用于电流测量的设备.pdf

本发明涉及一种用于基于磁场测量电流的设备。通过至少一个磁场敏感传感器元件(10)来测量有角度的特别是U形的导体元件(2)中的电流，其中所述导体元件(2)包括至少一个对电流测量有用的导体区段(4，30)以及至少一个寄生于电流测量的导体区段(5，32)。所述传感器元件(10)在所述对电流测量有用的导体区段(4，30)的区域中被以下述方式设定朝向：特别地相对于所述寄生于电流测量的导体区段(5，32)扭转、相对于所述寄生于电流测量的导体区段(5，32)倾斜和/或相对于所述寄生于电流测量的导体区段(5，32)竖直偏移，使得所述对电流测量有用的导体区段(4，30)的磁场被大体上沿着敏感方向(70)设定朝向，并且所述寄生于电流测量的导体区段(5，32)的磁场被大体上不沿着所述敏感方向(70)设定朝向——而是特别地与所述敏感方向(70)成直角。

1.  一种在有角度的特别是U形的导体元件(2)中通过至少一 个磁场敏感传感器元件(10)来基于磁场测量电流的设备，所述导体 元件(2)包括至少一个对电流测量有用的导体区段(4，30)以及至 少一个寄生于电流测量的导体区段(5，32)，其特征在于，所述传 感器元件(10)具有至少一个敏感方向(70)，在该敏感方向上磁场 分量导致传感器数值发生主要变化，其中所述传感器元件(10)在所 述对电流测量有用的导体区段(4，30)中以以下方式定向：特别地 ，相对于所述寄生于电流测量的导体区段(4，32)扭转、相对于所 述寄生于电流测量的导体区段(4，32)倾斜以及/或者相对于所述寄 生于电流测量的导体区段(5，32)竖直偏移，以使得所述对电流测 量有用的导体区段(4，20)的磁场被大体上沿着所述敏感方向(70 )设定朝向，并且所述寄生于电流测量的导体区段(5，32)的磁场 被大体上不沿着所述敏感方向(70)设定朝向——而是特别地与所述 敏感方向(70)成直角。

2.  根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述至少一个 传感器元件(10)的朝向被设置成相对于分配给所述传感器元件(10 )的所述导体元件(2)倾斜。

3.  根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述倾斜角度 (15)被选定为使得沿着所述传感器元件(10)的敏感方向(70)并 且由在所述U形导体区段(2)的两个腿部(4)之间的连接桥(5) 中的电流所生成的磁场的寄生分量在所述传感器元件(10)的位置处 被最小化；或者，所述倾斜角度(15)被选定为使得由通过在所述U 形导体元件(2)的两个腿部(4)之间的连接桥(5)中的电流所生 成的磁场与通过流经连接线(3)流到所述U形导体元件(2)的电 流所生成的磁场的叠加所生成的这样的合成磁场沿着所述传感器元 件(10)的敏感方向(70)的寄生分量在所述传感器元件(10)的位 置处被最小化。

4.  根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述 传感器元件(10)是梯度传感器或者测量绝对磁场的传感器，其中所 述传感器元件(10)优选地是磁阻传感器。

5.  根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，有角 度的优选为U形的所述导体元件(2)是通过导体(12)的平直区段 中的槽缝(13)来形成的，其中特别地所述U形导体元件的两个腿 部彼此平行对齐。

6.  根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，设置 有至少一个紧固装置(8)，所述至少一个紧固装置(8)容纳所述至 少一个传感器元件(10)并且被固定在相对于相关的U形导体元件 (2)倾斜的位置。

7.  根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述紧固装置 (8)啮合到导体(12)的直的区段或U形导体元件(2)当中或之 上。

8.  根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述紧固装置 (8)包括至少一个导电轨道(17)，所述至少一个导电轨道(17) 与至少一个传感器元件(10)电接触。

9.  根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述紧固装置 (8)是使用MID技术(模制互连装置)设计的。

10.  根据权利要求6所述的设备，其特征在于，分配给所述至 少一个传感器元件(10)的电子部件(9)被布置在所述紧固装置(8 )上。

11.  根据权利要求6所述的设备，其特征在于，至少围绕具有 所述至少一个传感器元件(10)的所述紧固装置(8)设置保护套( 14)，其中所述护套(14)优选地包封所述U形导体元件(2)的多 个部分。

12.  根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，传感 器元件(10)与寄生于电流测量的导体区段(4，30)相对于彼此的 三维空间布置被设置成使得所述传感器元件(10)的位置处的所述敏 感方向(70)与由所述寄生于电流测量的导体区段(4，30)的电流 分布所生成的寄生磁场的封闭磁力线的切线成直角对准。

13.  根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述导体元 件(2)是经冲压并弯曲的金属部件(50)，其中磁场中性朝向平面 (40)以及通过所述寄生于电流测量的导体区段(5，32)的电流密 度分布的重心在所述传感器元件(10)的位置处大体上位于相同的竖 直高度z上，其中所述磁场中性朝向平面(40)的法线与所述敏感方 向(70)成直角。

14.  根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述传感器 元件(10)被布置在对电流测量有用的弯曲导体区段(4，30，52) 上，从而磁场中性朝向平面(40)以及通过所述寄生于电流测量的导 体区段(5，32)的电流密度分布的重心在所述传感器元件(10)的 位置处大体上位于相同的竖直高度z上，其中所述磁场中性朝向平 面(40)的法线与所述敏感方向(70)成直角。

15.  根据权利要求12到14中任一项所述的设备，其特征在于 ，对电流测量有用的和寄生于电流测量的导体区段(4，5，30，32， 52)被布置在PCB设备(60)之上或当中，特别地在多层PCB(印 制电路版)(64)中被布置在竖直偏移的层(56)上。

用于电流测量的设备
技术领域
本发明涉及一种通过检测环绕带电导体的磁场来间接测量导体 中的电流的设备。
背景技术
这种类型的设备在现有技术中是已知的。例如，DE4300605描 述了一种设备，其中在梯度仪设备中配备了传感器芯片并将该芯片安 装在U形导体元件上。其利用了所述梯度仪设备对传感器元件所在 位置处的均匀干扰场在很大程度上不敏感的事实。为了使流过U形 导体的腿部之间的连接桥的电流或者馈送至该U形导体的电流在传 感器所处位置处产生尽可能小的非均匀干扰场，通常将U形导体的 腿部的长度选择得相对于传感器芯片上的对磁场敏感的元件的大小 而言比较大。
此外，在这种类型的设备中，特别是对利用各向异性磁阻效应 (AMR效应)的这样的传感器来说，辅助磁体被设置为靠近磁场敏 感层，并且负责传感器芯片上的磁场敏感层的稳定化或基本磁化。 随着这种类型的传感器设备越来越小型化，干扰场分量(例如由U 形导体的腿部之间的连接桥中的电流产生的干扰场分量)可能得到大 幅度的提升，从而导致磁场敏感层的磁化程度的改变或“颠覆”。 这会导致在电流测量时出现严重误差，因此必须予以避免。
基于上述现有技术，本发明的目的是减少已知设备和方法的缺 点。
上述缺点是由根据权利要求1所述的设备克服的。从属权利要 求的主题进一步反映了本发明的有利实施方式。
发明内容
在第一方面，本发明提出了一种在有角度的尤其是U形的导体 元件中通过至少一个磁场敏感传感器元件来基于磁场测量电流的设 备，所述导体元件包括至少一个对电流测量有用的导体区段以及至少 一个寄生于电流测量的导体区段。所述传感器元件被布置在所述对电 流测量有用的导体区段的区域中，以使得：所述对电流测量有用的导 体区段的磁场使传感器数值产生主要变化——尤其是电阻方面的主 要变化；并且，由于所述传感器元件相对于所述寄生于电流测量的导 体区段的空间朝向和/或由于另外的带电元件的磁场补偿效应，所述 寄生于电流测量的导体区段的磁场使所述传感器数值产生较小变化 甚至大体上没有变化。因此，本发明涉及一种基于磁场测量的电流测 量设备，其中传感器元件在电流导体的导体区段处在空间上被布置为 使得由不对应于要测量的导体区段的那些导体区段导致的寄生磁场 不穿过所述传感器元件，或者沿着不使传感器数值产生任何变化的方 向穿过所述传感器元件。所述设备是通过下述方式实现的：通过使所 述传感器元件的敏感方向相对于所述寄生于电流测量的导体区段(供 电导体区段)的电流传导方向倾斜，通过使对磁场敏感的传感器结构 的层的竖直高度相对于穿过所述寄生导体区段的集中线电流转向及/ 或偏移。所述角度倾斜、相对于电流流动方向转向、竖直偏移和磁场 补偿的措施可以单独应用或者组合应用。通过这些措施确保了寄生磁 场分量首先消极地影响传感器结构的电阻元件的内部磁化状态，其次 不对传感器数值变化/电阻数值变化施加影响，以便实现所述传感器 数值的线性和可分配的表现。
根据本发明，所述传感器元件具有至少一个敏感方向，在该方向 上磁场分量导致传感器数值发生主要变化，其中所述传感器元件在所 述对电流测量有用的导体区段的区域中以下述方式设定朝向：特别地 相对于所述寄生于电流测量的导体区段转动、倾斜和/或垂直移动， 使得所述对电流测量有用的导体区段的磁场大体上沿着所述敏感方 向设定朝向，并且所述寄生于电流测量的导体区段的磁场大体上不沿 着所述敏感方向设定朝向——尤其是与所述敏感方向成直角。因此考 虑使用磁阻传感器元件，所述磁阻传感器元件具有至少一个磁场敏感 朝向平面，敏感方向与所述至少一个磁场敏感朝向平面相垂直，当被 磁通量沿着敏感方向穿过时所述至少一个磁场敏感朝向平面导致传 感器数值的变化——通常是所述传感器元件的电阻的变化。所述传感 器元件的至少另一个磁场中性朝向平面对磁场的变化不敏感，所述至 少另一个磁场中性朝向平面的法线通常与所述敏感方向成直角地设 定朝向。垂直穿过所述磁场中性朝向平面的磁场不改变传感器数值 ——尤其是不改变所述传感器元件的电阻值。
本发明提出了所述敏感方向被以下述方式设定朝向：通过所述传 感器元件相对于所述寄生于电流测量的导体区段的空间位置，使得所 有寄生磁场的叠加都被精确地设置成朝向不沿着所述敏感方向—— 即它们垂直穿过磁场中性朝向平面并因此只能导致传感器数值的很 小变化或者不导致传感器数值的变化。因此，只有由所述对电流测量 有用的导体区段——尤其是由U形导体元件的两个腿部中的一个或 两个腿部产生的磁场才导致传感器数值的变化。
在一种有利的实施方式中，所述至少一个磁场敏感传感器元件相 对于分配给所述传感器元件的导体元件倾斜布置。这利用了下述事 实：所述传感器元件的磁场敏感结构仅在一个或两个空间方向上对磁 场敏感——即垂直于这些优选的磁场方向的磁场不会被所述磁场敏 感结构检测到。
磁阻传感器元件被有利地用作磁场敏感传感器元件，这些元件例 如根据AMR(各向异性磁阻)效应、GMR(巨磁阻)效应或者TMR (穿隧磁阻)效应工作。同样地可以使用利用霍尔效应的传感器元件。 作为规则，AMR、TMR和GMR传感器具有位于所述传感器结构的 平面中的敏感方向；作为芯片平面中的规则，在大多数情形中，该敏 感方向与穿过所述传感器结构的电流方向成直角，并且与所述传感器 结构的布置平面的法线成直角。在大多数情形中，基于霍尔效应的传 感器具有垂直于所述传感器结构的布置平面的敏感方向。
所述至少一个传感器元件可以有利地相对于U形导体元件以下 述方式倾斜：使由所述U形导体元件的两个腿部之间的连接桥中的 电流生成的磁场的影响最小化。这有利地通过下述方式实现：所述至 少一个传感器元件被放置成使得由所述U形导体区段的两个腿部之 间的连接桥中的电流生成的并且沿着所述传感器元件的敏感方向的 磁场分量在所述传感器元件所在位置处最小化。例如，根据现有技术 使用薄膜技术制造的AMR传感器元件对垂直地影响所述传感器平面 的磁场分量不敏感。在这种类型的一个示例性实施方式中，倾斜角度 被选择为使得干扰磁场将垂直地影响至少一个AMR传感器元件。如 果所述传感器元件相对于所述U形导体元件的位置或距离被改变， 那么也必须对最适宜的倾斜角度进行调节以使得干扰磁场在所述传 感器元件的敏感方向上仍然没有任何分量。因为所述传感器元件的距 离还改变所述设备的最终测量敏感性，所以可以基于对敏感性的需 求、任何必须的绝缘空间以及所述设备的最终尺寸来对位置以及最佳 倾斜角度进行优化。倾斜角α的量值有利地在0＜|α|＜120°的范围 内。倾斜角的进一步扩大将导致最终尺寸扩大而超出所述导体元件的 范围，这恰恰是在很多应用中必须予以避免的。
除了由所述U形导体元件的两个腿部之间的连接桥中的电流生 成的磁场，由经过连接线流到U形导体元件的电流生成的磁场也可 以消极地影响测量准确性。因此，在另一个示例性实施方式中，尤其 有利地可将所述倾斜角度选择为使得所述连接桥与所述连接线的磁 场在所述传感器元件所在位置处的叠加在所述传感器元件的敏感方 向上仅生成最小限度的分量。
在另一个有利的示例性实施方式中，所述至少一个传感器元件可 以是梯度传感器，使得所述设备对外部的、均匀的干扰磁场非常不敏 感。然而，还可以设置多个传感器元件，每个测量绝对磁场，其中额 外的评估电子装置以适当方式对这些传感器元件的输出信号进行组 合。通过布置大量的测量绝对场的传感器元件，尤其能够实现对干涉 效应的最佳抑制。在此，不同传感器元件的最佳倾斜角度可以不同。
所述设备的U形导体元件可以尤其有利地成形为在导体的平直 区段中制造出适当的槽缝。这种类型的具有U形局部结构的直的导 体在尺寸和制造简便性方面具有优势。
为了能够获得紧凑、节省空间的变型以及将具有可被连接在惠斯 通测量电桥中的两个磁场敏感传感器单元——尤其是磁场敏感电阻 的这样的传感器元件布置在公共基板上(尤其是布置在芯片基底或 PCB上)，有利地，U形导体元件的两个腿部将被平行布置并且彼此 相距很短的距离。以此方式，磁场敏感传感器单元可被布置在一个紧 凑部件中，所述紧凑部件的封装(footprint)至少部分覆盖两个腿部。 这种类型的部件可以通过紧固装置——比如啮合或卡扣元件来同时 紧固到两个腿部上。在用于测量磁场的设备的总体大小具有小的尺寸 的情况下，覆盖所述U形导体元件的两个腿部的这种类型的紧凑传 感器元件可以经济地制造并且容易地安装。在另一个有利的实施方式 中，可以设置紧固装置，将所述至少一个传感器元件安装在所述紧固 装置上，并且因此将所述至少一个传感器元件固定在相对于相关导体 元件倾斜、转动和/或竖直偏移的位置。所述紧固装置可被尤其设计 成使得：为了简化组装并且符合允许的容差，所述紧固装置啮合到所 述导体元件之上或所述导体元件当中，或者配备有允许在相关导体元 件上的精确放置的改变的安装或调节辅助件。例如可以设置引导槽或 调节销，以便允许相对于电流传感器元件的精确安装。所述紧固装置 有利地由塑料制成或者包括由塑料构成的元件。这就允许所述紧固装 置能在不使用工具的情况下被附接到所述导体元件并且在有缺陷的 情况下能被再次释放。
此外，所述紧固装置可具有至少一个导电轨道，所述至少一个导 电轨道接触所述至少一个传感器元件。因为所述导电轨道已经包含在 所述紧固装置中，因此免除了对额外布线工作的需求。在此，所述导 电轨道可以以限定方式放置，并且可被布置成使得它们的磁场对磁场 测量不具有任何寄生影响，或者使得它们的寄生磁场相互补偿。供电 线可以因此根据双绞线原理在所述紧固装置中走线。新技术——所谓 的MID技术(MID＝模制互连装置)允许给塑料元件配备额外的导电 轨道从而允许与安装在塑料上的电气部件电接触。在另一个示例性实 施方式中，所述紧固装置因此具有额外的导电轨道，所述至少一个传 感器元件与所述额外的导电轨道接触。在此，所述至少一个传感器元 件可以例如通过搭接(bonding)技术或者通过焊接连接到所述紧固 装置的导电轨道来与之接触。
在另一个有利的实施方式中，所述设备可具有例如提供传感器信 号所必须的额外部件。这些额外部件也可以安装在所述紧固装置上， 其中例如通过MID技术或搭接技术来实现这些部件与所述至少一个 传感器元件之间的电连接。
一种有利的设备还可以包括额外的连接元件，例如插入式连接 器，通过所述额外的连接元件可以实现与所述传感器设备的电接触。 在另一个实施方式中，该插入式连接器可以安装在所述紧固装置上。 可以以类似于上面描述的方式——例如通过搭接或焊接来实现与可 能存在的部件和/或所述至少一个传感器元件的电连接。
然而，还能够设置额外的电路载体，所述额外的电路载体容纳上 述一个或多个部件、实现所述部件之间所需要的任何电连接并且被作 为一个整体安装在所述紧固装置上。一部分部件直接安装在所述紧固 装置上并且设置有安装在所述紧固装置上的额外电路载体的其它实 施方式也是可以构想到的。
为了免受机械干涉——例如免受沾污或潮湿，或者为了避免不容 许的机械应力，在另一有利实施方式中所述传感器设备的元件可以带 有护套。同时封住相关电导体的护套尤为有利。在此，为了实现与所 述整体的接触而可能设置的插入式连接器的接触部可以处于所述护 套的凹部中。
根据一个有利的实施方式，所述传感器元件与所述寄生于电流测 量的导体区段的三维空间布置可以相对于彼此以下述方式布置：所述 传感器元件的磁场中性朝向平面被定向为垂直于由所述寄生于电流 测量的导体区段的电流分布所生成的寄生磁场的封闭磁力线的切线， 所述磁场中性朝向平面的法线被定向成与所述敏感方向成直角。换句 话说，该实施方式提出磁场中性朝向平面(在许多情形中所述传感器 元件的传感器结构被嵌设在该平面当中)被定位在使得寄生磁场以成 直角的方式穿过该平面的这样的高度和朝向角度。以此方式，寄生磁 场不具有位于所述磁场中性朝向平面内——尤其是在敏感方向上的 分量，使得这些寄生磁场既不削弱传感器敏感性(例如通过干涉所述 传感器结构的内部磁化)，也不构成在磁场敏感方向上的分量。
优选地，所述导体元件可以是经冲压而弯曲的金属部件，并且法 线垂直于所述敏感方向的磁场中性朝向平面以及通过所述寄生于电 流测量的导体区段的电流密度分布的重心可以在所述传感器元件的 位置处大体上位于相同的竖直高度z上。备选地或组合地，所述传感 器元件可被布置在对电流测量有用的弯曲导体区段上，而寄生于电流 测量的导体区段和其法线垂直于所述敏感方向的磁场中性朝向平面 在所述传感器元件的位置处大体上位于相同竖直高度z上。上述用于 在连接桥的寄生于电流测量的导体区段与U形导体元件的腿部的对 电流测量有用的导体区段之间形成高度差的变型带来的效果是：磁场 中性朝向平面大约布置在所述寄生于电流测量的导体区段中流动的 集中线电流的高度。供电线电流因此实际上位于与所述磁场中性朝向 平面相同的平面中，使得所述寄生磁场大体上以直角穿过该朝向平面 并且对所述磁场测量不产生任何不利的影响。因此，所述磁场敏感朝 向平面仅被来自所述腿部的所述对电流测量有用的导体区段的磁场 穿过，其在z平面中相对于所述供电线电流的平面和相对于所述传感 器元件的磁场中性朝向平面偏移。
在另一个实施方式中，在PCB结构——尤其是多层PCB(印刷 电路板)的不同层之上或当中构造对电流测量有用的和寄生于电流测 量的这些导体区段的竖直偏移布置。为了该目的，所述传感器元件可 被有利地布置在所述多层PCB的一个层上，优选地布置在与所述寄 生于电流测量的导体区段相同的层上。可将限定所述寄生于电流测量 的导体区段的导体结构——尤其是供电线和放电线以及两个导电腿 部之间的连接桥布置在多层PCB的第一金属化平面上，在此所述传 感器元件也可被布置在该平面上。所述电流测量敏感导体区段——尤 其是U形导体结构的腿部可以被布置在作为另一金属化层的另一个 竖直偏移平面上。这些平面的导体区段可以通过中间件(vias)或贯 穿的接触件来结合。另外的部件、补偿磁体或补偿磁场线圈以及/或 者电子部件可被布置在所述PCB结构上。特别地，评估元件和/或显 示元件和/或连接接口(即插接/耦接元件)可被布置在所述PCB上以 便提供紧凑的部件。所述PCB层的制造可以使用通常的PCB生产方 法来完成，以便可以实现具有高制造精度的经济制造。所述PCB结 构强化了所述电流测量设备，以便所述结构被构造成稳定的部件。
附图说明
通过下面描述的示例性实施方式以及参照附图，本发明进一步的 优点、特征和细节将得以显现。具体地，附图示出了：
图1：根据现有技术的具有U形导体的设备；
图2：根据现有技术的电流流过的U形导体的磁场方向的视图；
图3：电流流过的U形导体的磁力线的视图，所述U形导体具 有较短的腿部长度；
图4：具有一个磁场敏感朝向平面以及两个磁场中性朝向平面的 传感器元件的示意图；
图5：当存在辅助磁场时合成磁场矢量以及磁场线的视图；
图6：具有直的电导体元件的梯度传感器的布置；
图7：与图6对应的剖视图，图中示出了最佳倾斜角度；
图8：根据本发明的示例性实施方式，其中电导体上安装有紧固 装置；
图9：具有对电流测量有用的导体区段相对于那些寄生于电流测 量的导体区段的不同三维布置的传感器设备的实施方式的剖视图；
图10：具有作为经冲压而弯曲的部件的电导体的传感器设备的 实施方式；
图11：具有额外安装的部件的另一个示例性实施方式；
图12：具有护套的电导体的另一个示例性实施方式；
图13：具有多个传感器元件的传感器设备的示例性实施方式；
图14：具有多个以角度α倾斜的传感器元件的传感器设备的示 例性实施方式。
具体实施方式
相同的附图标记用于在附图中标识相同或类似类型的部件。示出 的附图不是按比例绘制的并且仅用于示意性地和从原理上表示多种 传感器设备。
图1示出了一种根据现有技术的用于测量电流的设备。设备1包 括处于x-y平面的电导体2以及布置在平行于所述电导体2的平面中 的传感器元件10，所述电导体2具有连接线3、腿部4和连接桥5。 此处传感器元件10具有定位成彼此相距一段距离的两个传感器结构 11，使得能够测量由U形导体2中的电流生成的梯度磁场。为了使 传感器结构11稳定，所述设备具有两个永磁体6，这两个永磁体6 在传感器结构11的区域中生成辅助磁场22。传感器结构可以例如包 含磁阻电阻器元件，所述磁阻电阻器元件的电阻根据处于x-y平面的 磁场分量而改变。
图2示出了电流20在U形导体元件2中流动并且因此生成与电 导体的表面上示出的箭头21的方向对应的磁场。可以清楚地看到的 是，腿部4的区域中的磁场的方向每个都具有与其相反的方向，以便 能够根据现有技术通过适当的传感器元件10在该区域中实现梯度测 量。
图3示出了直的电导体12，其中通过引入槽缝13来形成U形局 部结构2。对应于图2，图中表示了电流20，该电流20生成了具有 示例性磁力线21、22、23、24的合成磁场。可以清楚地识别的是， 在腿部4的区域中也生成了磁场梯度，其中，由于空间上接近，预计 这些磁场(例如，通过磁场矢量21和23)将施加影响。另外，尤其 是在连接桥5和连接线3的区域中，生成了磁场方向与腿部4的区域 中的磁场22和24成直角的磁场。特别地，来自连接桥5的磁场对表 征性的传感器数值具有寄生效应。
图4示出了具有四个传感器结构11的传感器元件10的示意性立 体图，所述传感器结构11被形成为磁阻AMR电阻带54(各向异性 磁阻电阻带)。所述电阻带优选地可以作为一个或两个局部分支的电 阻器被连接在惠斯通测量电桥中。电阻带54的位置和朝向在基底的 表面上限定了两个磁场中性朝向平面40a和40b，为了清楚起见所述 平面40a和40b被绘制成相对于电阻带54的平面存在位移，但是实 际上所述平面40a和40b位于该平面中。磁场矢量B_y和B_z(它们的 朝向被设定为垂直于这些平面40a、40b，即在法线方向上穿过这些 平面)在至少达到最大磁场强度时对电阻带54的电阻的变化没有明 显影响。因此穿过平面40a的磁场分量不影响传感器数值。穿过平面 40b的磁场分量可以改变、降低或干扰电阻带54的磁场敏感性，因 此应予以避免。磁场矢量分量B_x的表现不同，所述磁场矢量分量B_x垂直于在敏感方向70上的磁场敏感朝向平面42，并且它的大小对电 阻带54的电阻的变化具有明显的影响。以下效果是通过设定容纳传 感器结构11的平面相对于电导体12的三维朝向来实现的：由连接桥 5和带电连接线3以及至传感器元件10的供电线导致的寄生于电流 测量的磁场在传感器结构的位置处垂直穿过磁场中性朝向平面40a、 40b——尤其是朝向平面40a。朝向平面40a覆盖与传感器结构11的 布置平面相同的区域。以此方式可有效地抑制寄生磁场的干扰影响， 使得传感器数值主要或只受到对电流测量有用的导体区段30的磁场 的影响。关于朝向，也可以尝试以下安排：由对电流测量有用的导体 区段30——尤其是由U形电导体元件2的腿部4所生成的磁场优选 地垂直穿过磁场敏感朝向平面42。
图5示出了：当图3中图示的各种磁场在传感器的位置处叠加时， 在传感器结构11的位置处产生合成磁场25、26。可以清楚地看出的 是，在传感器结构11的位置处，磁场25和26具有同样使由永磁体 6生成的辅助磁场弱化的分量。随着电流大小的增加，这可能导致测 量不准确，并且在某些情形中，导致在传感器结构11的位置处的消 磁过程。
图6示出了包括直的电导体12的设备，该直的电导体12包括局 部结构，所述局部结构包括连接线3、腿部4和连接桥5。具有传感 器结构11的传感器元件10被布置在电导体12上方。
图7是沿着图6的线A-A截取的并非按比例绘制的剖视图，其 中示出了由连接桥5中的电流生成的寄生磁力线22。传感器元件10 定位在U形导体元件的腿部4的上方。如果传感器元件10例如因为 绝缘强度的需要而被安装为距电导体12一定距离并且平行于电导体 12的平面，那么磁力线22不垂直穿过传感器元件10。因此在传感器 元件10的平面中具有篡改在该平面中敏感的传感器元件10的测量信 号的磁场分量。由于根据本发明传感器元件10相对于电导体12的平 面以角度α15倾斜，因此可以实现磁力线22垂直地影响传感器元件 10。如果传感器元件10具有对垂直影响的磁场不敏感的传感器结构， 那么由连接桥5和连接线3中的电流导致的磁场不再具有干扰影响。 如果传感器元件10的位置变化(例如沿着闭合磁力线)，那么根据本 发明，倾斜角的增大还与到U形导体元件2的腿部4的距离增加有 关。为了便于说明，图7示出了另一个具有相关最佳倾斜角度β但是 与电导体12的距离增大的位置。传感器元件10沿着磁力线的进一步 转动也是可行的，其中设备1的敏感性根据距离的变化而相应地变 化。可以从图7容易地识别的是，相对于电导体的平面反转的设备 ——即位于电导体10下方并且具有负的倾斜角的传感器元件10将同 样有利。
图8示意性地示出了紧固装置8，所述紧固装置8容纳传感器元 件10并且将它固定在相对于图5和6中图示的导体元件4的倾斜位 置。附加部件9可被安装在紧固装置8上。对于部件的电连接，作为 举例示出了搭接导线16和导电轨道17。紧固装置8以啮合在电导体 12的特定结构上的方式设计。为此目的，设置了例如啮合爪7，在安 装了紧固装置8之后所述啮合爪7局部封裹电导体12。紧固装置8 优选地可包括塑料件。附加的插入式连接件18可被连接到紧固元件 8并且能够使部件9与传感器元件10电接触(未详细示出)。备选地， 部件9和传感器元件10还可以先安装在电路板上，所述电路板随后 被安装在紧固装置8上。图示的紧固元件8的倾斜角α可被进一步优 化。可以想到的是，取而代之或除此以外，在紧固装置8中或者在其 上安装的电路板中设置至少局部磁性各向异性材料，或者在十分接近 传感器元件10处布置具有导磁性张量的磁性各向异性材料，该材料 具有影响在垂直于磁场中性朝向平面40的方向上的寄生磁场的路径 的这样的磁导率张量。因此，例如，由于沿着由磁导率张量材料限定 的弯曲磁力线的寄生磁场被有利地引导得离开敏感方向，所以必要的 机械规范可以得到满足，同时传感器设备的敏感性被进一步提高。
图9示出了传感器设备的多个实施方式的示意剖视图(并非按比 例绘制)，所述传感器设备具有对电流测量有用的导体区段(相对于 寄生于电流测量的区段)的多种三维布置。为了该目的，图9a示意 性地示出了穿过电导体10的U形电导体元件2的剖线A-A(如在图 6中示出的)，并且所述剖线A-A限定了图9b到9d的剖视图。另一 条剖线B-B限定了图9e的视觉平面。
图9b示出了作为经冲压而弯曲的部件50的U形电导体元件2 的第一实施方式，其中作为对电流测量有用的导体区段30的腿部4 沿着y方向布置在下z平面中，而作为寄生于电流测量的导体区段 32的连接桥5和连接线3在上z平面上沿着x方向定向。该图还示 意性地图示了待测量的电流I的电流流动方向20。传感器元件10布 置在腿部4的中心区域中并且包括传感器结构11，所述传感器结构 11例如被设计为也是沿着y方向定向的电阻带54，并且所述传感器 结构11的磁场中性朝向平面被定位在y/z平面中并且被沿着电流I(该 电流I沿着y方向流过腿部4、30)的x方向定向的磁场分量穿过。 作为寄生于电流测量的导体区段32的连接桥5和连接线3的磁矢量 分量由虚线图示。由于对电流测量有用的导体区段30被布置在下z 平面上，并且寄生于电流测量的导体区段32被布置在上z平面上， 其中在上z平面上磁场中性朝向平面40a也位于x/y平面上(见图4)， 所以寄生磁场分量以直角穿过平面40a并且不影响传感器元件10的 传感器数值的变化。对电流测量有用的导体区段30与寄生于电流测 量的导体区段32之间的竖直z位移被选择为使得将通过寄生于电流 测量的导体区段32测量的电流20的电流密度分布的重心(对应于线 电流)在与磁场中性朝向平面40a相同的竖直z平面上，以便确保寄 生磁场分量成直角穿过平面40a。
图9c作为A-A的剖面图示出了与图9b类似的构造，不过U形 电导体元件2被设计成具有大曲率半径的逐渐弯曲的导体区段52， 而不是设计成具有小曲率半径的经冲压而弯曲的部件50。作为弯曲 导体区段52的对电流测量有用的腿部4、30的设计具有这样的优点： 制造容差可被平均掉，或者稍有不同的曲率半径对如上面描述的成直 角穿过磁场中性朝向平面40a仅具有较小影响。因此电导体元件可以 被制造成具有较大的误差容许度，或者可被随后调整。
图9d作为A-A剖面图示出了与图9b相当的构造，但是在该情 形中U形电导体元件2不是经冲压而弯曲的部件50，而是PCB(印 刷电路板)设备60或者是芯片基底设备，其中在下层的平面上或者 在基底层56下方对电流测量有用的导体腿部区段4、30被布置为下 金属化层62b，而寄生于电流测量的连接桥和连接导体区段3、5、32 被作为上金属化层62a布置在上层的平面上或者在基底层56上。导 体区段3、4和5通过中间件58连接到彼此。传感器元件的传感器结 构11被施加到基底表面56，使得寄生磁场分量垂直于基底表面穿过 传感器结构11。
图9e示出了在PCB设备60内沿着Z方向观察的另一个三维U 形电导体元件2。PCB设备60是具有多个层56a到56c的多层PCB 64。 金属化层62a被施加到上层56c的平面，并且形成U形导体元件2 的连接桥5和连接线3，并且表现为寄生于电流测量的导体区段32。 在沿着z方向竖直偏移的层平面56b中，对电流测量有用的导体区段 30被形成为金属化层62b中的腿部4。金属化层62a、62b通过中间 件58(即通过穿过PCB基底层56c的接触件)彼此电连接。包括传 感器结构11(其形式为磁场中性朝向平面40a上的磁场敏感电阻带 54)的传感器元件10被布置在腿部4的区域中的层56c上。磁场中 性朝向平面40a被布置在对应于集中线性电流I 20的朝向和z高度的 高度z处，所述集中线性电流I 20以通过寄生于电流测量的导体区段 32的分布方式流动。如图7中图示的寄生磁场通常构成环绕寄生于 电流测量的导体区段32的同心圆22，因此垂直于平面40a穿过磁场 中性朝向平面40a。传感器结构11具有沿着x方向指向的敏感方向 70，因此位于朝向平面40a内并且与寄生磁场22的朝向成直角。像 图9b到9d中示出的设备那样，该传感器设备以传感器元件10的空 间偏移布置为基础，以便使寄生磁场不沿着敏感方向穿过它，而是特 别地以与传感器元件的敏感方向成直角的方向穿过它。
对应于图9b的剖视图实施方式，图10示出了作为经冲压而弯曲 的部件50的U形电导体元件2，其中对电流测量有用的腿部4、30 相对于寄生于电流测量的腿部和连接导体区段3、5、32沿着z方向 位置后移，以便寄生磁场分量基本上以直角穿过布置在传感器元件 10的传感器结构11上的磁场中性朝向平面40a(见图4)。通过将腿 部4布置成相对于连接线3和连接桥5在z方向上偏移，能够确保寄 生磁场分量仅穿过磁场中性朝向平面40a，但待检测的对电流测量有 用的磁场分量穿过传感器元件10的磁场敏感朝向平面42。
图11示出了从上方观察的具有直的电导体12的另一个有利的示 例性实施方式，其中紧固装置8被示出为具有包括传感器元件10和 部件9的关联部件，并且被护套14保护以使其免收外部的机械影响。
图12示出了其中紧固装置8(不再可见)被护套14保护的另一 个有利的示例性实施方式，其中护套14与直的电导体12同时形成一 个整体。与至少一个传感器元件10以及与任何可能存在的部件9的 接触是通过插入式连接器18的图示接触件来建立的，所述插入式连 接器18也可被护套14所包封。
如图13所示，还能够用多个传感器元件10代替单个传感器元件 10布置在U形导体元件2的区域中，根据本发明，于是将所述多个 传感器元件10设置成相对于分配给传感器元件10的导体元件17倾 斜。这种类型的一个实施方式还在图14中给出，其中倾斜角α15是 根据图7中图示的构造来选定的。为了以限定的方式调节倾斜角15， 紧固装置8可被设计成以能够提供期望的角度朝向的方式来紧固到 导体12上或腿部4上。
传感器元件10相对于导体元件3、4和5的最佳定位可一方面仅 根据实验或实证试验来确定，或者另一方面通过给定的导体结构12 的静态磁场或者瞬态磁场分布的数字场模拟来确定。可以确定通过给 定的电导体构造12的特定电流的磁场分布的这样的数字模拟方法— —尤其是基于有限元或有限差分的那些方法适用于该目的。基于寄生 磁场分量(其可以例如通过仅在寄生于电流测量的导体区段32中插 入电流来单独考量)，能够因此确定传感器元件的适当朝向，该朝向 涉及改变的倾斜角、导体元件彼此间限定的高度关系、寄生磁场补偿 或者这些因素的组合。