DE10042920B4

DE10042920B4 - Stromdetektor

Info

Publication number: DE10042920B4
Application number: DE10042920A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Susono Tamai; Yoshinori Susono Ikuta; Takashi Susono Gohara; Mitsuaki Susono Morimoto
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: JP2001074783A; JP3696448B2; DE10042920A1; US6459255B1

Abstract

Stromdetektor, umfassend:
einen linearen Leiter (11₁; 11₂),
einen linearen auszumessenden Leiter (10), der im Wesentlichen parallel angeordnet ist zu dem linearen. Leiter (11₁; 11₂), und durch welchen ein zu messender Strom fließt,
ein magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement (20), das in der Nähe des auszumessenden Leiters (10) angeordnet ist, so dass ein magnetischer Fluss (H₁), der von dem durch den auszumessenden Leiter (10) fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, im Wesentlichen senkrecht eintritt in eine Magnetfeld-Erfassungsfläche (21), und
ein Substrat (30) zum Tragen des linearen Leiters (11₁; 112) und des auszumessenden Leiters (10), so dass der magnetische Fluss (H₂, H₃), der von einem Strom erzeugt wird, der durch den linearen Leiter (11₁; 11₂) fließt, im Wesentlichen parallel steht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche (21) in der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements (20).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stromdetektor zur Erfassung eines Stroms, der durch eine elektrische Schaltung fließt, die angebracht ist an einem Gerät, wie einem Automobil, und insbesondere auf eine Technik zur Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit eines Stroms, wenn eine Vielzahl von Leitern nebeneinander angeordnet sind.
Es sind Stromdetektoren bekannt, welche dazu dienen, einen durch eine z. B. in einem Automobil angebrachte elektrische Schaltung fließenden Strom zu erfassen, die ein Hall-Element verwenden, welches ein magneto-elektrisches Wandlungselement ist. Ein Beispiel eines solchen Detektors wird in der offengelegten japanischen Patentanmeldung mit der Nr. JP 05-223849 A offenbart. Dieser Stromdetektor umfasst einen Leiter, durch welchen ein zu erfassender Strom fließt, und hat eine Kerbe bzw. einen Schlitz, der in der gleichen Ebene gebildet ist, oder einen schleifenartigen Strompfad, der durch Biegen gebildet ist. Der Stromdetektor umfasst auch ein magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement zur Umwandlung des magnetischen Flusses, der durch den zu erfassenden Strom I erzeugt wird, der durch den Leiter fließt.
Wenn bei diesem Stromdetektor der zu erfassende Strom durch den auf dem Leiter gebildeten schleifenartigen Strompfad fließt, wird ein magnetischer Fluss erzeugt. Dieser magnetische Fluss wird durch das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement in ein elektrisches Signal umgewandelt, und durch diese Umwandlung entsteht ein elektrisches Signal, das proportional ist zur Stärke des zu erfassenden Stroms. Da dieser Stromdetektor magnetische Flüsse doppelt so stark erfassen kann wie im Fall eines in der Nähe eines linearen Leiters angeordnetes magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement, ist es möglich, die Erfassungsgenauigkeit des Stroms zu verbessern.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP 63-253264 A ( japanische Patentveröffentlichung Nr. H8-3499 ) offenbart ein weiteres Beispiel eines Stromdetektors. Dieser Stromdetektor umfasst einen Leiterdraht, durch welchen ein zu erfassender Strom fließt, magneto-elektrische Leistungsumwandlungselemente zur Umwandlung eines Magnetfelds, das in gegenüberliegenden Gebieten um den Leiterdraht erzeugt wird, wenn ein zu erfassender Strom durch den Leiterdraht fließt, und einen Verarbeitungsabschnitt zur Verarbeitung der magneto-elektrischen Leistungsumwandlungs-Ausgangssignale aus den magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselementen.
Bei diesem Stromdetektor haben die magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselemente die gleiche Charakteristik, und sie empfangen die gleichen Magnetfelder in zueinander entgegengesetzten Richtungen bezüglich des magnetischen Felds, das erzeugt wird, wenn ein Strom durch den Leiterdraht fließt. Daher, da die Ausgangssignale aus den Elementen entgegengesetzte Phasen haben, ist der Ausgang des Verarbeitungsabschnittes ungefähr doppelt so groß wie die Ausgabe eines der Elemente, wenn diese Ausgaben von dem Verarbeitungsabschnitt einer Differenzverarbeitung unterzogen werden. Andererseits, wenn der gesamte Stromdetektor einem externen Magnetfeld ausgesetzt ist, haben die Ausgabesignale der magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselemente bezüglich des äußeren Magnetfelds die gleiche Phase. Daher wird das auf dem äußeren Magnetfeld beruhende Ausgangssignal in den von dem Verarbeitungsabschnitt der Differenzverarbeitung unterzogenen Ausgangssignalen ausgelöscht.
Andererseits, im Fall des Stromdetektors, der in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. JP 05-223849 A offenbart ist, ist der magnetische Fluss, der von einem Strom erzeugt wird, der durch einen anderen Leiter als den auszumessenden Leiter fließt, eine Störung, die das Erfassungsergebnis beeinflusst, und somit besteht das Problem, dass der durch den auszumessenden Leiter fließende Strom nicht genau erfasst werden kann. Insbesondere wenn ein Strom unter Verwendung eines magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements erfasst wird, das sich in einer Umgebung befindet, in welcher eine Vielzahl von Leitern nebeneinander bzw. Seite an Seite angeordnet sind, wie in einem elektrischen Verbindungskasten eines Automobils, besteht das Problem, dass die Stromerfassungsgenauigkeit nicht verbessert werden kann, da der magnetische Fluss, der von einem Strom erzeugt wird, der durch einen anderen Leiter als den auszumessenden Leiter fließt, den Erfassungsvorgang stört.
Im Fall des Stromdetektors, der in der offengelegten japanischen Patentanmeldung mit der Nr. JP 63-253264 A ( japanische Patentveröffentlichung Nr. H8-3499 ) offenbart wird, ist es notwendig, zwei magneto-elektrische Leistungsumwandlungselemente bezüglich eines Leiters zu verwenden, wodurch das Problem besteht, dass die Kosten des Stromdetektors erhöht werden.
Aus EP-0 539 081 B1 ist ein Strommesssystem bekannt, welches unter Verwendung eines Magnetowiderstandselements einen Strom messen kann, ohne Erzeugung von Hysterese und Barkhausen-Rauschen. Zusätzlich zu einem auszumessenden Leiter, in dem ein zu messender Strom fließt, ist ein Leiter vorgesehen, in welchen ein Kompensationsstrom fließt, der geregelt wird um die durch das Magnetfeld des zu messenden Stroms erzeugte Veränderung des Magnetowiderstands des Magnetowiderstandselements zu kompensieren. Der Kompensationsstrom stellt ein Maß für den Messstrom dar. Ein ähnliches System ist aus FR-2 725 029 bekannt.
Aus DE 197 41 417 A1 ist ein Strommessgerät bekannt, bei welchem Hall-Elemente in der Mulde von U-förmigen Leitern angeordnet sind, um den durch die U-förmigen Leiter fließenden Strom zu erfassen.
Aus DE 298 04 737 U1 ist eine Strommesseinrichtung bekannt, bei welcher ein Sensor in einem Aufnahmebereich zwischen zwei quer zur Stromrichtung voneinander beabstandeten, im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Leiterzweigen des stromführenden Leiters angeordnet ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen kostengünstigen Stromdetektor zu schaffen, der in der Lage ist, einen durch einen auszumessenden Leiter fließenden Strom genau zu erfassen, selbst wenn eine Vielzahl von Leitern nebeneinander angeordnet sind, wie in einem elektrischen Verbindungskasten eines Automobils.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung ein Stromdetektor geschaffen, der einen linearen Leiter umfasst, einen linearen auszumessenden Leiter, der im wesentlichen parallel zu dem Leiter vorgesehen ist, und durch welchen ein zu messender Strom fließt, ein magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement, das in der Nähe des auszumessenden Leiters angeordnet ist, so dass ein magnetischer Fluss, der von dem durch den auszumessenden Leiter fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, in eine Magnetfeld-Erfassungsfläche im wesentlichen senkrecht eintritt, und ein Substrat zum Tragen des Leiters und des auszumessenden Leiters, so dass der von einem durch den Leiter fließenden Strom erzeugter magnetischer Fluss im wesentlichen parallel steht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche in der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements.
Bei der Ausführung des ersten Aspekts wird die räumliche Beziehung bzw. die Positionsbeziehung zwischen dem magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselement, das in der Nähe des auszumessenden Leiters angeordnet ist, und einem anderen Leiter als dem auszumessenden Leiter, durch das Tragesubstrat eingestellt, das diese Glieder trägt. Das heißt, dass die auszumessenden Leiter so auf dem Substrat angeordnet sind, dass der magnetische Fluss, der von dem durch den auszumessenden Leiter fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, senkrecht in die Magnetfeld-Erfassungsfläche eintritt, und der magnetische Fluss, der von einem Strom erzeugt wird, der durch den anderen Leiter als den auszumessenden Leiter fließt, im wesentlichen parallel steht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche in der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements. Daher erfasst das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement nur den Magnetfluss, der von dem zu messenden Strom erzeugt wird, der durch den auszumessenden Leiter fließt, und nicht den Magnetfluss erfasst, der von einem anderen Leiter als dem auszumessenden Leiter erzeugt wird. Somit ist es möglich, einen durch den auszumessenden Leiter fließenden, zu messenden Strom genau zu detektieren bzw. zu erfassen. Ferner, da der Stromdetektor ein magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement hat, ist es möglich, einen kostengünstigen Stromdetektor zu schaffen.
Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung wird ein Stromdetektor geschaffen, der einen auszumessenden Leiter umfasst, der mit einem gebogenen Abschnitt gebildet ist, der U-förmig oder kurbelförmig gebogen ist, und durch welchen ein zu messender Strom fließt, ein magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement, das in der Nähe des gebogenen Abschnitts angeordnet ist, so dass ein magnetischer Fluss, der von dem zu messenden Strom, der durch den auszumessenden Leiter fließt, erzeugt wird, im wesentlichen senkrecht eintritt in eine Magnetfeld-Erfassungsfläche, und einen linearen Leiter, der so angeordnet ist, dass ein Magnetfluss, der erzeugt wird, wenn ein Strom fließt, im wesentlichen parallel steht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche in der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements.
Bei der Ausführung des zweiten Aspekts wird das räumliche Verhältnis zwischen dem magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselement, das in der Nähe des auszumessenden Leiters angeordnet ist, und eines anderen Leiters als des auszumessenden Leiters, durch den gebogenen Abschnitt eingestellt, der auf dem auszumessenden Leiter gebildet ist. Das heißt, dass der auszumessende Leiter mit dem gebogenen Abschnitt gebildet wird, und das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement in dem gebogenen Abschnitt so angeordnet wird, dass der Magnetfluss, der von dem zu messenden Strom erzeugt wird, der durch den auszumessenden Leiter fließt, senkrecht in die Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements eintritt. Der andere Leiter als der auszumessende Leiter ist so angeordnet, dass der Magnetfluss, der durch einen durch den Leiter fließenden Strom erzeugt wird, im wesentlichen parallel steht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche in der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements. Daher, genau wie beim ersten Aspekt, erfasst das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement nur einen magnetischen Fluss, der von dem zu messenden Strom erzeugt wird, der durch auszumessenden Leiter fließt, und nicht einen magnetischen Fluss, der von einem anderen Leiter als dem auszumessenden Leiter erzeugt wird. Somit ist es möglich, einen durch den auszumessenden Leiter fließenden, zu messenden Strom genau zu erfassen. Ferner, da der Stromdetektor ein magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement hat, ist es möglich, einen kostengünstigen Stromdetektor zu schaffen.
Gemäß eines dritten Aspekts der Erfindung ist beim Stromdetektor des ersten Aspekts das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement so angeordnet, dass eine Ebene, welche den Leiter enthält, im wesentlichen durch das Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements läuft, und die Magnetfeld-Erfassungsfläche im wesentlichen senkrecht kreuzt.
Bei der Ausführung des dritten Aspekts steht der magnetische Fluss, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch einen anderen Leiter als den auszumessenden Leiter fließt, im wesentlichen parallel zur Magnetfeld-Erfassungsfläche in der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements. Daher, wenn ein Strom erfasst werden soll, der durch den auszumessenden Leiter fließt, ist es möglich, den Einfluss des magnetischen Flusses, der durch den anderen Leiter als den auszumessenden Leiter erzeugt wird, im wesentlichen auszuschließen.
Gemäß eines vierten Aspekts der Erfindung wird ein Stromdetektor geschaffen, der eine Vielzahl von auszumessenden Leitern umfasst, durch welche jeweils zu messende Ströme fließen, wobei jeder der auszumessenden Leiter einen gebogenen Abschnitt enthält, der U-förmig oder kurbelförmig gebogen ist, magneto-elektrische Leistungsumwandlungselemente sind in der Nähe der gebogenen Abschnitte der auszumessenden Leiter jeweils angeordnet, so dass ein magnetischer Fluss, der von einem zu messenden Strom erzeugt wird, der durch jeweilige auszumessende Leiter fließt, im wesentlichen senkrecht in die Magnetfeld-Erfassungsfläche eintritt, und die Vielzahl von zu messenden Leitern ist parallel zueinander angeordnet und so angeordnet, dass die gebogenen Abschnitte der auszumessenden Leiter in einer Längsrichtung bzw. Longitudinalrichtung jedes der auszumessenden Leiter nicht zueinander ausgerichtet sind bzw. nicht in einer Linie liegen.
Bei der Ausführung des vierten Aspekts ist das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement angeordnet in jedem der gebogenen Abschnitte der Vielzahl von auszumessenden Leitern, die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, und die gebogenen Abschnitte der auszumessenden Leiter sind so angeordnet, dass sie in der Längsrichtung bzw. Longitudinalrichtung des auszumessenden Leiters nicht zueinander ausgerichtet sind bzw. nicht in einer Linie liegen. Daher beeinflusst jeder der auszumessenden Leiter nicht das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement, das bei anderen auszumessenden Leitern angeordnet ist. Daher ist es möglich, einen Strom, der durch jeden der Vielzahl von auszumessenden Leitern fließt, genau zu erfassen, ohne Beeinflussung durch andere auszumessende Leiter.
Gemäß eines fünften Aspekts der Erfindung ist in dem Stromdetektor des vierten Aspekts jeder der magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselemente so angeordnet, dass eine Ebene, welche den auszumessenden Leiter der anderen magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselemente enthält, die die gebogenen Abschnitte ausnimmt, im wesentlichen durch ein Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche des ersteren magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements läuft und die Magnetfeld-Erfassungsfläche im wesentlichen vertikal kreuzt.
Bei der Ausführung des fünften Aspekts kann in einer Magnetfeld-Erfassungsfläche eines magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements, das in einem bestimmten auszumessenden Leiter angeordnet ist, ein Magnetfluss, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch einen anderen auszumessenden Leiter fließt, genau parallel werden zu dieser Magnetfeld-Erfassungsfläche. Daher, wenn ein Strom erfasst werden soll, der durch jeden der auszumessenden Leiter fließt, ist es möglich, jeden Einfluss eines von einem anderen auszumessenden Leiter erzeugten magnetischen Flusses im wesentlichen auszuschließen.
Gemäß eines sechsten Aspekts der Erfindung wird ein Stromdetektor geschaffen, der einen linearen auszumessenden Leiter umfasst, durch welchen ein zu messender Strom fließt, ein magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement, das in der Nähe des auszumessenden Leiters angeordnet ist, so dass ein magnetischer Fluss, der von dem durch den auszumessenden Leiter fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, im wesentlichen senkrecht in eine Magnetfeld-Erfassungsfläche eintritt, und einen linearen Leiter, der parallele Zweigpfade hat, um einen fließenden Strom durch Durchgangslöcher zu halbieren, und so angeordnet ist, dass magnetische Flüsse, welche erzeugt werden, wenn Ströme durch die Zweigpfade fließen, einander bei gleichen Winkeln bezüglich der Magnetfeld-Erfassungsfläche auf der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements kreuzen.
Bei der Ausführung des sechsten Aspekts kreuzen sich magnetische Flüsse, welche erzeugt werden, wenn Ströme durch die Zweigpfade fließen, in der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements bei gleichen Winkeln bezüglich der Magnetfeld-Erfassungsfläche. Daher löschen sich vertikale Komponenten bezüglich der Magnetfeld-Erfassungsflächen der magnetischen Flüsse gegenseitig aus. Somit, wenn ein Strom erfasst werden soll, der durch den auszumessenden Leiter fließt, ist es möglich, jeden Einfluss des magnetischen Flusses, der durch den anderen Leiter als den auszumessenden Leiter erzeugt wird, im wesentlichen auszuschließen.
Gemäß eines siebten Aspekts der Erfindung ist in dem Stromdetektor des sechsten Aspekts das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement so angeordnet, dass eine Ebene, welche um einen gleichen Abstand von jedem der Zweigpfade beabstandet ist, im wesentlichen durch das Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche des gleichen magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements läuft, und die Magnetfeld-Erfassungsfläche im wesentlichen senkrecht kreuzt.
Bei der Ausführung des siebten Aspekts wird ein magnetischer Fluss, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch einen anderen Leiter als den auszumessenden Leiter fließt, in der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements genau ausgelöscht. Daher, wenn ein durch den auszumessenden Leiter fließender Strom erfasst werden soll, ist es möglich, jeden Einfluss des magnetischen Flusses, der durch den anderen Leiter als den auszumessenden Leiter erzeugt wird, im wesentlichen auszuschließen.
Gemäß eines achten Aspekts der Erfindung ist im Stromdetektor des ersten Aspekts das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement an dem auszumessenden Leiter befestigt.
Bei der Ausführung des achten Aspekts, da eine Position des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements bezüglich des auszumessenden Leiters genau fixiert werden kann, ist es möglich, einen magnetischen Fluss, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch den auszumessenden Leiter fließt, so einzustellen, dass der magnetische Fluss genau senkrecht in die Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements eintritt. Ferner ist die Position des anderen Leiters oder des auszumessenden Leiters bezüglich des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements genau bestimmt, durch Positionierung des anderen Leiters oder des auszumessenden Leiters bezüglich des auszumessenden Leiters, und somit ist der Zusammenbau des Stromdetektors einfach.
Gemäß eines neunten Aspekts der Erfindung ist im Stromdetektor des zweiten Aspekts das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement so angeordnet, dass eine Ebene, welche den Leiter enthält, im wesentlichen durch das Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements läuft, und die Magnetfeld-Erfassungsfläche im wesentlichen senkrecht kreuzt.
Bei der Ausführung des neunten Aspekts steht ein magnetischer Fluss, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch einen anderen Leiter als den auszumessenden Leiter fließt, im wesentlichen parallel zur Magnetfeld-Erfassungsfläche. Daher, wenn ein durch den auszumessenden Leiter fließender Strom gemessen werden soll, ist es möglich, jeden Einfluss des magnetischen Flusses, der von dem anderen Leiter als dem auszumessenden Leiter erzeugt wird, im wesentlichen auszuschließen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Perspektivansicht, welche die Struktur eines Stromdetektors nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Ansicht zur Erklärung des Betriebs des Stromdetektors der ersten Ausführung der Erfindung;
3 ist eine Perspektivansicht, welche die Struktur eines Stromdetektors nach einer zweiten Ausführung der Erfindung zeigt;
4 ist eine Ansicht zur Erklärung des Betriebs des Stromdetektors der zweiten Ausführung der Erfindung;
5 ist eine Perspektivansicht, welche eine Modifikation des Stromdetektors nach der zweiten Ausführung der Erfindung zeigt;
6 ist eine Perspektivansicht, welche die Struktur von Stromdetektoren nach einer dritten Ausführung der Erfindung zeigt;
7 ist eine Planansicht, welche die Struktur der Stromdetektoren nach der dritten Ausführung der Erfindung zeigt;
8 ist eine Seitenansicht, welche die Struktur der Stromdetektoren nach der dritten Ausführung der Erfindung zeigt;
9 ist eine Perspektivansicht, welche die Struktur eines Stromdetektors nach einer vierten Ausführung der Erfindung zeigt;
10 ist eine Ansicht zur Erklärung des Betriebs des Stromdetektors der vierten Ausführung der Erfindung;
11 ist eine Ansicht zur Erklärung des Betriebs des Stromdetektors der vierten Ausführung der Erfindung; und
12 ist eine Perspektivansicht, welche eine Modifikation des Stromdetektors nach der vierten Ausführung der Erfindung zeigt.
Ausführungen von Stromdetektoren der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung der Ausführungen erhalten gleiche oder entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen.
Erste Ausführung
1 ist eine Perspektivansicht, welche die Struktur eines Stromdetektors nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieser Stromdetektor umfasst einen auszumessenden Leiter 10, einen ersten Leiter 11₁ , einen zweiten Leiter 11₂ , ein Hall-Element 20 und ein Substrat 30. Diese Elemente sind gewöhnlich untergebracht in einem elektrischen Verbindungskasten (nicht abgebildet). Bei der ersten Ausführung wird kein Kern zur Konzentration des Magnetfelds verwendet.
Der auszumessende Leiter 10 ist ein linearer Leiter, durch welchen ein zu messender Strom fließt, und das Hall-Element 20 ist an dem auszumessenden Leiter 10 befestigt. Das Hall-Element 20 entspricht einem magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselement der vorliegenden Erfindung. Das Hall-Element 20 erzeugt ein Spannungssignal (Hall-Spannung), das der magnetischen Flussdichte entspricht, die in eine Magnetfeld-Erfassungsfläche (Magnetfluss-Erfassungsfläche) des Hall-Elements 20 eintritt. Dem Hall-Element 20 wird über eine Zuführung (nicht abgebildet) ein vorbestimmter Strom zugeführt. Das von dem ersten Hall-Element 20 erzeugte Spannungssignal wird über einen Anschluss (nicht abgebildet) abgegriffen.
Der erste Leiter 11₁ und der zweite Leiter 11₂ sind lineare Leiter, durch welche ein anderer Strom als der zu messende Strom fließt. Obwohl in der ersten Ausführung zwei Leiter 11₁ und 11₂ zusätzlich zu dem auszumessenden Leiter 10 vorgesehen sind, kann die Zahl der Leiter 1, oder 3 oder mehr betragen.
Der auszumessende Leiter 10, der erste Leiter 11₁ und der zweite Leiter 11₂ sind auf dem Substrat 30 platziert und daran befestigt. Hierbei werden der erste Leiter 11₁ und der zweite Leiter 11₂ im wesentlichen parallel zum auszumessenden Leiter 10 angeordnet. Das Substrat 30 ist mit einer Stufe versehen, um eine Positionsbeziehung bzw. eine räumliche Beziehung zwischen dem ersten Leiter 11₁ , dem zweiten Leiter 11₂ und dem an dem auszumessenden Leiter 10 befestigten Hall-Element 20 zu bestimmen.
Das bedeutet, dass, wie in 1 abgebildet, die Stufe auf dem Substrat 30 in einer solchen Höhe gebildet ist, dass eine Ebene, die durch eine longitudinale Zentrallinie des ersten Leiters 11₁ und eine longitudinale Zentrallinie des zweiten Leiters 11₂ gebildet wird, durch ein Zentrum einer Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des an dem auszumessenden Leiter 10 befestigten Hall-Elements 20 läuft, und die Ebene senkrecht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 steht.
Als nächstes wird der Betrieb des Stromdetektors beschrieben, der die obige Struktur gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung hat.
Wenn ein zu messender Strom durch den auszumessenden Leiter 10 fließt, wird ein magnetischer Fluss H₁ durch ein Magnetfeld erzeugt mit einer Stärke, die jener des zu messenden Stroms entspricht, in Übereinstimmung mit der Korkenzieherregel nach Ampere, wie in 2 gezeigt. Da dieser Magnetfluss H₁ senkrecht eintritt in die Magnetfeld- Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20, erzeugt das Hall-Element 20 ein Spannungssignal, das der Dichte des magnetischen Flusses H₁ entspricht.
Wenn ein Strom durch den ersten Leiter 11₁ fließt, wird ein magnetischer Fluss H₂ durch ein Magnetfeld erzeugt, das eine Stärke entsprechend jener des Stroms hat, wie in 2 gezeigt. Da jedoch die Positionsbeziehung zwischen dem auszumessenden Leiter 10 und dem ersten Leiter 11₁ so eingestellt ist, dass die Ebene, welche die longitudinale Zentrallinie des ersten Leiters 11₁ enthält, durch das Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20 läuft, und die Ebene senkrecht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 steht, auf der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21, steht der magnetische Fluss H₂, der von dem durch den ersten Leiter 11₁ fließenden Strom erzeugt wird, parallel zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21.
Das Hall-Element 20 erfasst nur eine senkrechte Magnetfluss-Komponente, die durch die Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 läuft. Daher wird der magnetische Fluss H₂ aus dem ersten Leiter 11₁ , der verschieden ist von dem auszumessenden Leiter 10, mit einem ausreichend kleinen Wert erfasst im Vergleich zum magnetischen Fluss H₁ aus dem auszumessenden Leiter 10. Somit ist der magnetische Fluss H₂, der von dem durch den ersten Leiter 11₁ fließenden Strom erzeugt wird, klein und vernachlässigbar, und das von dem Hall-Element 20 erzeugte Spannungssignal wird hierdurch nicht beeinflusst.
Der zweite Leiter 11₂ ist dem ersten Leiter 11₁ ähnlich. Das bedeutet, dass, wenn ein Strom durch den zweiten Leiter 11₂ fließt, ein magnetischer Fluss H₃ erzeugt wird von einem Magnetfeld mit einer Stärke, die jener des Stroms entspricht. Da jedoch die Positionsbeziehung zwischen dem auszumessenden Leiter 10 und dem zweiten Leiter 11₂ so eingestellt ist, dass die Ebene, welche die longitudinale Zentrallinie des zweiten Leiters 11₂ enthält, durch das Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20 läuft, und die Ebene senkrecht steht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21, auf der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21, steht der Magnetfluss H₃, der von dem durch den zweiten Leiter 11₂ fließenden Strom erzeugt wird, parallel zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21.
Wie bereits oben beschrieben, erfasst das Hall-Element 20 nur eine senkrechte Magnetfluss-Komponente, welche durch die Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 läuft. Daher wird der magnetische Fluss H₃ aus dem zweiten Leiter 11₂ , der verschieden ist von dem auszumessenden Leiter 10, mit einem ausreichend kleinen Wert im Vergleich zum magnetischen Fluss H₁ aus dem auszumessenden Leiter 10 erfasst. Somit ist der magnetische Fluss H₃, der von dem durch den zweiten Leiter 11₂ fließenden Strom erzeugt wird, klein und vernachlässigbar, und das von dem Hall-Element 20 erzeugte Spannungssignal wird hierdurch nicht beeinflusst.
Gemäß dem Stromdetektor der ersten Ausführung ist der auszumessende Leiter 10 auf dem Substrat 30 so angeordnet, dass der magnetische Fluss H₁, der von dem zu messenden Strom erzeugt wird, in die Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20 eintritt. Anders als der auszumessende Leiter 10 sind der erste Leiter 11₁ und der zweite Leiter 11₂ so auf dem Substrat 30 angeordnet, dass der magnetische Fluss H₂ und der magnetische Fluss H₃, die von Strömen erzeugt werden, welche durch die ersten und zweiten Leiter 11₁ und 11₂ fließen, im wesentlichen parallel stehen zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21. Daher erfasst das Hall-Element 20 nur den magnetischen Fluss H₁, der von dem durch den auszumessenden Leiter 10 fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, und der magnetische Fluss H₂ und der magnetische Fluss H₃, die erzeugt werden von dem ersten Leiter 11₁ und dem zweiten Leiter 11₂ , die vom auszumessenden Leiter 10 verschieden sind, werden nicht erfasst. Daher ist es möglich, den durch den auszumessenden Leiter 10 fließenden, zu messenden Strom genau zu erfassen. Ferner, da der Stromdetektor ein Hall-Element 20 hat, ist es möglich, einen kostengünstigen Stromdetektor zu schaffen.
Obwohl das Hall-Element 20 bei der ersten Ausführung auf dem auszumessenden Leiter 10 befestigt ist, ist es nicht immer notwendig, das Hall-Element 20 auf dem auszumessenden Leiter 10 zu befestigen. Das Hall-Element 20 kann auf jede beliebige Weise angeordnet werden, so lange die oben beschriebene Positionsbeziehung zwischen dem ersten Leiter 11₁ , dem zweiten Leiter 11₂ und dem Hall-Element 20 aufrecht erhalten werden kann. Zum Beispiel kann das Hall-Element 20 direkt auf dem Substrat 30 befestigt sein, oder an dem elektrischen Verbindungskasten (nicht abgebildet) befestigt sein.
Zweite Ausführung
3 ist eine Perspektivansicht, welche eine Struktur eines Stromdetektors nach einer zweiten Ausführung der Erfindung zeigt. Dieser Stromdetektor umfasst einen auszumessenden Leiter 10, einen ersten Leiter 11₁ , einen zweiten Leiter 11₂ , ein Hall-Element 20 und ein Substrat 30. Diese Elemente sind gewöhnlich in einem elektrischen Verbindungskasten (nicht abgebildet) untergebracht. Bei der zweiten Ausführung wird kein Kern zur Konzentration des Magnetfelds verwendet.
Der auszumessende Leiter 10 ist ein Leiter, durch welchen ein zu messender Strom fließt. Der auszumessende Leiter 10 ist mit einem gebogenen Abschnitt 12 versehen, der durch U-förmige Verbiegung des auszumessenden Leiters 10 gebildet wird. Das Hall-Element 20 ist an dem gebogenen Abschnitt 12 befestigt. Das Hall-Element 20 entspricht einem magneto- elektrischen Leistungsumwandlungselement der vorliegenden Erfindung, und ist gleich wie jenes, das bei der ersten Ausführung verwendet wurde.
Der erste Leiter 11₁ und der zweite Leiter 11₂ sind lineare Leiter, durch welche ein anderer Strom als der zu messende Strom fließt. Die ersten und zweiten Leiter 11₁ und 11₂ sind im wesentlichen parallel zu dem auszumessenden Leiter 10, und sind so angeordnet, dass der auszumessende Leiter 10, abgesehen von dem gebogenen Abschnitt 12, bündig liegt mit dem ersten und zweiten Leiter 11₁ und 11₂ in der gleichen Ebene. Der auszumessende Leiter 10 und die ersten und zweiten Leiter 11₁ und 11₂ können z. B. an dem elektrischen Verbindungskasten (nicht abgebildet) befestigt sein, oder können an dem Substrat (nicht abgebildet) befestigt sein, wie bei der ersten Ausführung.
Wie in den 3 und 4 gezeigt, ist die Tiefe des gebogenen Abschnitts 12, der im auszumessenden Leiter 10 gebildet ist, so eingestellt, dass eine Ebene, die durch eine longitudinale Zentrallinie des ersten Leiters 11₁ und eine longitudinale Zentrallinie des zweiten Leiters 11₂ gebildet wird, durch ein Zentrum einer Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des an dem auszumessenden Leiter 10 befestigten Hall-Elements läuft, und die Ebene steht senkrecht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21.
Obwohl in der zweiten Ausführung zwei Leiter 11₁ und 11₂ zusätzlich vorgesehen sind zum auszumessenden Leiter 10, kann die Zahl der Leiter auch 1, oder 3 oder mehr betragen.
Als nächstes wird der Betrieb des Stromdetektors beschrieben, der die obige Struktur gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung hat.
Wenn ein zu messender Strom durch den auszumessenden Leiter 10 fließt, wird ein Magnetfluss H₁ erzeugt durch ein Magnetfeld mit einer Stärke, die jener des zu messenden Stroms entspricht, in Übereinstimmung mit der Korkenzieherregel nach Ampere, wie in 4 gezeigt. Da dieser magnetische Fluss H₁ senkrecht in die Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20 eintritt, erzeugt das Hall-Element 20 ein Spannungssignal, das der Dichte des magnetischen Flusses H₁ entspricht.
Wenn ein Strom durch den ersten Leiter 11₁ fließt, wird ein magnetischer Fluss H₂ erzeugt von einem Magnetfeld mit einer Stärke, die jener des Stroms entspricht, wie in 4 gezeigt. Da jedoch die Positionsbeziehung zwischen dem auszumessenden Leiter 10 und dem ersten Leiter 11₁ so eingestellt ist, das die Ebene, welche die longitudinale Zentrallinie des ersten Leiters 11₁ enthält, durch das Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20 läuft, und die Ebene senkrecht steht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21, auf der Magnetfeld-Erfasssungsfläche 21, steht der Magnetfluss H₂, der von einem durch den ersten Leiter 11₁ fließenden Strom erzeugt wird, parallel zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21. Daher erfasst das Hall-Element 20 nur eine senkrechte Magnetfluss-Komponente, welche durch die Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 läuft, wie oben beschrieben. Aus diesem Grund werden die magnetischen Flüsse H₂ und H₃ aus dem ersten Leiter 11₁ , der verschieden ist von dem auszumessenden Leiter 10, mit einem ausreichend kleinen Wert erfasst im Vergleich zum Magnetfluss H₁ aus dem auszumessenden Leiter 10. Somit sind die magnetischen Flüsse H₂ und H₃ klein und vernachlässigbar, und das von dem Hall-Element 20 erzeugte Spannungssignal wird durch sie nicht beeinflusst.
Wie oben beschrieben, ist bei dem Stromdetektor der zweiten Ausführung das Hall-Element 20 in dem gebogenen Abschnitt 12 angeordnet, der in dem auszumessenden Leiter 10 gebildet ist, so dass der magnetische Fluss H₁, der von dem durch den auszumessenden Leiter 10 fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, senkrecht in die Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20 eintritt.
Anders als der auszumessende Leiter 10 sind die ersten und zweiten Leiter 11₁ und 11₂ so angeordnet, dass die magnetischen Flüsse H₂ und H₃, welche durch diese hindurchfließende Ströme erzeugt werden, im wesentlichen parallel stehen zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21, auf der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21. Daher, wie beim Stromdetektor der ersten Ausführung, erfasst das Hall-Element 20 nur den magnetischen Fluss H₁, der von dem durch den auszumessenden Leiter 10 fließenden Strom erzeugt wird, und der magnetische Fluss H₂ und der magnetische Fluss H₃, die von dem ersten Leiter 11₁ und dem zweiten Leiter 11₂ erzeugt werden, welche verschieden sind von dem auszumessenden Leiter 10, werden nicht erfasst. Daher ist es möglich, den zu messenden Strom, der durch den auszumessenden Leiter fließt, genau zu erfassen. Ferner, da der Stromdetektor ein Hall-Element 20 hat, ist es möglich, einen kostengünstigen Stromdetektor zu schaffen.
Obwohl das Hall-Element 20 bei der zweiten Ausführung an dem auszumessenden Leiter 10 befestigt ist, ist es nicht immer notwendig, das Hall-Element 20 an dem auszumessenden Leiter 10 zu befestigen. Das Hall-Element 20 kann auf jede beliebige Art angeordnet werden, so lange die oben beschriebene Positionsbeziehung zwischen dem ersten Leiter 11₁ , dem zweiten Leiter 11₂ und dem Hall-Element 20 aufrecht erhalten werden kann. Zum Beispiel kann das Hall-Element 20 direkt am Substrat 30 befestigt werden, oder an dem elektrischen Verbindungskasten (nicht abgebildet).
Bei dem Stromdetektor der zweiten Ausführung kann der auszumessende Leiter 10 auch in die Form einer Kurbel gebogen sein, wie in 5 gezeigt. Auch in diesem Fall wird die Tiefe des gebogenen Abschnitts, der in dem auszumessenden Leiter 10 gebildet ist, so eingestellt, dass eine Ebene, die durch eine longitudinale Zentrallinie des ersten Leiters 11₁ und eine longitudinale Zentrallinie des zweiten Leiters 11₂ gebildet wird, durch ein Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des an dem auszumessenden Leiter 10 befestigten Hall-Elements 20 läuft, und die Ebene senkrecht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 steht.
Gemäß dieser Struktur, bei welcher der auszumessende Leiter mit einem kurbelförmig gebogenen Abschnitt versehen ist, ist die Zahl der gebogenen Abschnitte des auszumessenden Leiters 10 verringert, was bewirkt, dass zusätzlich zum oben beschriebenen Effekt, der auszumessende Leiter 10 einfacher hergestellt werden kann im Vergleich mit dem auszumessenden Leiter, der den U-förmig gebogenen Abschnitt 12 hat.
Jeder der Stromdetektoren der ersten und zweiten Ausführung hat eine ausreichende Erfassungsempfindlichkeit zur Messung eines Stroms ohne Verwendung eines Kerns, wenn der zu messende Strom groß ist und auch der durch einen anderen Leiter erzeugte Magnetfluss groß ist. Daher können die Stromdetektoren wirksam eingesetzt werden in einem F/L-Kasten oder dergleichen.
Dritte Ausführung
Ein Stromdetektor der dritten Ausführung unterscheidet sich von jenen der ersten und zweiten Ausführungen darin, dass eine Vielzahl von auszumessenden Leitern vorgesehen ist.
6 ist eine Perspektivansicht, welche eine Struktur der Stromdetektoren nach einer dritten Ausführung der Erfindung zeigt, 7 ist eine Planansicht der Leiter, und 8 ist eine Seitenansicht der Leiter. Dieser Stromdetektor umfasst einen ersten auszumessenden Leiter 10₁ , einen zweiten auszumessenden Leiter 10₂ , einen dritten auszumessenden Leiter 10₃ , ein erstes Hall-Element 20₁ , ein zweites Hall-Element 20₂ und ein drittes Hall-Element 20₃ . Diese Elemente sind gewöhnlich untergebracht in einem elektrischen Verbindungskasten (nicht abgebildet). Bei der dritten Ausführung wird kein Kern zur Konzentration des Magnetfelds verwendet.
Die ersten bis dritten auszumessenden Leiter 10₁ –10₃ sind Leiter, durch welche zu messende Ströme fließen, und sie haben die gleiche Struktur wie jene des auszumessenden Leiters 10 der zweiten Ausführung. Abschnitte der ersten bis dritten auszumessenden Leiter 10₁ –10₃ sind U-förmig verbogen, wodurch erste bis dritte gebogene Abschnitte 12₁ –12₃ jeweils gebildet sind. Die ersten bis dritten Hall-Elemente 20₁ –20₃ sind jeweils an den ersten bis dritten gebogenen Abschnitten 12₁ –12₃ befestigt. Die Hall-Elemente 20₁ –20₃ entsprechen dem magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselement der vorliegenden Erfindung, und sind gleich wie jenes, das bei der ersten Ausführung verwendet wurde.
Die ersten bis dritten auszumessenden Leiter 10₁ –10₃ sind abgesehen von den ersten bis dritten gebogenen Abschnitten 12₁ –12₃ im wesentlichen parallel zueinander und bündig in der gleichen Ebene. Ferner sind die ersten bis dritten gebogenen Abschnitte 12₁ –12₃ , die in den ersten bis dritten auszumessenden Leitern 10₁ –10₃ gebildet sind, so angeordnet, dass sie in der longitudinalen Richtung der auszumessenden Leiter nicht zueinander ausgerichtet sind bzw. nicht in einer Linie stehen, wie in den 6–8 gezeigt. Die ersten bis dritten auszumessenden Leiter 10₁ –10₃ können z. B. an dem elektrischen Verbindungskasten (nicht abgebildet) befestigt sein, oder können and dem Substrat (nicht abgebildet) befestigt sein, wie bei der ersten Ausführung.
Wie bei dem auszumessenden Leiter 10 der ersten Ausführung ist die Tiefe jeder der ersten bis dritten gebogenen Abschnitte 12₁ –12₃ , die in den ersten bis dritten auszumessenden Leitern 10₁ –10₃ gebildet sind, so eingestellt, dass eine Ebene, die durch longitudinale Zentrallinien der anderen beiden auszumessenden Leiter gebildet wird, durch ein Zentrum einer Magnetfeld-Erfassungsfläche des an dem auszumessenden Leiter befestigten Hall-Elements läuft, und die Ebene senkrecht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche steht.
Obwohl bei dieser dritten Ausführung drei Leiter 10₁ –10₃ vorgesehen sind, kann die Zahl der Leiter auch 2, oder 4 oder mehr betragen. Ferner kann es einen auszumessenden Leiter und einen anderen als den auszumessenden Leiter geben.
Als nächstes wird der Betrieb des Stromdetektors beschrieben, der die obige Struktur nach der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung hat.
Wenn ein zu messender Strom durch den ersten zu messenden Leiter 10₁ fließt, wird ein magnetischer Fluss H₁ von einem Magnetfeld mit einer Stärke erzeugt, die jener des zu messenden Stroms entspricht, in Übereinstimmung mit der Korkenzieherregel nach Ampere. Da dieser magnetische Fluss H₁ senkrecht eintritt in die Magnetfeld-Erfassungsfläche des Hall-Elements 20₁ , erzeugt das Hall-Element 20₁ ein Spannungssignal das einer Dichte des Magnetflusses H₁ entspricht.
Wenn ein Strom durch den zweiten auszumessenden Leiter 10₂ fließt, wird ein Magnetfluss H₂ durch ein Magnetfeld mit einer Stärke erzeugt, die jener dieses Stroms entspricht. Die Position des gebogenen Abschnitts 12₁ , der in dem ersten auszumessenden Leiter 10₁ gebildet ist, ist jedoch nicht ausgerichtet, bzw. liegt nicht in einer Linie mit anderen gebogenen Abschnitten in der Longitudinalrichtung des zweiten auszumessenden Leiters 10₂ , und die Positionsbeziehung der ersten und zweiten auszumessenden Leiter 10₁ und 10₂ ist so eingestellt, dass die Ebene, welche die longitudinalen Zentrallinien enthält und den gebogenen Abschnitt 12₂ des zweiten auszumessenden Leiters 10₂ ausnimmt, durch das Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche des Hall-Elements 20₁ läuft, und die Ebene steht senkrecht zu dieser Magnetfeld-Erfassungsfläche. Daher steht der Magnetfluss H₂, der von dem durch den zweiten auszumessenden Leiter 10₂ fließenden Strom erzeugt wird, parallel zur Magnetfeld-Erfassungsfläche des ersten Hall-Elements 20₁ auf der Magnetfeld-Erfassungsfläche.
Daher, wie oben beschrieben, erfasst das erste Hall-Element 20₁ nur eine senkrechte Magnetfluss-Komponente, welche durch die Magnetfeld-Erfassungsfläche läuft. Aus diesem Grund wird der Magnetfluss H₂ aus dem zweiten auszumessenden Leiter 10₂ mit einem ausreichend kleinen Wert erfasst im Vergleich zum Magnetfluss H₁ aus dem ersten auszumessenden Leiter 10₁ . Das Gleiche gilt für den Magnetfluss H₃ des dritten auszumessenden Leiters 10₃ . Somit sind die magnetischen Flüsse H₂ und H₃ klein und vernachlässigbar, und das von dem ersten Hall-Element 20₁ erzeugte Spannungssignal wird durch sie nicht beeinflusst.
Der Betrieb, bei welchem der zu messende Strom durch den ersten auszumessenden Leiter 10₁ fließt, wurde oben beschrieben, und der Betrieb, bei welchem der zu messende Strom durch den zweiten auszumessenden Leiter 10₂ oder den dritten auszumessenden Leiter 10₃ fließt, ist gleich.
Gemäß dem Stromdetektor der dritten Ausführung sind die ersten bis dritten Hall-Elemente 20₁ bis 20₃ auf den ersten bis dritten gebogenen Abschnitten 12₁ bis 12₃ der ersten bis dritten auszumessenden Leiter 10₁ bis 10₃ angeordnet, und die ersten bis dritten gebogenen Abschnitte 12₁ bis 12₃ sind in der Longitudinalrichtung der zu messenden Leiter nicht zueinander ausgerichtet bzw. liegen nicht in einer Linie. Daher beeinflusst der auszumessende Leiter ein Hall-Element, das auf anderen auszumessenden Leitern angeordnet ist, nicht. Somit ist es möglich Ströme genau zu erfassen, die durch die ersten bis dritten auszumessenden Leiter 10₁ bis 10₃ fließen, welche nebeneinander angeordnet sind, ohne Beeinflussung durch andere auszumessende Leiter.
Obwohl bei der dritten Ausführung die ersten bis dritten Hall-Elemente 20₁ bis 20₃ auf den ersten bis dritten auszumessenden Leitern 10₁ bis 10₃ befestigt sind, ist es nicht immer notwendig, die ersten bis dritten Hall-Elemente 20₁ bis 20₃ an den ersten bis dritten auszumessenden Leitern 10₁ bis 10₃ zu befestigen. Die ersten bis dritten Hall-Elemente 20₁ bis 20₃ können auf jede beliebige Art angeordnet werden, solange die oben beschriebene Positionsbeziehung aufrecht erhalten wird. Zum Beispiel können die ersten bis dritten Hall-Elemente 20₁ bis 20₃ direkt auf dem Substrat (nicht abgebildet) befestigt sein, oder können an dem elektrischen Verbindungskasten (nicht abgebildet) befestigt sein.
Bei dem Stromdetektor der dritten Ausführung kann jeder der ersten bis dritten auszumessenden Leiter 10₁ bis 10₃ in die Form einer Kurbel gebogen sein. Auch in diesem Fall ist die Tiefe jedes der gebogenen Abschnitte 12₁ bis 12₃ , die in den ersten bis dritten auszumessenden Leitern 10₁ bis 10₃ gebildet sind, so eingestellt, dass eine Ebene welche gebildet wird durch die longitudinalen Zentrallinien der anderen beiden auszumessenden Leiter durch das Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche des an dem auszumessenden Leiter befestigten Hall-Elements läuft, und die Ebene senkrecht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche steht, wie beim Stromdetektor 10 der ersten Ausführung.
Gemäß der Struktur, bei welcher der auszumessende Leiter mit einem kurbelförmig gebogenen Abschnitt versehen ist, ist die Zahl der gebogenen Abschnitte jedes der ersten bis dritten auszumessenden Leiters 10₁ bis 10₃ verringert, was zusätzlich zum obigen Effekt bewirkt, dass der auszumessende Leiter einfacher hergestellt werden kann im Vergleich mit einem auszumessenden Leiter, der einen U-förmig gebogenen Abschnitt hat.
Vierte Ausführung
9 ist eine Perspektivansicht, welche eine Struktur eines Stromdetektors nach einer vierten Ausführung der Erfindung zeigt. Dieser Stromdetektor umfasst den auszumessenden Leiter 10, den ersten Leiter 11₁ , den zweiten Leiter 11₂ und das Hall-Element 20. Diese Elemente sind gewöhnlich untergebracht in einem elektrischen Verbindungskasten (nicht abgebildet). Bei der vierten Ausführung wird kein Kern zur Konzentration des Magnetfelds verwendet.
Der auszumessende Leiter 10 ist ein linearer Leiter, durch welchen ein zu messender Strom fließt und das Hall-Element 20 ist an dem auszumessenden Leiter 10 befestigt. Das Hall-Element 20 entspricht einem magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselement der vorliegenden Erfindung, und ist gleich wie jenes, das bei der ersten Ausführung verwendet wurde.
Der erste Leiter 11₁ ist ein Leiter, durch welchen ein anderer Strom als der zu messende Strom fließt. Der erste Leiter 11₁ ist mit einem Durchgangsloch versehen. Dieses Durchgangsloch bildet erste und zweite Zweigpfade, welche einen Strom teilen bzw. halbieren, der durch den Leiter fließt. Der zweite Leiter 11₂ hat die gleiche Struktur wie der erste Leiter 11₁ .
Der erste und zweite Leiter 11₁ und 11₂ sind im Wesentlichen parallel zum auszumessenden Leiter 10 angeordnet. Der auszumessende Leiter 10 und die ersten und zweiten Leiter 11₁ und 11₂ können zum Beispiel an dem elektrischen Verbindungskasten (nicht abgebildet) befestigt sein, oder können am Substrat (nicht abgebildet) befestigt sein, wie bei der ersten Ausführung.
Das Hall-Element 20 ist so am auszumessenden Leiter 10 befestigt, dass eine Ebene, welche durch gleiche Abstände von einem ersten Zweigpfad 13₁₁ und einem zweiten Zweigpfad 13₁₂ des ersten Leiters 11₁ beabstandet ist, und um gleiche Abstände von einem ersten Zweigpfad 13₂₁ und einem zweiten Zweigpfad 13₂₂ des zweiten Leiters 11₂ beabstandet ist, durch ein Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20 läuft, und die Ebene senkrecht steht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21.
Obwohl bei der vierten Ausführung zwei Leiter 11₁ und 11₂ zusätzlich zum auszumessenden Leiter 10 vorgesehen sind, kann die Zahl der Leiter 1, oder 3 oder mehr betragen.
Als nächstes wird der Betrieb des Stromdetektors beschrieben, der die obige Struktur gemäß der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung hat.
Wenn ein zu messender Strom durch den ersten auszumessenden Leiter 10 fließt, wird ein magnetischer Fluss H₁ von einem Magnetfeld mit einer Stärke erzeugt, die jener des auszumessenden Stroms entspricht, in Übereinstimmung mit der Korkenzieherregel nach Ampere, wie in 11 gezeigt. Da dieser Magnetfluss H₁ senkrecht eintritt in die Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20, erzeugt das Hall-Element 20 ein Spannungssignal, das einer Dichte des magnetischen Flusses H₁ entspricht.
Wenn der Strom durch den ersten Leiter 11₁ fließt, wird der Strom aufgeteilt in zwei Hälften, und die aufgeteilten Ströme fließen jeweils durch den ersten Zweigpfad 13₁₁ und den zweiten Zweigpfad 13₁₂ . Wie in 11 gezeigt wird ein Magnetfluss H₂₁ von einem Magnetfeld mit einer Stärke erzeugt, die jener des durch den ersten Zweigpfad 13₁₁ fließenden Stroms entspricht, und ein Magnetfluss H₂₂ wird erzeugt von einem Magnetfeld mit einer Stärke, die jener des durch den zweiten Zweigpfad 13₁₂ fließenden Stroms entspricht.
Die Positionsbeziehung zwischen dem auszumessenden Leiter 10 und dem ersten Leiter 11₁ ist so eingestellt, dass die Ebene, welche um gleiche Abstände von dem ersten Zweigpfad 13₁₁ und dem zweiten Zweigpfad 13₁₂ des ersten Leiters 11₁ beabstandet ist, und um gleiche Abstände von dem ersten Zweigpfad 13₂₁ und dem zweiten Zweigpfad 13₂₂ des zweiten Leiters 11₂ beabstandet ist, durch das Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20 läuft, und die Ebene senkrecht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 steht. Daher werden die magnetischen Flüsse H₂₁ und H₂₂ so erzeugt, dass sie sich auf der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20 kreuzen.
Da der Strom, welcher durch den ersten Zweigpfad 13₁₁ des ersten Leiters 11₁ fließt, gleich ist wie der Strom, der durch den zweiten Zweigpfad 13₁₂ fließt, wie in 11 gezeigt, haben die magnetischen Flüsse H₂₁ und H₂₂ die gleiche Stärke bzw. den gleichen Betrag und kreuzen einander mit gleichen Winkeln bzgl. der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21, auf der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21. Daher löschen sich eine Horizontalkomponente des Magnetflusses H₂₁ (Komponente, welche vertikal läuft zur Magnetfeld-Erfassungsfläche) und eine Horizontalkomponente des Magnetflusses H₂₂ (Komponente, welche vertikal läuft zur Magnetfeld-Erfassungsfläche) gegenseitig aus, und die Vertikalkomponente (Komponente welche parallel steht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche) wird verdoppelt und bleibt bestehen.
Wie oben beschrieben, erfasst das Hall-Element 20 nur eine senkrechte Magnetfluss-Komponente die durch die Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 läuft. Daher wird der magnetische Fluss H2 aus dem ersten Leiter 11₁ , der verschieden ist von dem auszumessenden Leiter 10, mit einem ausreichend kleinen Wert erfasst im Vergleich zum magnetischen Fluss H₁ aus dem auszumessenden Leiter 10. Somit sind die magnetischen Flüsse H₂₁ und H₂₂ klein und vernachlässigbar, und das von dem Hall-Element 20 erzeugte Spannungssignal wird hierdurch nicht beeinflusst. Der zweite Leiter 11₂ wird ebenfalls auf die gleiche Weise betrieben, wenn durch ihn ein Strom fließt, und somit wird das von dem Hall-Element 20 erzeugte Spannungssignal auch hierdurch nicht beeinflusst.
Gemäß dem Stromdetektor der vierten Ausführung kreuzen die magnetischen Flüsse, welche erzeugt werden wenn Ströme durch den ersten Zweigpfad 13₁₁ und den zweiten Zweigpfad 13₁₂ des ersten Leiters 11₁ fließen, und durch den ersten Zweigpfad 13₂₁ und den zweiten Zweigpfad 13₂₂ des zweiten Leiters 11₂ fließen, einander mit gleichen Winkeln bezüglich der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21. Somit löschen sich Komponenten, welche vertikal zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 stehen, gegenseitig aus.
Wenn ein Strom erfasst werden soll, der durch den auszumessenden Leiter 10 fließt, ist es möglich den Einfluss von magnetischen Flüssen, die erzeugt werden vom ersten Leiter 11₁ und dem zweiten Leiter 11₂ , die verschieden sind von dem auszumessenden Leiter 10, im Wesentlichen vollständig auszuschließen. Somit kann ein durch den auszumessenden Leiter 10 fließender Strom genau erfasst werden. Ferner, da der Stromdetektor ein Hall-Element 20 hat, ist es möglich, einen kostengünstigen Stromdetektor zu schaffen.
Obwohl bei der vierten Ausführung das Hall-Element 20 an dem auszumessenden Leiter 10 befestigt ist, ist es nicht immer notwendig, das Hall-Element 20 an dem auszumessenden Leiter 10 zu befestigen. Das Hall-Element 20 kann auf jede beliebige Weise angeordnet werden, solange die oben beschriebene Positionsbeziehung zwischen dem ersten Leiter 11₂ , den zweiten Leiter 11₂ und dem Hall-Element 20 aufrecht erhalten wird. Zum Beispiel kann das Hall-Element 20 direkt auf dem Substrat 30 befestigt sein, oder kann an dem elektrischen Verbindungskasten (nicht abgebildet) befestigt sein.
Der Stromdetektor der vierten Ausführung kann so modifiziert werden, dass eine Vielzahl von auszumessenden Leitern nebeneinander vorgesehen werden, wie bei der dritten Ausführung. Der modifizierte Stromdetektor ist in 12 abgebildet.
Bei diesem Stromdetektor sind erste bis dritte Hall-Elemente 20₁ bis 20₃ , die an im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten ersten bis dritten auszumessenden Leitern 10₁ bis 10₃ befestigt sind, so angeordnet, dass die ersten bis dritten Hall-Elemente 20₁ bis 20₃ in der Longitudinalrichtung des zu messenden Leiters nicht zueinander ausgerichtet sind bzw. nicht in einer Linie liegen, aber jedes der ersten bis dritten Hall-Elemente 20₁ bis 20₃ ausgerichtet ist, bzw. in einer Linie liegt mit Durchgangslöchern der anderen beiden auszumessenden Leiter. Der Betrieb dieses Stromdetektors ist der Gleiche wie jener der dritten Ausführung, außer dass Magnetflüsse die von zwei der drei auszumessenden Leiter erzeugt werden, einander bei gleichem Winkel bzgl. der Magnetfeld-Erfassungsfläche in der verbleibenden Magnetfeld-Erfassungsfläche des im auszumessenden Leiter angeordneten Hall-Elements kreuzen. Daher wird eine Erläuterung des Betriebs weggelassen.
Gemäß dieses modifizierten Stromdetektors beeinflusst jeder auszumessende Leiter ein in einem anderen auszumessenden Leiter angeordnetes Hall-Element nicht. Daher ist es möglich, einen Strom genau zu erfassen, der durch jeden der ersten bis dritten auszumessenden Leiter 10₁ bis 10₃ fließt, ohne Beeinflussung durch andere auszumessende Leiter.

Claims

Stromdetektor, umfassend: einen linearen Leiter (11₁ ; 11₂ ), einen linearen auszumessenden Leiter (10), der im Wesentlichen parallel angeordnet ist zu dem linearen. Leiter (11₁ ; 11₂ ), und durch welchen ein zu messender Strom fließt, ein magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement (20), das in der Nähe des auszumessenden Leiters (10) angeordnet ist, so dass ein magnetischer Fluss (H₁), der von dem durch den auszumessenden Leiter (10) fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, im Wesentlichen senkrecht eintritt in eine Magnetfeld-Erfassungsfläche (21), und ein Substrat (30) zum Tragen des linearen Leiters (11₁ ; 112) und des auszumessenden Leiters (10), so dass der magnetische Fluss (H₂, H₃), der von einem Strom erzeugt wird, der durch den linearen Leiter (11₁ ; 11₂ ) fließt, im Wesentlichen parallel steht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche (21) in der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements (20).
Stromdetektor, umfassend: einen auszumessenden Leiter (10), der mit einem gebogenen Abschnitt (12) gebildet ist, welcher in U-Form oder kurbelförmig gebogen ist, und durch welchen ein zu messender Strom fließt, ein magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement (20), das in der Nähe des gebogenen Abschnitts (12) angeordnet ist, so dass ein magnetischer Fluss (H₁), der von dem durch den auszumessenden Leiter (10) fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, im Wesentlichen senkrecht in eine Magnetfeld-Erfassungsfläche (21) eintritt, und einen linearen Leiter (11₁ ; 11₂ ), der so angeordnet ist, dass ein magnetischer Fluss (H₂; H₃), der erzeugt wird, wenn ein Strom fließt, im Wesentlichen parallel steht zu der Magnetfeld-Erfassungsfläche (21) in der Magnetfeld-Erfassungsfläche (21) des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements (20).
Stromdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement (20) so angeordnet ist, dass eine Ebene, welche den linearen Leiter (11₁ ; 11₂ ) enthält, im Wesentlichen durch ein Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche (21) des magnetoelektrischen Leistungsumwandlungselements (20) läuft, und die Magnetfeld-Erfassungsfläche (21) im Wesentlichen senkrecht kreuzt.
Stromdetektor, umfassend eine Vielzahl von auszumessenden Leitern (10₁ ; 10₂ ; 10₃ ), durch welche jeweils zu messende Ströme fließen, wobei jeder der auszumessenden Leiter (10₁ ; 10₂ ; 10₃ ) einen gebogenen Abschnitt (12₁ ; 12₂ ; 12₃ ) enthält, der in U-Form oder Kurbelform gebogen ist, magneto-elektrische Leistungsumwandlungselemente (20₁ ; 20₂ ; 20₃ ) in der Nähe der gebogenen Abschnitte (12₁ ; 12₂ ; 12₃ ) der auszumessenden Leiter (10₁ ; 10₂ ; 10₃ ) angeordnet sind, so dass ein magnetischer Fluss, der durch einen durch jeweilige auszumessende Leiter (10₁ ; 10₂ ; 10₃ ) fließenden, zu messendem Strom erzeugt wird, im Wesentlichen senkrecht in die Magnetfeld-Erfassungsfläche eintritt, und die Vielzahl von auszumessenden Leitern (10₁ ; 10₂ ; 10₃ ) parallel zueinander angeordnet sind, und so angeordnet sind, dass die gebogenen Abschnitte (12₁ ; 12₂ ; 12₃ ) der auszumessenden Leiter nicht zueinander ausgerichtet sind in einer Longitudinalrichtung jeder der auszumessenden Leiter.
Stromdetektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselemente (20₁ ; 20₂ ; 20₃ ) so angeordnet ist, dass eine Ebene, welche den auszumessenden Leiter der anderen magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselemente enthält und die gebogenen Abschnitte (12₁ ; 12₂ ; 12₃ ) ausnimmt, im Wesentlichen durch ein Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche des ersteren magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements läuft, und die Magnetfeld-Erfassungsfläche im Wesentlichen vertikal kreuzt.
Stromdetektor, umfassend: einen linearen auszumessenden Leiter (10), durch welchen ein zu messender Strom fließt, ein magneto-elektrisches Leitungsumwandlungselement (20), das in der Nähe des auszumessenden Leiters (10) angeordnet ist, so dass ein magnetischer Fluss, der von dem durch den auszumessenden Leiter (10) fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, im Wesentlichen senkrecht eintritt in eine Magnetfeld-Erfassungsfläche, und einen linearen Leiter (11₁ ; 11₂ ), welcher parallele Zweigpfade (13₁₁ , 13₁₂ ; 13₂₁ ; 13₂₃ ) hat, zur Halbierung eines fließenden Stromes mittels Durchgangslöcher, und welcher so angeordnet ist, dass magnetische Flüsse, die erzeugt werden, wenn Ströme durch die Zweigpfade (13₁₁ , 13₁₂ ; 13₂₁ ; 13₂₃ ) fließen, einander bei gleichen Winkeln kreuzen bezüglich der Magnetfeld-Erfassungsfläche, auf der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements (20).
Stromdetektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement (20) so angeordnet ist, dass eine um gleiche Abstände von jedem der Zweigpfade (13₁₁ , 13₁₂ ; 13₂₁ , 13₂₃ ) beabstandete Ebene im Wesentlichen durch das Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche des gleichen magnetoelektrischen Leistungsumwandlungselements (20) läuft, und die Magnetfeld-Erfassungsfläche im Wesentlichen senkrecht kreuzt.
Stromdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement (20) an dem auszumessenden Leiter (10) befestigt ist.