基段22中。探测环18的剩余部分被外壳24包围，从而整个环形芯16被围住。壳体基段22和外壳24共同构成壳体20。

传感器12安装在壳体基段2上并且典型地设置在壳体基段22中。具有弹簧元件10的铰链8设置在基本环段2上，所述弹簧元件在此为扭转弹簧或螺旋弹簧10。借助于铰链8能够使可运动的环段4运动，其中，螺旋弹簧10将复位力施加到可运动的环段4上。从外部径向地压入到可运动的环段4上使可运动的环段4从闭合位置运动到打开位置中。出于简单性起见，施加径向的按压力到可运动的环段4上可以借助待引入的缆线30本身发生。如果缆线30完全引入到电流测量转换器的内部区域中，尤其是引入到探测环18的内部区域中，那么可运动的环段4自动闭合，其中，可运动的环段4借助于螺旋弹簧10自动咬合，即向回转入闭合状态中。

如果将缆线30置入电流测量转换器中并且电流流过所述缆线30，那么在电缆30的紧邻的周围形成磁场。包括环形芯16的探测环18能够在适宜地选择探测环18的几何形状的情况下将磁力线聚束。由此提高电流测量转换器的灵敏度。电流测量即使在电导体较小和/或流过的电流较低的情况下也能够实现。

在此，可运动的环段4能够实现简单地引入和引出电缆30。

图2示出本发明的一种优选的实施形式。在此，两个可运动的环段4借助于铰链8可径向转动或枢转地安装在基本环段2上。可运动的环段4的复位如在图1中一样经由设置在铰链8中的螺旋弹簧10实现。使用两个可运动的环段4简化了电缆30的引入和引出，并且能够实现较大的缆线直径的应用。替选地，这可以缩小整个电流测量转换器的结构尺寸。如在图1中，传感器12以及评估装置14设置在壳体20中，并且在那里典型地设置在壳体基段22中。基本环段2固定在壳体基段22上或该壳体基段中。

图2a至2e阐明将缆线30引入到根据图2中所示出的实施形式的电流测量转换器的内部区域中的原理。

图2a示出电流测量转换器连同从外部靠放的缆线30。在图2a中来自上方的径向压力能够使可运动的环段4向内枢转开，其中，分离部位6的借助于可运动的环段4的倾斜的端侧的特殊设计阻止了两个可运动的环段4相互卡住。

图2b示出将缆线30逐渐引入到电流测量转换器的内部区域中，其中，可运动的环段4避开可以借助于缆线30施加的径向按压力并且进一步枢转到电流测量转换器的内部区域中。由此，缆线引入口进一步开启，其中，各弹簧元件10朝闭合状态的方向将复位力形成到可运动的环形元件4上。

图2c示出完全引入到电流测量转换器的内部区域中的缆线30，其中，可运动的环段4已经向回枢转到闭合状态中。换句话说，缆线引入口咬合，其方式为：弹簧元件10的复位力将可运动的环段4向回转入闭合状态中。

图2d示出缆线30从电流测量转换器的取出过程。缆线30从电流测量转换器的内部区域的方向径向按压到可运动的环段4上能够使可运动的环段4分开，其中，弹簧元件10再次施加复位力到可运动的环段4上。换句话说，缆线30从内部区域克服弹簧元件10的复位力按压到可运动的环段4上并因此开启缆线引入口。

图2e示出完全从电流测量转换器取出的缆线30。可运动的环段再次借助于弹簧元件10的复位力自动咬合到闭合状态中。

此外，图2e示出用于传感器12的替选的安装位置。尤其是当传感器12是霍尔传感器12时，所述霍尔传感器在分离部位处设置在环形芯16中，因此，穿过环形芯16的磁通量也穿过霍尔传感器12。

图3示出本发明的另一实施形式。在此，探测环18具有两个可运动的环段4，这两个可运动的环段可以与探测环圆周相切地移动。环形芯16具有相互啮合的片11，以便因此尽管在探测环18的可移动的构造形式的情况下仍保持穿过环形芯16的磁通量。将径向按压力施加到可运动的环段4上使可运动的环段4类似于对之前的附图的说明从闭合状态转入打开状态，其方式为：相互啮合的片11被推到一起并因此开启缆线引入口。只要缆线完全被引入电流测量转换器的内部区域中，那么至闭合状态中的复位借助于弹簧元件10自动地发生，这些弹簧元件设置在相互接合的片11之间或者在相互接合的片上。本发明的该实施形式是有利的，即没有安装突出到电流测量转换器的要打开的区域或外部区域中的部件。然而借助于滑动开启机制，没有干扰磁通量的外来材料安装到探测环18中，由此能够进一步提高电流测量转换器的灵敏度。因此相互啮合的片11可以被视作环形芯的部件。

图4示出在图3中所使用的相互啮合的片的细节视图。相应左部的视图示出可运动的环段的闭合的布置结构，相应右部的视图示出打开位置。在此，相互接合的片被压到一起，由此开启环段。

图5示出具有可运动的环段4和操作段26的电流测量转换器。可运动的环段4首先被打开并且被锁定在打开位置中，其中，复位力借助于设置在铰链8中的螺旋弹簧10作用到可运动的环段上。在将电缆置入电流测量转换器的内部区域中时，操作段26通过缆线借助于按压来操作。在操作段26和铰链8之间的有效连接28、例如活节或其它柔性(flexible)连接打开可运动的环段4的锁定并且将可运动的环段4自动转入到闭合状态中。如果本发明的这个实施形式已经在打开状态中被提供，那么能够实现将电缆特别简单地引入到电流测量转换器的内部区域中。为了完全且自动闭合所述可运动的环段，仅需利用电缆借助按压力对操作段26加载。必要时在闭合电流测量转换器时，可运动的环段4锁定在探测环18的基本环段2上，从而打开对于没有打开资格的使用者来说是困难的。所述锁定部可以设置在分离部位6上。

对所有实施形式相同的是，在闭合状态中产生尽可能圆形闭合的布置结构。这样的设置由于围绕电缆的磁场而特别适合于敏感地测量流过电缆的电流。

设置在探测环中的圆形环形芯16将所述磁场聚束并且这样增强该磁场的可测量性。借助于传感器12测量在环形芯中的场强。借助于评估装置14将在传感器12上获得的值变换为可读取的量。这可以是数值，但是也可以是模拟的电压量。在电流测量转换器中的直接评估也是可能的，所获得的值的变换例如能够经由无线的通信连接实现。

具有可运动的环段的布置结构也能够以特别简单的方式实现将电流测量转换器事后安装到已经安装好的电导线上。

传感器12尤其是用于测量在探测环的环形芯中的磁场的霍尔传感器。为了将霍尔传感器12设置在探测环18中，环形芯16中的间隙处在环形芯16中在壳体基段22的区域中，霍尔传感器12插入到所述间隙中。

传感器12尤其也是磁致电阻传感器，所述磁致电阻传感器设置在探测环中。磁致电阻传感器12在环形芯16中优选在壳体基段22的区域中直接设置在环形芯16上。传感器12、尤其是霍尔传感器12或磁致电阻传感器12与评估装置14直接连接。即使在使用磁致电阻传感器12的情况下，在探测环18中使用环形芯16也是有利的，因为该测量方法也考虑用于围绕电缆的磁场以用于测量。

最后，图6示出本发明的一种实施形式，在该实施形式中铰链8设置在壳体基段22上或所述壳体基段中。将铰链8安装在探测环18的外部能够使环形芯16被保护以防止干扰磁场的其它材料，所述材料对于安装铰链8而言可能需要。据此，在图6中示出的实施形式的铰链8设置在探测环18的外部，至少并且在每种情况下设置在环形芯16的外部。在此，用于产生到可运动的环形元件4上的复位力的弹簧元件10安装在壳体20上，尤其安装在壳体基段22上。在此，将电缆30引入到电流测量转换器的内部区域中也使可运动的环段4从闭合状态转入到打开状态中。如果电缆30完全穿过了可运动的环段4并因此引入到电流测量转换器的探测环18的内部区域中，则可运动的环段4借助于弹簧元件10自动地向回转入到闭合状态中，其咬合。

对于本领域技术人员显而易见的是，前述实施形式要示例性地理解，并且本发明不局限于所述实施形式，而是可以以多种多样的方式变化，而不会脱离本发明。此外显而易见的是，与所述特征是否在说明书、权利要求、附图中或以其它形式公开无关，即使所述特征结合其它特征被共同说明，所述特征也单独限定了本发明的重要的组成部分。

附图标记列表

2基本环段

4可运动的环段

6环段的分离部位

8铰链

10弹簧元件

11片元件

12传感器

14评估装置

16环形芯

18探测环

20壳体

22壳体基段

24环形芯的外壳

26操作段

28有效连接

30缆线

Claims (10)

1.一种用于测量流过电缆的电流的电流测量转换器，具有探测环(18)、磁致电阻传感器(12)和用于计算借助所述磁致电阻传感器(12)获得的测量值的评估装置(14)，其中，所述探测环包括环形芯(16)，所述探测环被分为基本环段(2)和至少一个能运动的环段(4)，所述能运动的环段限定打开状态和闭合状态，在所述打开状态中，径向的缆线引入口开启，并且在所述能运动的环段(4)的所述闭合状态中，产生环形闭合的布置结构，在该布置结构中所述环形芯(16)包围所述缆线，其中，将轴向相对于电流测量转换器延伸的所述缆线径向引入到所述探测环(18)的内部区域中使所述能运动的环段(4)自动地从一个状态转入到另一个状态中，并且在所述闭合状态中，能够实现对引入到所述内部区域中的缆线进行电流测量。

2.按照权利要求1所述的电流测量转换器，其特征在于，所述电流测量转换器包括弹簧元件(10)，所述弹簧元件在所述闭合状态中将所述能运动的环段(4)弹性预紧到所述基本环段(2)上，其中，当所述缆线完全径向地引入到所述内部区域中时，借助于将径向压力加载到所述能运动的环段(4)上，所述能运动的环段(4)克服弹簧预紧而被打开并且自动闭合。

3.按照权利要求1所述的电流测量转换器，其特征在于，该电流测量转换器具有设置在所述电流测量转换器的所述内部区域中的操作段(26)，所述电流测量转换器既在打开状态中也在闭合状态中构成为自保持的，其中，所述能运动的环段(4)在打开状态中开启缆线引入口，并且只要所述缆线被完全径向地引入到所述内部区域中并且所述操作段(26)被操作，则所述能运动的环段借助于将径向压力加载到所述操作段上在克服自保持力的情况下自动闭合。

4.按照权利要求1至3之一所述的电流测量转换器，其特征在于，所述探测环(18)包括铰链(8)，所述铰链设置在所述基本环段(2)和所述能运动的环段(4)之间，使得所述能运动的环段(4)借助于所述铰链(8)横向于缆线轴线能枢转地支承。

5.按照权利要求4所述的电流测量转换器，其特征在于，所述铰链(8)构成为，使得所述能运动的环段(4)借助于所述铰链(8)横向于缆线轴线向内能枢转地支承。

6.按照权利要求1至3之一所述的电流测量转换器，其特征在于，所述能运动的环段(4)沿着探测环圆周构成为能移动的，并且将径向压力加载到所述能运动的环段(4)上使所述能运动的环段移动到打开位置中。

7.按照权利要求1至3之一所述的电流测量转换器，其特征在于，所述探测环(18)包括两个构成为彼此对称的、能运动的环段(4)，所述能运动的环段(4)在所述打开状态中开启在所述能运动的环段之间的、径向的缆线引入口。

8.按照权利要求7所述的电流测量转换器，其特征在于，所述电流测量转换器包括两个弹簧元件(10)，所述弹簧元件在所述闭合状态中将所述能运动的环段(4)相互弹性预紧，从而借助于将径向压力加载到所述能运动的环段(4)上而开启所述缆线引入口，并且，当所述缆线完全径向地引入到所述内部区域中时，所述能运动的环段借助于所述弹簧而被转入到所述闭合状态中。

9.按照权利要求1至3之一所述的电流测量转换器，其特征在于，该电流测量转换器此外包括用于容纳所述评估装置(14)、所述磁致电阻传感器(12)和所述环形芯(16)的介电的壳体(20)。

10.按照权利要求9所述的电流测量转换器，其特征在于，该电流测量转换器具有用于固定所述壳体(20)的机构。