-
Bezugnahme zu verwandten Anmeldungen
-
Diese Anmeldung basiert auf der früheren
japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2009-201717 , die am 01. September 2009 eingereicht worden ist, und nimmt deren Priorität in Anspruch, wobei der gesamte Inhalt der früheren Anmeldung hiermit durch Bezugnahme eingebunden wird.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromsensor für die Erfassung der Größe von Strom, der durch eine Verbindungsvorrichtung fließt.
-
Ein bekannter Stromsensor verwendet magnetische Erfassungselemente, wie beispielsweise Hall-Elemente oder Elemente mit magnetischem Widerstandseffekt. Die Stromerfassung, die von einem Stromsensor durchgeführt wird, der ein Hall-Element verwendet, wird nun beschrieben.
-
Wenn Strom durch einen Strompfad, wie ein Kabel, fließt, erzeugt der Strom ein magnetisches Feld in der Nähe des Strompfades. Die Stärke des magnetischen Feldes ist proportional zur Größe des Stroms. Wenn ein Hall-Element in dem magnetischen Feld angeordnet wird, das in der Nähe des Strompfades ausgebildet wird, erzeugt das Hall-Element eine Hall-Spannung, die proportional zu dem Strom ist, der durch den Strompfad fließt. Ein Stromsensor, der ein Hall-Element verwendet, erfasst den Strom, der durch den Strompfad fließt, anhand der Hall-Spannung.
-
Wenn jedoch die Stärke des magnetischen Feldes, das auf das Hall-Element einwirkt, klein ist, wird es schwierig, die proportionale Beziehung zwischen der Stärke des Magnetfeldes und der Hall-Spannung beizubehalten. Weiter ist die Stärke des magnetischen Feldes, das durch den Strom generiert wird, der durch den Strompfad fließt, am Anfang gering. Um die Stromerfassungssensitivität eines Stromsensors zu erhöhen, beschreibt die Offenlegungsschrift einer
japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2002-303642 einen magnetischen Kern, der den magnetischen Fluss konzentriert, der durch Strom erzeugt wird, der in einem Strompfad fließt, und der den magnetischen Fluss verstärkt, der auf das Hall-Element einwirkt. Ein Stromsensor nach dem Stand der Technik beinhaltet einen magnetischen Kern und wird nachfolgend mit Bezug auf
13 beschrieben.
-
Der Stromsensor in 13 ist mit einer Verbindungsschiene 110 gekoppelt. Die Verbindungsschiene 110 ist eine Verbindungsvorrichtung für die Versorgung von Leistung und beispielsweise verbunden mit einer Fahrzeugbatterie. Der Stromsensor weist einen magnetischen Kern 101, eine Leiterplatine 103 und ein Gehäuse 104 auf. Der magnetische Kern 101 konzentriert den magnetischen Fluss, der von dem Strom erzeugt wird, der durch die Verteilerschiene 110 fließt. Ein Hall-Element 102 und elektronische Komponenten sind auf der Leiterplatine 103 befestigt. Das Gehäuse 104 nimmt den magnetischen Kern 101 und die Leiterplatine 103 auf. Das Gehäuse 104 beinhaltet einen Rahmen 104a, durch welchen die Verteilerschiene 110 eingesetzt wird. Der magnetische Kern 101 ist C-förmig und weist einen Freiraum CS (Spalt) auf. Der Rahmen 104a ist in die Mitte des Raumes eingesetzt, der an der inneren Seite des magnetischen Kerns 101 ausgebildet ist, sodass der magnetische Kern 101 den Rahmen 104a und Verteilerschiene 110 umgibt. Der Freiraum CS (Spalt) des magnetischen Kerns 101 ermöglicht das Einsetzen des Hall-Elementes 102. Die Leiterplatine 103 ist mit einem stiftförmigen Anschlussstecker 105 verbunden, welcher an der äußeren Wand des Gehäuses 104 angeordnet ist. Der magnetische Kern 101 konzentriert und verstärkt den magnetischen Fluss, der durch Strom erzeugt wird, der durch die Verteilerschiene 110 fließt. Leckagefluss, der in dem Freiraum CS erzeugt wird, wirkt auf das Hall-Element 102. Der magnetische Fluss, der auf das Hall-Element 102 wirkt, wird verstärkt. Dies ermöglicht es dem Stromsensor die Größe von kleinem Strom zu erfassen, der durch die Verteilerschiene 110 fließt. Ein Erfassungssignal, das mit der Hall-Spannung des Hall-Elementes 102 korrespondiert, wird an eine Fahrzeugvorrichtung (nicht dargestellt) mit der Verbindungsvorrichtung der Leiterplatine 103 und dem stiftförmigen Anschlussstecker 105 übertragen.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Der Stromsensor gemäß dem Stand der Technik erfordert eine relativ große Leiterplatine 103, deren Abmessung ausreichend sein muss, um das Hall-Element 102 und die elektronischen Komponenten darauf zu befestigen. Die relativ große Leiterplatine 103 belegt Raum in dem Gehäuse 104 und erzeugt große Einschränkungen hinsichtlich des Grades der Gestaltungsfreiheit des Stromsensors.
-
Die vorliegende Erfindung sieht einen Stromsensor vor, der einen hohen Grad an Gestaltungsfreiheit aufweist.
-
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stromsensor für die Ausgabe eines Erfassungssignals, das mit einem Strom korrespondiert, der durch eine Verteilerschiene fließt. Der Stromsensor weist einen magnetischen Kern auf, der magnetischen Fluss konzentriert und verstärkt, der durch Strom in der Nähe eines Erfassungsbereiches der Verteilerschiene erzeugt wird. Ein magnetisches Erfassungselement erfasst den magnetischen Fluss, der durch den Magnetkern konzentriert worden ist, und gibt ein elektrisches Signal aus, das mit dem erfassten magnetischen Fluss korrespondiert. Eine Signalverarbeitungsschaltung weist elektronische Komponenten auf und verarbeitet das elektrische Signal, das von dem magnetischen Erfassungselement ausgegeben worden ist, um ein Erfassungssignal zu erzeugen. Das magnetische Erfassungselement und die elektronischen Komponenten sind an einem Leitungsrahmen befestigt. Das magnetische Erfassungselement, die elektronischen Komponenten und der Leitungsrahmen sind kombiniert, um ein einzelnes Sensormodul zu bilden. Der Stromsensor erfasst den Strom, der durch die Verteilerschiene fließt, mit dem Sensormodul und gibt ein Erfassungssignal aus.
-
Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offenbar mit der nachfolgenden Beschreibung, und in Zusammenschau mit den beiliegenden Figuren, die im Wege eines Beispiels die Prinzipien der vorliegenden Erfindung illustrieren.
-
Kurze Beschreibung der Figuren
-
Die Erfindung kann zusammen mit Aufgaben und Vorteilen der Erfindung am besten mit Bezug auf die folgende Beschreibung der aktuell bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Figuren verstanden werden, in welchem:
-
1 eine perspektivische Ansicht ist, die den Stromsensor nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 eine perspektivische Explosionsansicht ist, die den Stromsensor nach 1 zeigt;
-
3 eine Ansicht im Querschnitt ist, die den Stromsensor der 1 zeigt;
-
4 eine Vorderansicht ist, die ein Sensormodul in einem Stromsensor der 1 darstellt;
-
5 eine Ansicht im Querschnitt ist, die entlang der Linie 5-5 in 3 verläuft;
-
6 eine perspektivische Explosionsansicht ist, die eine erste Modifikation des Stromsensors zeigt;
-
7 eine perspektivische Explosionsansicht ist, die eine zweite Modifikation des Stromsensors zeigt;
-
8 eine perspektivische Explosionsansicht ist, die eine dritte Modifikation des Stromsensors zeigt;
-
9 eine perspektivische Ansicht ist, die eine erste Modifikation des Sensormoduls zeigt;
-
10 eine perspektivische Ansicht ist, die eine zweite Modifikation des Sensormoduls zeigt;
-
11 eine Draufsicht ist, die das Sensormodul zeigt, bevor das Hall-Element durch die Öffnung befestigt wird, die in dem Harzformkörper ausgebildet ist;
-
12 eine Draufsicht ist, die das Sensormodul zeigt, nachdem das Hall-Element durch die Öffnung befestigt worden ist, die in dem Harzformkörper ausgebildet ist; und
-
13 eine perspektivische Explosionsansicht ist, die den Stromsensor gemäß dem Stand der Technik zeigt.
-
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
Ein Stromsensor nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben. Zuerst wird die Struktur des Stromsensors mit Bezug die 1 bis 3 beschrieben.
-
Wie in 1 dargestellt, deckt ein Gehäuse 1 elektronische Komponenten des Stromsensors ab. Das Gehäuse 1 schützt die elektronischen Komponenten vor der umgebenden Umwelt. Eine Verbindungsvorrichtung 21 ist an der Front des Gehäuses 1 vorgesehen. Die Verbindungsvorrichtung 21 ist mit einem Kabelbaum oder etwas ähnlichem (nicht dargestellt) verbunden und kann verwendet werden, um den Stromsensor mit Leistung zu versorgen und ein Erfassungssignal des Stromsensors an eine externe Vorrichtung auszugeben. Eine längliche, ebene Verteilerschiene 11 ist an dem Gehäuse 1 in einer Weise angeordnet, dass sie sich vertikal durch das Gehäuse 1 erstreckt, wie aus der Figur zu erkennen ist. Die Verteilerschiene 11 ist ein Leiter und beispielsweise mit einer Fahrzeugbatterie verbunden, um eine Fahrzeugvorrichtung mit Leistung zu versorgen.
-
Wie in 2 dargestellt, weist das Gehäuse 1 ein oberes Gehäuse 10 und ein unteres Gehäuse 20 auf. Die Verteilerschiene 11 ist an dem oberen Gehäuse 10 angebracht. Eine Lasche 13, mit einer Öffnung 13a, erstreckt sich von der Unterseite von jeder von entgegengesetzten Seitenwänden des oberen Gehäuses 10. Die Verbindungsvorrichtung 21 ist an dem unteren Gehäuse 20 angeordnet. Ein Haken 22 ist auf jeder der zwei entgegengesetzten Seitenwände des unteren Gehäuses 20 angeordnet, um in die korrespondierende Lasche 13 des oberen Gehäuses 10 einzugreifen. Das obere Gehäuse 10 kann als ein erstes Element bezeichnet werden, und das untere Gehäuse 20 kann als ein zweites Element bezeichnet werden. Das Gehäuse ist teilbar in das erste und das zweite Element 10 und 20, oder in das erste und zweite Segment. Das vergrößert die Gestaltungsfreiheit für das Gehäuse 1 und die Einfachheit für den Zusammenbau des Stromsensors. Die Gehäuse 10 und 20 sind aus einem Harzmaterial gebildet. Das Eingreifen der Lasche 13 und der Haken 22 koppelt das obere Gehäuse 10 und das untere Gehäuse 20 integral und bildet das Gehäuse 1 aus. Die Laschen 13 und die Haken 22 können als Kopplungsstruktur beschrieben werden. Die Laschen 13 können an dem zweiten Element 20 ausgebildet sein, und die Haken 22 können an dem ersten Element 10 ausgebildet sein.
-
Eine ebene Zunge 23 erstreckt sich von der oberen Oberfläche des unteren Gehäuses 20 weg. Ein Sensormodul 30 ist an der Zunge 23 befestigt. Im Beispiel der 3 unterstützt die Zunge 23 das Sensormodul 30 im Wesentlichen parallel zu der Verteilerschiene 11.
-
Mit Bezug auf 4 weist das Sensormodul 30 im Wesentlichen ein Hall-Element 31, elektronische Komponenten 32, wie zum Beispiel Widerstände und Kondensatoren und einen Leitungsrahmen 40 auf, an welchen das Hall-Element 31 und die elektronischen Komponenten 32 befestigt sind. Ein Hall-Element dient als magnetisches Erfassungselement (magnetoelektrisches Umwandlungselement) und seine umlaufenden Schaltungen sind integral in das Hall-Element 31 integriert.
-
Der Leitungsrahmen 40 ist eine leitfähige Komponente oder eine metallische Komponente, die eine Vielzahl von Leitungen 42a bis 42e aufweist. Ein Harzformkörper 33 kapselt das Hall-Element 31, die elektronischen Komponenten 32 und einen Teil oder alle der Leitungen 42a bis 42e ab. Die Leitung 42b hat einen ebenen Basisbereich, der einen Elementbefestigungsbereich 41 definiert. Das Hall-Element 41 ist an dem Elementbefestigungsbereich 41 befestigt. Das Hall-Element 31 hat Anschlüsse, die mit den Basisbereichen der Leitungen 42a bis 42e gekoppelt sind. Dies verbindet das Hall-Element 31 elektrisch mit dem Leitungsrahmen 40. Die elektrischen Komponenten 32 und Leitungen 42a bis 42e bilden eine Signalverarbeitungsschaltung für die Verarbeitung von Spannungssignalen, die von dem Hall-Element 31 erzeugt werden.
-
Die Leitungen 42a bis 42d haben jeweils einen distalen Bereich, der sich von einer unteren Oberfläche des Harzformkörpers 33 weg erstreckt. Die distalen Bereiche der Leitungen 42a bis 42c wirken als Leistungsversorgungsanschluss und als ein Ausgabeanschluss des Sensormoduls 30. Das Sensormodul 30 ist hergestellt durch das Befestigen des Hall-Elementes 31 und der elektronischen Komponenten 32 an dem Leitungsrahmen 40 und das anschließende Abkapseln des Leitungsrahmens 40, des Hall-Elementes 31 und der elektronischen Komponenten 32 mit einem Harzmaterial. Formgebende Verfahren, wie beispielsweise Umspritzen, können für das Abkapseln, mit zum Beispiel Harzmaterial, verwendet werden. Das Harzmaterial ist das Material, das den Harzformkörper 23 bildet und kann zum Beispiel ein duroplastisches Harz sein. In dieser Weise werden das Hall-Element 31, die elektronischen Komponenten 32 und die Leitungen 42a bis 42e miteinander kombiniert und durch den Harzformkörper in einem einzelnen Sensormodul 30 integriert. Das vergrößert die Kopplungszuverlässigkeit des Hall-Elementes 31, der elektronischen Komponenten 32 und des Leitungsrahmens 40, im Vergleich zu einem Stromsensor gemäß dem Stand der Technik, bei welchem das Hall-Element und elektronische Komponenten auf eine Leiterplatine gelötet sind.
-
Die Zunge 23 hat einen Frontbereich, von welchem sich ein Basisbereich von Metallgins T1 bis T4 erstreckt, wie es in 4 dargestellt ist. Die Leistungsversorgungsanschlüsse und der Ausgabeanschluss des Sensormoduls 30 sind zu den Basisbereichen der Metallgins T1 bis T4 derart gekoppelt, dass beispielsweise eine Widerstandskopplung durchgeführt wird. Distale Bereiche der Metallgins T1 bis T4 erstrecken sich in die Verbindungsvorrichtung 41 und wirken als Leistungsversorgungsanschlüsse und Signalausgabeanschluss für den Stromsensor. Mit Bezug auf 3 sind die Metallgins T1 bis T4 geformt (eingebettet) und in das untere Gehäuse 20 integriert, wenn die Harzausformung des unteren Gehäuses 20 durchgeführt wird. Eine Einsatzöffnung 20a erstreckt sich durch das untere Gehäuse 20 und den hinteren Bereich der Zunge 23. Die Verteilerschiene 11 ist durch die Einsatzöffnung 20a eingesetzt.
-
Wie in 3 dargestellt, ist es möglich, dass das obere Gehäuse 10 die Zunge 23, das Sensormodul 30 oder ähnliches aufnimmt. Das obere Gehäuse 10 weist ein großes Aufnahmefach 10a auf, welches den unteren Bereich der Zunge 23 aufnimmt, und weist weiter ein kleines Aufnahmefach 10b auf, welches den oberen Bereich der Zunge 23 und das Sensormodul 30 aufnimmt. Das obere Gehäuse 10 hat eine Wand, in welcher der Erfassungsbereich der Verteilerschiene 11 und ein magnetischer Kern 12 integral ausgeformt (eingebettet) an einem Ort vorliegen, der direkt gegenüber dem kleinen Aufnahmefach 10b angeordnet ist. In dieser Weise ist der Erfassungsbereich der Verteilerschiene 11 und der magnetische Kern 12 in das obere Gehäuse 10 integriert. Dies vergrößert die Positioniergenauigkeit der Verteilerschiene 11 relativ zum Magnetkern 12. Mit Bezug auf 5 wird nun die Struktur des Magnetkerns 12 im Detail beschrieben. 5 zeigt nicht die elektronischen Komponenten 32 und den Leitungsrahmen 40.
-
Wie in 5 gezeigt, ist der magnetische Kern 12 ein C-förmiges Element, das den Erfassungsbereich der Verteilerschiene 11 umgibt. Das C-förmige Element weist einen Freiraum CT auf, der mit dem kleinen Aufnahmefach 10b korrespondiert. Der magnetische Kern 12 hat zwei entgegengesetzte Enden, die den Freiraum CT zwischen sich definieren. Die entgegengesetzten Enden des magnetischen Kerns 12 sind dicker als die übrigen Teile des magnetischen Kerns 12. Jedes der entgegengesetzten Enden weist eine gestufte Oberfläche auf. Die gestufte Oberfläche ist derart ausgebildet, dass der Freiraum CT von der inneren Seite des Magnetkerns 12 in Richtung der äußeren Seite des Magnetkerns 12 enger wird. In dem Magnetkern 101 gemäß einem Stromsensor nach dem Stand der Technik weist der Freiraum CS eine konstante Weite auf. Der magnetische Fluss, der in dem Freiraum CS erzeugt wird, der eine konstante Weite aufweist, wird in Richtung der äußeren Seite des magnetischen Kerns kleiner. Weiter wird der magnetische Fluss, der in dem Freiraum CS erzeugt wird größer, wenn die Weite des Freiraums CS kleiner wird. In der ersten Ausführungsform verengt sich der Freiraum CT von der inneren Seite des magnetischen Kerns 12 in Richtung der äußeren Seite des magnetischen Kerns 12. Damit wird der magnetische Fluss in dem Freiraum CT gleichmäßig erzeugt. Das Sensormodul 30, das in dem kleinen Aufnahmefach 10b aufgenommen ist, ist in dem zentralen Bereich des Freiraums CT angeordnet. Wenn das obere Gehäuse 10 und das untere Gehäuse 20 miteinander gekoppelt sind, bilden der magnetische Kern 12 und das Hall-Element 31 des Sensormoduls 30 eine magnetische Schaltung, die den Erfassungsbereich der Verteilerschiene 11 umgibt. Aufgrund einer solchen Struktur konzentriert und verstärkt der magnetische Kern 12 den magnetischen Fluss, der durch Strom erzeugt wird, der durch die Verteilerschiene 11 in dem Stromsensor fließt. Der Leckagefluss in dem Freiraum CT wirkt auf den Hall-Sensor 31 des Sensormoduls 30. In dieser Situation gibt das Hall-Element 31 ein Spannungssignal aus, das mit dem Strom korrespondiert, der durch die Verteilerschiene 11 fließt. Das Erfassungssignal wird an eine externe Vorrichtung via der Verbindungsvorrichtung 21 ausgegeben.
-
Der Stromsensor nach einer ersten Ausführungsform verwendet keine Leiterplatine für die Befestigung des Hall-Elementes 31. Dementsprechend reduziert sich der Korrekturaufwand für die Gestaltung bei der Veränderung der Position und der Ausrichtung des Hall-Elementes. Insbesondere, wenn die Ausrichtung des Hall-Elementes um 90° verändert wird, müsste die Ausrichtung der Leiterplatine zusammen mit dem Hall-Element verändert werden. Dies führt zu drastischen Gestaltungsveränderungen des Stromsensors. Im Gegensatz dazu kann mit der ersten Ausführungsform die Ausrichtung des Hall-Elementes einfach um 90° geändert werden, in dem zum Beispiel einfach die Ausrichtung des Sensormoduls 30, wie in 6 dargestellt, um 90° verändert wird. In dieser Weise weist der Stromsensor der ersten Ausführungsform einen höheren Grad an Gestaltungsfreiheit im Vergleich zu einem Stromsensor gemäß Stand der Technik auf. Wenn die Ausrichtung des Sensormoduls 30 um 90° verändert wird, werden auch die Form der Zunge 23, das Layout der Metallpins T1 bis T4, die Form des magnetischen Kerns 12 und die Anordnung der Verteilerschiene 11, in der notwendigen Weise verändert.
-
Durch die Eliminierung einer Leiterplatine aus einem Stromsensor der ersten Ausführungsform wird es möglich die Größe zu reduzieren und geringere Herstellkosten zu ermöglichen.
-
Der Stromsensor der ersten Ausführungsform hat die Vorteile wie nachstehend beschrieben.
- (1) Das Hall-Element 31, die elektronischen Komponenten 32 und der Leitungsrahmen 40 sind kombiniert, um ein einzelnes Sensormodul 30 zu bilden. Der Stromsensor erfasst den Strom, der durch die Verteilerschiene 11 fließt, mit dem Sensormodul 30 und gibt ein Erfassungssignal aus. Dies ermöglicht es eine Leiterplatine zu eliminieren, welche eines der Elemente ist, die ein Stromsensor gemäß dem Stand der Technik bilden, und damit den Grad der Gestaltungsfreiheit für einen Stromsensor zu verbessern. Weiter ist jedes Element mit einer höheren Verlässlichkeit gekoppelt. Darüber hinaus wird im Vergleich mit einem Stromsensor gemäß dem Stand der Technik, bei dem das Hall-Element auf der Leiterplatine befestigt ist, aufgrund der Eliminierung der Leiterplatine der Stromsensor der ersten Ausführungsform hinsichtlich seiner Größe reduziert und hinsichtlich seiner Herstellkosten minimiert.
- (2) Das Gehäuse 1 ist durch ein oberes Gehäuse 10, welches den Erfassungsbereich der Verteilerschiene 11 und den magnetischen Kern 12 integriert, und durch ein unteres Gehäuse 20 gebildet, welches die Metallgins T1 bis T4 integriert. Die Kopplung des Sensormoduls 30 an die Metallgins T1 bis T4 befestigt das Sensormodul 30 an dem unteren Gehäuse 20. Damit wird der Stromsensor einfach durch das Koppeln des oberen und des unteren Gehäuses 10 und 20 miteinander komplettiert. Das ermöglicht den Zusammenbau des Stromsensors.
-
Das Sensormodul ist durch die Befestigung des magnetischen Erfassungselementes und der elektronischen Komponenten auf dem Leitungsrahmen und das Abkapseln des magnetischen Erfassungselementes, der elektronischen Komponenten und des Leitungsrahmens in dem Harzformkörper hergestellt. Dieser Herstellprozess verbessert die Zuverlässigkeit der Kopplung der Elemente und ermöglicht die Herstellung des Sensormoduls.
-
Die erste Ausführungsform kann wie nachfolgend beschrieben modifiziert werden.
-
Ein Hybridfahrzeug weist üblicherweise einen Wechselrichter auf, der Gleichstrom, welcher von der Fahrzeugbatterie zur Verfügung gestellt wird, in dreiphasigen Wechselstrom wechselrichtet. Der dreiphasige Wechselstrom wird durch den Wechselrichter gewechselrichtet und wird mittels drei Verteilerschienen für jede Phase (U-Phase, V-Phase und W-Phase) zu einem im Fahrzeug angeordneten Motor geleitet. In einem Hybridfahrzeug erfasst ein Stromsensor normalerweise den Strom, der durch die drei Verteilerschienen fließt, und regelt die Leistung, die dem Motor zugeführt werden soll, basierend auf dem erfassten Strom. Solch ein Hybridfahrzeug kann einen Stromsensor verwenden, der den Strom erfasst, der durch jede der drei Verteilerschienen fließt. Dieser Stromsensor könnte drei Sets von magnetischen Kernen 12 und Hall-Elementen 31 aufweisen. Ein solcher Stromsensor würde, im Vergleich zu einem Sensor, der Strom erfasst, der nur durch eine Verteilerschiene fließt, über die Form und die Anordnung einer Leiterplatine große Einschränkungen hinsichtlich des Grades der Gestaltungsfreiheit erzeugen. Die Struktur eines Stromsensors, wie er in den 1 bis 5 dargestellt ist, würde dementsprechend auch wirksam, wenn sie in solch einem Stromsensor ausgebildet ist, der Strom erfasst, der durch eine Vielzahl von Verteilerschienen fließt. Insbesondere ein Stromsensor, wie er in 7 dargestellt ist, weist drei Sets einer solchen Struktur wie in 1 bis 5 dargestellt auf. Der Stromsensor weist drei Sensormodule 50, 51 und 52 auf, welche nebeneinander angeordnet sind. Die Sensormodule 50, 51 und 52 erfassen Strom, der durch die Verteilerschienen 60, 61 und 62 fließt. Der Stromsensor gibt Erfassungssignale aus, die mit den erfassten Strömen korrespondieren. Die Sensormodule 50 bis 52 sind im Wesentlichen die gleichen wie die Sensormodule 30 der 1 bis 5. Eine Vielzahl von magnetischen Kernen 12 ist in dem oberen Gehäuse 10 den Verteilerschienen 60 bis 62 zugehörig eingebettet. Das untere Gehäuse 20 weist eine Vielzahl von Zungen 23 auf, die dem Stromsensor zugehörig sind. Solch ein Stromsensor kann in einfacher Weise die Änderung der Richtung einer der drei Sensormodule 50 bis 52 (zum Beispiel 51) um 90°, wie in 8 dargestellt, ermöglichen. Die Stromsensoren der 7 und 8 geben jeweils Erfassungssignale über eine Verbindungsvorrichtung 24 aus, welche mit einem Kabelbaum oder ähnlichem (nicht dargestellt) verbindbar ist.
-
In der ersten Ausführungsform sind die Leistungsversorgungsanschlüsse und der Ausgabeanschluss des Sensormoduls 30 an der unteren Oberfläche des Harzformkörpers 33 angeordnet. Jedoch ist das Anschlusslayout nicht auf eine solche Weise beschränkt. Zum Beispiel kann, wie in 9 dargestellt, im Zusammenhang mit Veränderungen der Größe der Zunge 23 oder Veränderungen des Layouts der Metallpins T1 bis T4 die distalen Bereiche der Leitungen 42a bis 42d sich aus zwei entgegengesetzt liegenden Seitenoberflächen des Harzformkörpers 33 heraus erstrecken, um als Leistungsversorgungsanschlüsse und Ausgabeanschluss des Sensormoduls 30 zu dienen. Alternativ, wie in 10 dargestellt, können die distalen Bereiche der Leitungen 42a und 42b in einer L-förmigen Weise von den beiden Seitenoberflächen des Harzformkörpers 33 ausgehen und die distalen Bereiche der Leitungen 42b und 42c können sich aus der unteren Oberfläche des Harzformkörpers 33 heraus erstrecken, und die distalen Bereiche der Leitungen 42a bis 42d können als Leistungsversorgungsanschluss und als Ausgangsanschluss für das Sensormodul 30 verwendet werden.
-
In der ersten Ausführungsform sind das Hall-Element 31 und die elektronischen Komponenten 32 an dem Leitungsrahmen 40 befestigt, welcher einen Elementbefestigungsbereich 41 und die Leitungen 42a bis 42e aufweist. Anschließend werden diese Elemente in einem Harzmaterial abgekapselt, wenn der Harzformkörper 33 hergestellt wird, um das Sensormodul 30 zu fertigen. Die 11 und 12 zeigen alternative Beispiele für die Herstellung des Sensormoduls 30. In den alternativen Beispielen ist der Harzformkörper 33 derart ausgebildet, dass die elektronischen Komponenten 32 und die Leitungen 42a integral in dem Harzkörper 33 abgekapselt werden und sodass der Elementbefestigungsbereich 41 und die Leitungen 42a bis 42d durch eine Öffnung 33a in dem Harzformkörper 33 offen liegen. Wie in 12 dargestellt, ist der Hall-Sensor 31 anschließend an dem Elementbefestigungsbereich 41 befestigt worden. Nachfolgend werden die Anschlüsse des Hall-Sensors 31 und der Basisbereich der Leitungen 42a bis 42b miteinander dadurch gekoppelt, dass beispielsweise Laserschweißen eine elektrische Verbindung zwischen dem Hall-Element 31 und den Leitungen 42a bis 42e herstellt. In dem Prozess der Herstellung eines Alternativbeispiels führen die Wände, die die Öffnung 33a definieren, wenn das Hall-Element 31 auf dem Elementbefestigungsbereich 41 befestigt, die Befestigung des Hall-Elementes 31 auf dem Elementbefestigungsbereich 41. Damit wird die Positionierung des Hall-Elementes 31 auf dem Elementbefestigungsbereich 41 mit höherer Genauigkeit ausgeführt.
-
In einem weiteren Herstellungsprozess kann beispielsweise nach der Befestigung des Hall-Sensors 31 und der elektronischen Komponenten 32 auf dem Leitungsrahmen 40 das Sensormodul 30 mit dem Hall-Sensor 31, der in elektronischen Komponenten 32 und dem Leitungsrahmen 40 derart ausgeformt werden, dass es in einem passenden Gehäuse aufgenommen ist.
-
In dem Stromsensor der ersten Ausführungsform sind der Erfassungsbereich der Verteilerschiene 11 und der magnetische Kern 12 integral geformt (eingebettet). Alternativ können die Verteilerschiene und der magnetische Kern 12 unabhängig voneinander ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Verteilerschiene 11 separat von dem Gehäuse 1, insbesondere von dem oberen Gehäuse 10 ausgebildet sein. Zum Beispiel kann das Sensormodul 30 in einem Hall-Element 102 einer Leiterplatine 103 der 13 verwendet werden.
-
Wenn die Metallgins T1 bis T4 eine ausreichende Stärke für die Unterstützung des Sensormoduls 30 aufweisen, kann die Zunge 23 eliminiert werden. Dies vereinfacht die Struktur des unteren Gehäuses 20 und vereinfacht konsequenterweise die Struktur des Stromsensors.
-
In der ersten Ausführungsform wird Leckagefluss, der in dem Freiraum CT des magnetischen Kerns 12 erfasst wird, durch ein Hall-Element erfasst. Allerdings ist es auch möglich ein Element mit einem Magnetwiderstandseffekt zu verwenden, dessen Widerstand in Zusammenhang mit dem magnetischen Fluss aufgrund des Magnetwiderstandseffekts variiert. Solange der magnetische Fluss, der durch den magnetischen Kern 12 konzentriert wird, erfasst wird und ein elektrisches Signal, das mit dem erfassten magnetischen Fluss korrespondiert, ausgegeben wird, kann jegliches magnetische Erfassungselement verwendet werden.
-
Es sollte für den Fachmann eindeutig sein, dass die vorliegende Erfindung auch in anderen spezifischen Ausbildungen ausgebildet sein kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Dementsprechend sind die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen nur als illustrierende und nicht einschränkende Ausführungsformen zu verstehen, und die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Details die hier angegeben sind, sondern kann innerhalb des Bereichs und der Äquivalenz der angefügten Ansprüche modifiziert werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2009-201717 [0001]
- JP 2002-303642 [0005]
