DE102010039595B4

DE102010039595B4 - Stromsensorvorrichtung und Herstellungsverfahren für eine Stromsensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102010039595B4
Application number: DE102010039595.1A
Authority: DE
Inventors: Norio Miyahara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2030-08-21
Also published as: JP5414420B2; CN101995507B; JP2011043422A; CN101995507A; DE102010039595A1; US8497677B2; US20110043200A1

Abstract

Stromsensorvorrichtung zum Messen eines Stroms, aufweisend:
einen Kern (110, 210, 310) mit einer Lücke (130); und
einen magnetischen Sensor (120), der in die Lücke (130) des Kerns (110, 210, 310) eingebracht und konfiguriert ist, um einen Magnetfluss, der in dem Kern (110, 210, 310) in Antwort auf den Strom erzeugt wird, zu erfassen, wodurch der Strom gemessen wird,
wobei:
der Kern (110, 210, 310) beinhaltet ein erstes Kernbauteil (111, 211, 311) und ein zweites Kernbauteil (112, 212, 312), die beide aus einem kornorientiertem magnetischen Stahlblech gefertigt sind, das eine Vorzugsmagnetisierungsrichtung in einer vorbestimmten Richtung des kornorientiertem magnetischen Stahlblechs aufweist;
das erste Kernbauteil (111, 211, 311) und das zweite Kernbauteil (112, 212, 312) in eine Mehrschichtstruktur gestapelt sind, so dass eine Richtung der Vorzugmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils (111, 211, 311) und eine Richtung der Vorzugmagnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils (112, 212, 312) senkrecht zueinander sind;
das erste Kernbauteil (111, 211, 311) einen ersten Fangteil (141 bis 143, 241 bis 244, 341) hat, der das Fließen eines Magnetflusses in dem ersten Kernbauteil (111, 211, 311) in einer Richtung senkrecht zur Magnetisierungsachse des ersten Kernbauteils (111, 211, 311) unterdrückt; und
das zweite Kernbauteil (112, 212, 312) einen zweiten Fangteil (151 bis 154, 251 bis 254, 351, 352) hat, der das Fließen eines Magnetflusses in dem zweiten Kernbauteil (112, 212, 312) in einer Richtung senkrecht zur Magnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils (112, 212, 312) unterdrückt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromsensorvorrichtung und ein Herstellungsverfahren für eine Stromsensorvorrichtung. Die vorliegende Erfindung kann sich insbesondere auf eine Stromsensorvorrichtung beziehen, die einen Strom derart misst, dass ein magnetischer Sensor, der in einer Lücke eines Kerns eingebracht ist, ein magnetisches Feld erfasst, das in dem Kern in Antwort auf den Strom erzeugt wird.
Eine bekannte Stromsensorvorrichtung erfasst einen Strom, der in oder von beispielsweise einer Batterie eines Fahrzeugs und dergleichen fließt. Diese Art von Stromsensorvorrichtung ist typischerweise wie nachstehend beschrieben konfiguriert. Die Stromsensorvorrichtung beinhaltet einen Kern und einen magnetischen Sensor, der in einer Lücke, die in dem Kern ausgebildet ist, eingebracht ist. Der magnetische Sensor erfasst ein magnetisches Feld, das in dem Kern in Antwort auf einen Strom, der in einem leitenden Draht, der mit der Batterie verbunden ist, fließt, erzeugt wird. In der Stromsensorvorrichtung wird, da ein Messzielstrom (das heißt ein Strom, der gemessen werden soll) proportional zur Dichte des Magnetflusses (Magnetflussdichte) ist, der in einer Lücke des Kerns erzeugt wird, die Stromsensorvorrichtung ebenso als eine Stromsensorvorrichtung des magnetisch proportionalen Typs bezeichnet.
Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat eine Stromsensorvorrichtung untersucht, die nachfolgend zusammen mit den Erkenntnissen des Erfinders der vorliegenden Anmeldung diskutiert wird.
Ein Kern einer Stromsensorvorrichtung des magnetisch proportionalen Typs kann aus einem weichmagnetischen Material hergestellt sein. Das weichmagnetische Material kann durch das magnetische Feld, das in Antwort auf den Messzielstrom erzeugt wird, schwach magnetisiert werden.
Ist der Kern magnetisiert, wird das magnetische Feld in der Lücke des Kerns erzeugt, sogar wenn der Messzielstrom nicht fließt. Es ist möglich, dass eine Ausgabe des magnetischen Sensors einen Offset aufweist. Um diesen Offset zu reduzieren, kann ein Material mit einer geringen Koerzitivfeldstärke als ein Material des Kerns der Stromsensorvorrichtung erforderlich sein.
Permalloy ist allgemein als ein magnetisches Material mit einer geringen Koerzitivfeldstärke bekannt.
Permalloy ist jedoch eine Nickellegierung, die annähernd 10- bis 50-mal so teuer ist wie Eisen und Stahl.
Im Hinblick auf Vorstehendes wird die Verwendung von billigem Eisen oder Stahl als Kernmaterial untersucht. Bezüglich Eisen und Stahl ist ein kornorientiertes magnetisches Stahlblech ein Material mit einer relativ geringen Koerzitivfeldstärke. Konkret ist das kornorientierte magnetische Stahlblech (ebenso ein kornorientiertes elektrisches Stahlblech und -streifen genannt) ein Stahlmaterial, das eine Blattform aufweist und eine Vorzugsmagnetisierungsachse in einer bestimmten Richtung hat. Das kornorientierte magnetische Stahlblech weist eine bemerkenswert geringe Koerzitivfeldstärke in einer Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse auf.
23 ist ein Diagramm, das eine Eigenschaft eines kornorientierten magnetischen Stahlblechs darstellt. Die dargestellte Eigenschaft ist eine Magnetflussdichte als eine Funktion einer Magnetisierungskraft. 24 ist ein Diagramm, das eine Koerzitivfeldstärke und eine Sättigungsmagnetflussdichte eines kornorientierten magnetischen Stahlblechs in einer Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse und einer Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse darstellt. In 23 zeigt die durchgezogene Linie die Eigenschaft des kornorientierten Stahlblechs in der Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse und die gestrichelte Linie zeigt die Eigenschaft des kornorientierten Stahlblechs in der Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse. In 23 ist die Koerzitivfeldstärke durch einen Schnittpunkt zwischen der Horizontalachsenmagnetisierungskraft und den Linien (durchgezogenen Linien, gestrichelten Linien) dargestellt.
Wie in 24 dargestellt, weist das Permalloy mit einem Nickelanteil von 78 % als eine magnetische Eigenschaft eine Koerzitivfeldstärke von annähernd 1,6 A/m (Ampere/Meter) und eine Magnetflussdichte von annähernd 0,5 T (Tesla) auf. Das Permalloy mit einem Nickelanteil von 45 % weist als eine magnetische Eigenschaft eine Koerzitivfeldstärke von annähernd 7 A/m und eine Magnetflussdichte von annähernd 1,5 T auf. Für ein Material des Kerns der Stromsensorvorrichtung kann es notwendig sein, eine magnetische Eigenschaft, die durch das Permalloy mit dem Nickelanteil von annähernd 45 % zur Verfügung gestellt wird, aufzuweisen.
Wie in 23 und 24 dargestellt, kann ein kornorientiertes Stahlblech eine Koerzitivfeldstärke von annähernd 5 A/m und eine Magnetflussdichte von annähernd 2,0 T in der Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse aufweisen. In der Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse kann das kornorientierte Stahlblech eine Koerzitivfeldstärke von annähernd 180 A/m und eine Magnetflussdichte von annähernd 1,3 T aufweisen. Wie aus Vorstehendem erkennbar, weist das kornorientierte magnetische Stahlblech in der Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse die magnetische Eigenschaft auf, die für den Kern der Stromsensorvorrichtung benötigt wird.
Wird somit der Kern mit Hilfe eines kornorientierten magnetischen Stahlblechs konstruiert, ist es notwendig, einen magnetischen Pfad in der Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse auszubilden.
25A und 25B sind Diagramme, die eine Beispielstruktur eines Kerns, der aus einem kornorientierten Stahlblech hergestellt ist, darstellen.
Ein Kern 300, der aus einem kornorientierten magnetischen Stahlblech hergestellt ist, kann mittels folgender Schritte ausgebildet werden. Wie in 25A dargestellt, wird ein kornorientiertes magnetisches Stahlblech 301 in der Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse gewickelt. Wie in 25A dargestellt, wird ein Endteil 302 des gewickelten kornorientierten magnetischen Stahlblechs 301 durch Löten oder dergleichen befestigt und dann wird eine Lücke 304 durch Schneiden eines Teils des gewickelten kornorientierten magnetischen Stahlblechs 301 unter Verwendung einer Abschneidevorrichtung 303 oder dergleichen ausgebildet.
26 ist ein Diagramm, das eine Beispielstruktur eines Kerns, der aus Permalloy hergestellt ist, darstellt.
Ein aus Permalloy hergestellter Kern 400 kann ausgebildet werden durch: Pressen einer Platte, die aus Permalloy hergestellt ist, in eine Form, die eine Lücke 401 und ein Mittelloch 402 usw. aufweist; und Stapeln einer Mehrzahl von gepressten Platten in eine Mehrschichtstruktur.
Wie aus Vorstehendem ersichtlich, kann der Kern 300, der aus dem kornorientierten magnetischen Stahlblech hergestellt ist, komplizierte Herstellungsprozesse mit sich bringen, einschließlich eines Schritts, bei dem das kornorientierte magnetische Stahlblech gewickelt wird, einen Schritt, bei dem der Endteil des gewickelten kornorientierten magnetischen Stahlblechs fixiert wird, einen Schritt, bei dem die Lücke durch Schneiden des Teils des gewickelten kornorientierten magnetischen Stahlblechs ausgebildet wird, und dergleichen. Demgegenüber kann der Kern 400, der aus Permalloy hergestellt ist, durch Pressen der Platte und Stapeln der gepressten Platten in einer Mehrschichtstruktur ausgebildet werden. Dadurch kann, obwohl der Kern 300, der aus einem kornorientierten magnetischen Stahlblech hergestellt ist, mit preisgünstigen Materialien hergestellt werden kann, bringt der Kern 300, der aus einem kornorientierten magnetischen Stahlblech hergestellt ist, komplizierte Arbeitsprozesse und schlechtere Montageeffizienz verglichen mit dem Kern 400, der aus Permalloy hergestellt ist, mit sich bringen.
Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung zog in Erwägung, dass es notwendig ist, die Montageeffizienz eines Kerns, der aus einem kornorientierten magnetischen Stahlblech hergestellt ist, zu verbessern. Inzwischen hat der Erfinder herausgefunden, dass, wenn ein kornorientiertes magnetisches Stahlblech, das eine Vorzugsmagnetisierungsachse aufweist, gepresst wird und auf gleiche Weise wie bei der Herstellung des Kerns, der aus Permalloy hergestellt ist, gestapelt wird, ein Magnetfluss in den gestapelten kornorientierten magnetischen Stahlblechen in der Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse fließt und die gestapelten kornorientierten magnetischen Stahlbleche aufgrund der Magnetisierung eine große Hysterese und einen kleinen maximalen Messstrom aufweisen können.
Das japanische Patent Nr. JP 3 790 147 B2 und die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. JP 2008 - 224 488 A haben einen Kern, der aus einem kornorientierten magnetischen Stahlblech hergestellt ist, vorgeschlagen. In solchen Kernen sind kornorientierte magnetische Stahlbleche gepresst, um zwei Arten von Kernbauteilen auszubilden, deren Vorzugsmagnetisierungsachsen senkrecht zueinander sind, und die zwei Arten von Kernbauteilen abwechselnd in eine Mehrschichtstruktur gestapelt sind, so dass die gemittelte magnetische Permeabilität um jedes Kernbauteil herum dieselbe ist.
Wird ein Kern, der aus einem kornorientierten magnetischen Stahlblech gefertigt ist, auf vorstehend beschriebene Weise hergestellt, kann ein Kern, der aus einem kornorientierten magnetischen Stahlblech gefertigt ist, durch die im Wesentlichen gleichen Herstellungsprozesse wie der Kern, der aus Permalloy hergestellt ist, gefertigt werden.
Nachfolgend werden Eigenschaften des Kerns erläutert, der ausgebildet wird durch: Pressen eines kornorientierten magnetischen Stahlblechs, um zwei Arten von Kernbauteilen auszubilden, deren Vorzugsmagnetisierungsachsen senkrecht zueinander sind; und abwechselndes Stapeln der zwei Arten von Kernbauteilen in eine Mehrschichtstruktur, so dass die durchschnittliche magnetische Permeabilität um jedes Kernbauteil herum dieselbe ist.
27A bis 27C sind Diagramme zur Erläuterung eines magnetischen Pfads eines Kerns, der gestapelte Kernbauteile, die aus kornorientierten magnetischen Stahlblechen gefertigt sind, aufweist. In 27A bis 27C ist der magnetische Pfad, der in einem Kern 1100 ausgebildet ist, durch den Pfeil abgebildet und die magnetische Permeabilität ist durch eine Schraffurdichte abgebildet. In 27A bis 27C bildet die dunkle Schraffur einen Bereich mit kleiner magnetischer Permeabilität und die helle Schraffur einen Bereich mit großer magnetischer Permeabilität ab.
Der Kern 1100 beinhaltet ein Kernbauteil 1110 und ein Kernbauteil 1120, die beide eine rechteckige Ringform aufweisen. Das Kernbauteil 1110 ist so verarbeitet, dass es eine Vorzugsmagnetisierungsachse in einer Richtung eines längsseitigen Bereichs hat. Die Richtung eines kurzseitigen Bereichs des Kernbauteils 1110 ist senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des Kernbauteils 1110.
Das Kernbauteil 1120 des Kerns 1110 ist so verarbeitet, dass es eine Vorzugsmagnetisierungsachse in einer Richtung des kurzseitigen Bereichs aufweist. Eine Richtung des längsseitigen Bereichs des Kernbauteils 1120 ist senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse.
Im Kern 1100 sind das Kernbauteil 1110 und der Kernbauteil 1120 gestapelt.
27C ist ein Diagramm, das die gestapelten Kernbauteile darstellt, die zum Zweck der Veranschaulichung von einer Lücke G aus gegen den Uhrzeigersinn ausgerollt sind.
Es wird eine Verteilung des Magnetflusses in den Kernbauteilen 1110 und 1120 erläutert, in denen der Magnetfluss durch ein Magnetfeld erzeugt wird, das aus einem Strom, der durch einen Mittelteil der Kernbauteile 1110 und 1120 fließt, resultiert.
Wird ein Vergleich zwischen der magnetischen Permeabilität des Kernbauteils 1110 und derjenigen des Kernbauteils 1120 an dem Punkt „a“, wie in 27A bis 27C gezeigt, angestellt, ist die magnetische Permeabilität des Kernbauteils 1120 vorwiegend größer als diejenige des Kernbauteils 1110 und somit passiert der gesamte Magnetfluss das Kernbauteil 1120. In einem Intervall von dem Punkt „a“ bis zu dem Punkt „c“ ist die magnetische Permeabilität des Kernbauteils 1120 abfallend, während die magnetische Permeabilität des Kernbauteils 1110 ansteigend ist.
An dem Punkt „b“ werden die magnetische Permeabilität des Kernbauteils 1110 und die magnetische Permeabilität des Kernbauteils 1120 annähernd gleich zueinander. Somit ist in der Umgebung des Punkts „b“ der Magnetfluss annähernd einheitlich in den Kernbauteilen 1110 und 1120 verteilt. In Annäherung an den Punkt „c“ ist die magnetische Permeabilität des Kernbauteils 1110 größer. Somit ist in einem Intervall zwischen dem Punkt „c“ und dem Punkt „d“ der Magnetfluss zum Kernbauteil 1110 hin verschoben.
Nachdem der Magnetfluss das Intervall zwischen dem Punkt „c“ und dem Punkt „d“ des Kernbauteils 1110 passiert, wird der Magnetfluss zum Kernbauteil 1120 in einem Intervall zwischen dem Punkt „d“ und dem Punkt „e“ aufgrund eines Abfalls der magnetischen Permeabilität des Kernbauteils 1110 und eines Anstiegs der magnetischen Permeabilität des Kernbauteils 1120 verschoben. In einem Intervall zwischen dem Punkt „f“ und dem Punkt „g“ wird der gesamte Magnetfluss in das Kernbauteil 1120 verschoben. Auf gleiche Weise wie vorstehend wird der Magnetfluss in einem Intervall zwischen dem Punkt „g“ und dem Punkt „i“ und in einem Intervall zwischen dem Punkt „k“ und dem Punkt „n“ verschoben.
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, wenn die Kernbauteile 1110 und 1120, von denen jedes aus kornorientierten magnetischen Stahlblechen gefertigt ist, gestapelt sind, so dass die Vorzugsmagnetisierungsachse des Kernbauteils 1110 und die Vorzugsmagnetisierungsachse des Kernbauteils 1120 senkrecht zueinander sind, fließt der Magnetfluss generell in einem Bereich des Kernbauteils 1110 oder 1120 in der Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse und der Magnetfluss fließt generell nicht in einem Bereich des Kernbauteils 1110 und 1120 in der zur Vorzugsmagnetisierungsachse senkrechten Richtung.
Obwohl das Kernbauteil 1110 und das Kernbauteil 1120 im Idealfall so zusammengefügt sind, dass sie fest aneinanderhaften, existiert in der Praxis ein schmaler Freiraum. Da die magnetische Permeabilität des Freiraums annähernd gleich zu derjenigen von Vakuum ist, wirkt der Freiraum als Widerstand für den Magnetfluss, der sich zwischen dem Kernbauteil 1110 und dem Kamerabild 1120 verschieben soll. Da der magnetische Widerstand mit größer werdendem Freiraum ansteigt, kann ein Teil des Magnetflusses sich in dem Fall eines großen Freiraums nicht zwischen dem Kernbauteil 1110 und dem Kernbauteil 1120 verschieben.
Dies hat einen negativen Einfluss auf magnetische Sättigungseigenschaften eines Kerns, der generell in einer Stromsensorvorrichtung als Ganzes erforderlich ist. Beispielsweise wird ein maximaler Messstrom herabgesetzt. Die Koerzitivfeldstärke wird verschlechtert, das heißt, die Hysterese wird vergrößert.
Im Hinblick auf vorstehende und weitere Punkte ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromsensorvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine erforderliche magnetische Eigenschaft und eine erforderliche Ausgabeeigenschaft gewährleisten kann und die effizient mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann. Es ist ebenso eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für eine derartige Stromsensorvorrichtung zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Stromsensorvorrichtung zum Messen eines Stroms bereitgestellt. Die Stromsensorvorrichtung beinhaltet: einen Kern mit einer Lücke; und einen magnetischen Sensor, der in die Lücke des Kerns eingebracht ist und konfiguriert ist, um einen Magnetfluss, der in dem Kern in Antwort auf den Strom erzeugt wird, zu erfassen, wodurch der Strom gemessen wird. Der Kern beinhaltet ein erstes Kernbauteil und ein zweites Kernbauteil, die beide aus einem kornorientierten magnetischen Stahlblech gefertigt sind, das eine Vorzugsmagnetisierungsachse in einer vorbestimmten Richtung des kornorientierten magnetischen Stahlblechs aufweist. Das erste Kernbauteil und das zweite Kernbauteil sind in eine Mehrfachschichtstruktur gestapelt, so dass eine Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils und eine Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils senkrecht zueinander sind. Das erste Kernbauteil weist einen ersten Fangteil auf, der ein Fließen des Magnetflusses in dem ersten Kernbauteil in einer Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils unterdrückt. Das zweite Kernbauteil weist einen zweiten Fangteil auf, der ein Fließen des Magnetflusses in dem zweiten Kernbauteil in einer Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils unterdrückt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kerns einer Stromsensorvorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei die Stromsensorvorrichtung einen magnetischen Sensor beinhaltet, der in einer Lücke des Kerns eingebracht ist, um einen Magnetfluss, der in dem Kern in Antwort auf einen zu messenden Strom erzeugt wird, zu erfassen. Das Verfahren umfasst: Ausbilden eines ersten Kernbauteils, das aus einem kornorientierten magnetischen Stahlblech mit einer Vorzugsmagnetisierungsachse einer vorbestimmten Richtung des kornorientierten magnetischen Stahlblechs hergestellt ist und einen ersten Fangteil aufweist, der ein Fließen des Magnetflusses in dem ersten Kernbauteil in einer Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils unterdrückt; Ausbilden eines zweiten Kernbauteils, das aus einem kornorientierten magnetischen Stahlblech mit einer Vorzugsmagnetisierungsachse in einer vorbestimmten Richtung des kornorientierten magnetischen Stahlblechs gefertigt ist und einen zweiten Fangteil aufweist, der ein Fließen des Magnetflusses in dem zweiten Kernbauteil in einer Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils unterdrückt; und Stapeln des ersten Kernbauteils und des zweiten Kernbauteils in eine Mehrschichtstruktur, so dass die Vorzugsmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils und diejenige des zweiten Kernbauteils senkrecht zueinander sind.
Gemäß dem obigen ersten Aspekt und zweiten Aspekt kann das Fließen des Magnetflusses in dem ersten Kernbauteil in der Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils durch den ersten Fangteil unterdrückt werden. Das Fließen des Magnetflusses in dem zweiten Kernbauteil in der Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils kann durch den zweiten Fangteil unterdrückt werden. Aufgrund der Mehrschichtstruktur und dem ersten Fangteil und de zweiten Fangteil können das erste Kernbauteil und das zweite Kernbauteil miteinander kooperieren, um einen magnetischen Schaltkreis auszubilden, in dem der Magnetfluss in einen Vorzugsmagnetisierungsachsenbereich (das heißt einen Bereich, der sich in der Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse erstreckt und es dem Magnetfluss erlaubt, darin in der Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse zu fließen) geführt wird. Dadurch kann, sogar wenn ein Freiraum zwischen dem ersten Kernbauteil und dem zweiten Kernbauteil besteht, die Stromsensorvorrichtung eine ideale Eigenschaft einer Ausgabe in Antwort auf einen zu messenden Strom zur Verfügung stellen.
Die vorhergehenden und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus nachstehender detaillierter Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:

1 eine perspektivische Explosionsansicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
2 eine perspektivische Ansicht einer montierten Stromsensorvorrichtung gemäß der einen Ausführungsform;
3A eine perspektivische Ansicht eines ersten Kernbauteils und 3B eine perspektivische Ansicht eines zweiten Kernbauteils gemäß der einen Ausführungsform;
4A bis 4C Diagramme eines magnetischen Pfads, der in einem Kern gemäß der einen Ausführungsform ausgebildet ist;
5 bis 12 Diagramme von Herstellungsverarbeitungen eines Kerns gemäß der einen Ausführungsform;
13 ein Diagramm einer magnetischen Eigenschaft gemäß der einen Ausführungsform;
14 ein Diagramm der magnetischen Eigenschaft in der Umgebung des Nullpunkts gemäß 13;
15 ein Diagramm einer Eigenschaft einer Ausgangsspannung bezüglich eines Eingangsstroms gemäß der einen Ausführungsform;
16 eine perspektivische Explosionsansicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einer ersten Abwandlung der einen Ausführungsform;
17 eine perspektivische Ansicht einer montierten Stromsensorvorrichtung gemäß der ersten Abwandlung der einen Ausführungsform;
18A eine perspektivische Ansicht eines ersten Kernbauteils und 18B eine perspektivische Ansicht eines zweiten Kernbauteils gemäß der ersten Abwandlung der einen Ausführungsform;
19 eine perspektivische Explosionsansicht einer Stromsensorvorrichtung gemäß einer zweiten Abwandlung der einen Ausführungsform;
20 eine perspektivische Ansicht einer montierten Stromsensorvorrichtung gemäß der zweiten Abwandlung der einen Ausführungsform;
21A eine Draufsicht eines ersten Kernbauteils und 21B eine Draufsicht eines zweiten Kernbauteils gemäß der zweiten Abwandlung der einen Ausführungsform;
22A ein Diagramm einer Verteilung eines Magnetflusses in einem ersten Kernbauteil und 22B ein Diagramm einer Verteilung eines Magnetflusses in einem zweiten Kernbauteil gemäß der zweiten Abwandlung der einen Ausführungsform;
23 ein Diagramm einer Beziehung zwischen einer Magnetflussdichte und einer Koerzitivfeldstärke eines kornorientierten magnetischen Stahlblechs;
24 ein Diagramm einer Koerzitivfeldstärke und einer Magnetflussdichte von Permalloy und kornorientiertem magnetischem Stahlblech;
25A und 25B Diagramme eines Beispiels eines Kerns, der aus einem kornorientierten magnetischen Stahlblech hergestellt ist;
26 ein Diagramm eines Beispiels eines Kerns, der aus Permalloy hergestellt ist; und
27A bis 27C Diagramme eines magnetischen Pfads eines Kerns mit gestapelten kornorientierten magnetischen Stahlblechen.

Die exemplarischen Ausführungsformen werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer Stromsensorvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform. 2 zeigt eine montierte Stromsensorvorrichtung 100 gemäß der einen Ausführungsform.
Die Stromsensorvorrichtung 100 beinhaltet einen Kern 110 und einen magnetischen Sensor 120.
Ein leitender Draht tritt durch den Kern 110 hindurch. Wenn ein Strom in dem leitenden Draht fließt, fließt in dem Kern 110 ein Magnetfluss in Antwort auf den fließenden Strom. Der Kern 110 bildet einen magnetischen Pfad aus. Der Kern 110 weist eine Lücke 130 in dem Verlauf des magnetischen Pfads auf. Der magnetische Sensor ist in die Lücke 130 eingebracht.
Der Magnetfluss, der in dem Kern 110 fließt, tritt durch den magnetischen Sensor 120 an der Lücke 130 hindurch. Der magnetische Sensor 120 beinhaltet beispielsweise ein Hall-Element oder dergleichen und gibt ein elektrisches Signal, das den durch ihn durchtretenden Magnetfluss angibt, aus. Das elektrische Signal, das von dem magnetischen Sensor 120 ausgegeben wird, ist proportional zu dem Strom, der in dem leitenden Draht fließt.
Der Kern 110 beinhaltet ein erstes Kernbauteil 111 und ein zweites Kernbauteil 112, die in eine Mehrschichtstruktur gestapelt sind. Der Kern 110 kann eine Mehrzahl erster Kernbauteile 111 und eine Mehrzahl zweiter Kernbauteile 112, die abwechselnd in eine Mehrschichtstruktur gestapelt sind, beinhalten.
3A zeigt eine perspektivische Ansicht des ersten Kernbauteils 111 und 3B zeigt eine perspektivische Ansicht des zweiten Kernbauteils 112.
Sowohl das erste Kernbauteil 111 als auch das zweite Kernbauteil 112 sind durch Pressen eines kornorientierten magnetischen Stahlblechs ausgebildet. Das kornorientierte magnetische Stahlblech wird ebenso kornorientiertes Siliziumstahlblech usw. genannt und weist eine Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ in einer bestimmten Richtung auf.
Sowohl das erste Kernbauteil 111 als auch das zweite Kernbauteil 112 sind in einer im Wesentlichen rechteckigen Ringform ausgebildet, die im Wesentlichen zwei kurzseitige Bereiche und zwei längsseitige Bereiche aufweist. Sowohl das erste Kernbauteil 111 als auch das zweite Kernbauteil 112 weisen eine Lücke 130 in der Mitte eines der kurzseitigen Bereiche auf. Das erste Kernbauteil 111 und das zweite Kernbauteil 112 sind ausgebildet, um im Wesentlichen die gleiche äußere Form aufzuweisen.
Das erste Kernbauteil 111 ist aus dem kornorientierten magnetischen Stahlblech geschnitten, so dass die Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des ersten Kernbauteils 111 parallel zu dem Seitenbereich (längsseitiger Bereich) ist, der angrenzend zu dem Seitenbereich (kurzseitiger Bereich) mit der Lücke 130 ist. Das zweite Kernbauteil 112 ist aus dem kornorientierten magnetischen Stahlblech geschnitten, so dass die Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des zweiten Kernbauteils 112 parallel zu dem Seitenbereich (kurzseitiger Bereich) mit der Lücke 130 ist.
Das erste Kernbauteil 111 und das zweite Kernbauteil 112 sind in eine Mehrschichtstruktur gestapelt, so dass die Anordnung der Lücke 130 des ersten Kernbauteils 111 mit derjenigen des zweiten Kernbauteils 112 übereinstimmt. Demzufolge weisen sowohl das erste Kernbauteil 111 als auch das zweite Kernbauteil 112 eine Mehrschichtstruktur auf, in der die Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des ersten Kernbauteils 111 und die Vorzugsmagnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils 112 senkrecht zueinander sind.
Das erste Kernbauteil 111 weist eine Mehrzahl erster Fangteile 141, 142 und 143 auf. Das erste Fangteil 141 ist in dem kurzseitigen Bereich, der dem anderen kurzseitigen Bereich mit der Lücke 130 gegenüberliegt, ausgebildet. Die ersten Fangteile 142 und 143 sind in dem kurzseitigen Bereich mit der Lücke 130 ausgebildet, so dass die ersten Fangteile 142 und 143 jeweils in Endteilen des kurzseitigen Bereichs mit der Lücke 130 ausgebildet sind. In 3A sind die ersten Fangteile 142 und 143 an gegenüberliegenden Seiten der Lücke 130 angeordnet. Die ersten Fangteile 141, 142 und 143 unterdrücken das Einfließen des Magnetflusses in eine Richtung parallel zu dem kurzseitigen Bereich des ersten Kernbauteils 111, das heißt in eine Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des ersten Kernbauteils 111.
Das zweite Kernbauteil 112 weist eine Mehrzahl von zweiten Fangteilen 151, 152, 153 und 154 auf. Die zweiten Fangteile 151 und 152 sind annähernd an Enden des einen längsseitigen Bereichs angrenzend zu dem kurzseitigen Bereich mit der Lücke 130 ausgebildet. Die zweiten Fangteile 153 und 154 sind annähernd an Enden des anderen längsseitigen Bereichs angrenzend zu dem kurzseitigen Bereich mit der Lücke 130 ausgebildet. Die zweiten Fangteile 151 bis 154 unterdrücken das Einfließen des Magnetflusses in eine Richtung des längsseitigen Bereichs des zweiten Kernbauteils 112, das heißt in den Seitenabschnitt senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des zweiten Kernbauteils 112.
Beispielsweise kann der Kern 110 so konstruiert sein, dass die Mehrzahl erster Kernbauteile 111 und die Mehrzahl zweiter Kernbauteile 112 abwechselnd in einer elfschichtigen Struktur gestapelt sind. Vorstehend sind das erste Kernbauteil 111 und das zweite Kernbauteil 112 so angeordnet, dass an einer Ecke des Kerns 110 ein Seitenbereich (längsseitiger Bereich) des ersten Kernbauteils 111, der sich in Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ erstreckt, einen Seitenbereich (kurzseitiger Bereich) des zweiten Kernbauteils 112, der sich in Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ erstreckt, überlappt. An der Ecke des Kerns 110 ist der Magnetfluss, der in dem ersten Kernbauteil 111 fließt, aufgrund der ersten Fangteile 141, 142 und 143 unterbunden, um in die Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des ersten Kernbauteils 111 zu fließen. An der Ecke des Kerns 110 ist der Magnetfluss, der in dem zweiten Kernbauteil 112 fließt, aufgrund der zweiten Fangteile 151 bis 153 unterbunden, um in die Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des zweiten Kernbauteils 112 zu fließen.
4A bis 4C sind Diagramme zur Erläuterung eines magnetischen Pfads, der in dem Kern 110 ausgebildet ist.
In 4A bis 4C bildet die Schraffurdichte einen Unterschied der magnetischen Permeabilität ab. Die hohe Schraffurdichte bildet einen Bereich mit geringer magnetischer Permeabilität ab. Die niedrige Schraffurdichte bildet einen Bereich mit großer magnetischer Permeabilität ab.
Das erste Kernbauteil 111 ist so verarbeitet, dass: das erste Kernbauteil 111 eine Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ in einer Richtung der langen Seite des ersten Kernbauteils 111 (das heißt einer Richtung des längsseitigen Bereichs des ersten Kernbauteils 111) aufweist und eine Richtung der kurzen Seite (das heißt eine Richtung des kurzseitigen Bereichs) senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ ist. Demzufolge weist das erste Kernbauteil 111 eine große magnetische Permeabilität in der Richtung der langen Seite und eine kleine magnetische Permeabilität in der Richtung der kurzen Seite auf.
Demgegenüber ist das zweite Kernbauteil 112 so verarbeitet, dass: das zweite Kernbauteil 112 eine Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ in einer Richtung der kurzen Seite des zweiten Kernbauteils 112 (das heißt einer Richtung des kurzseitigen Bereichs des zweiten Kernbauteils 112) aufweist und eine Richtung der langen Seite (eine Richtung des längsseitigen Bereichs) senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ ist. Demzufolge weist das Kernbauteil 111 eine kleine magnetische Permeabilität in der Richtung der langen Seite und eine große magnetische Permeabilität in der Richtung der kurzen Seite auf.
Das erste Kernbauteil 111 und das zweite Kernbauteil 112 sind miteinander gestapelt.
4C zeigt die gestapelten Kernbauteile 112 und 112, die zum besseren Verständnis gegen den Uhrzeigersinn ausgerollt sind.
Wird die magnetische Permeabilität für den Magnetfluss gegen den Uhrzeigersinn zwischen dem Kernbauteil 111 und dem Kernbauteil 112 bei Punkt „a“ verglichen, ist die magnetische Permeabilität des Kernbauteils 112 vorwiegend größer als die magnetische Permeabilität des Kernbauteils 111 und somit passiert der gesamte Magnetfluss das Kernbauteil 112.
In einem Intervall von Punkt „a“ bis Punkt „c“ ist die magnetische Permeabilität des Kernbauteils 112 abfallend, während die magnetische Permeabilität des Kernbauteils 111 ansteigend ist. An dem Punkt „b“ sind die magnetische Permeabilität des ersten Kernbauteils 111 und diejenige des zweiten Kernbauteils 112 im Wesentlichen gleich.
In der Umgebung des Punkts „b“ ist der Magnetfluss in dem ersten Kernbauteil 111 und dem zweiten Kernbauteil 112 einheitlich verteilt. In Annäherung an den Punkt „c“ ist die magnetische Permeabilität des Kernbauteils 111 größer. Demzufolge wird in einem Intervall zwischen dem Punkt „c“ und dem Punkt „d“ der Magnetfluss von dem Kernbauteil 111 zu dem Kernbauteil 112 hin verschoben.
Nachdem der Magnetfluss den Punkt „d“ passiert hat, passiert der Magnetfluss ein Intervall zwischen dem Punkt „d“ und dem Punkt „e“. In dem Intervall von Punkt „d“ bis Punkt „e“ nimmt die magnetische Permeabilität des Kernbauteils 111 ab und die magnetische Permeabilität des Kernbauteils 112 nimmt zu. Demzufolge wird der Magnetfluss von dem Kernbauteil 111 zu dem Kernbauteil 112 hin verschoben.
In einem Intervall zwischen dem Punkt „f“ und dem Punkt „g“ wird der gesamte Magnetfluss in das Kernbauteil 112 verschoben. Auf gleiche Weise wird der Magnetfluss in einem Intervall zwischen dem Punkt „g“ und dem Punkt „i“ und in einem Intervall zwischen dem Punkt „k“ und dem Punkt „n“ verschoben.
Wie aus Vorstehendem ersichtlich, passiert der Magnetfluss, der durch einen Messzielstrom erzeugt wird, eine Vorzugsmagnetisierungsachsenbereich (das heißt einen Bereich, der sich in Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ erstreckt und dem Magnetfluss erlaubt, in Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ zu fließen) der Kernbauteile 111 und 112, fließt aber nicht in einem Bereich senkrecht zu dem Vorzugsmagnetisierungsachsenbereich. Darüber hinaus kann der Kern 110 einen magnetischen Schaltkreis, in dem der Magnetfluss zwischen dem Kernbauteil 111 und dem Kernbauteil 112 an vier Ecken des Kerns 110 verschoben wird, ausbilden oder als solcher funktionieren. Das heißt, der Kern 110 kann einen magnetischen Schaltkreis, der selektiv einen Bereich mit der geeigneten magnetischen Eigenschaft verwendet, ausbilden oder als solcher funktionieren.
Im Idealfall sind das Kernbauteil 111 und das Kernbauteil 112 zusammengefügt, um fest aneinanderzuhaften. Existiert ein winziger Freiraum zwischen dem Kernbauteil 111 und dem Kernbauteil 112, kann der winzige Freiraum als Widerstand für den Magnetfluss, der zwischen den Kernbauteilen 111 und 112 verschoben werden soll, wirken. Dies kommt daher, dass die magnetische Permeabilität des Freiraums im Wesentlichen gleich zu derjenigen von Vakuum ist. Die magnetische Permeabilität ist mit ansteigendem Freiraum generell größer. Da der Freiraum das Verschieben des Magnetflusses erschweren kann, ist es möglich, dass die magnetische Sättigungseigenschaft, die den maximalen Messstrom beeinflusst, und die Koerzitivfeldstärke, die die Hysterese beeinflusst, herabgesetzt werden.
Im Hinblick auf Vorstehendes ist ein Durchgangsloch, das als ein Fangteil fungiert, in einem Bereich des ersten Kernbauteils 111, der sich in der Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des ersten Kernbauteils 111 erstreckt, vorgesehen. Des Weiteren ist ein Durchgangsloch, das als ein Fangteil fungiert, in einem Bereich des zweiten Kernbauteils 112, der sich in einer Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des zweiten Kernbauteils 112 erstreckt, vorgesehen. Dadurch wird eine Querschnittsfläche des Bereichs, der sich in der Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ erstreckt, vergrößert. Demzufolge wird verhindert, dass der Magnetfluss in diesen Bereich fließt (z. B. ein Intervall zwischen dem Punkt „c“ und dem Punkt „d“ in dem zweiten Kernbauteil 112). Auf vorstehende Weise ist die Verschiebung des Magnetflusses zwischen den Kernbauteilen gesichert und die magnetische Sättigungseigenschaft und die Koerzitivfeldstärke sind verbessert.
Der Magnetfluss fließt in dem Kern 110 auf solche Weise, dass der Magnetfluss in den längsseitigen Bereichen des ersten Kernbauteils 111 angrenzend zu dem kurzseitigen Bereich mit der Lücke 130 fließt und der Magnetfluss in den kurzseitigen Bereichen des zweiten Kernbauteils 112 fließt. Vorstehend sind die kurzseitigen Bereiche des zweiten Kernbauteils 112 ein kurzseitiger Bereich mit der Lücke 130 und der andere kurzseitige Bereich gegenüber dem kurzseitigen Bereich mit der Lücke 130.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die kurzseitigen Bereiche des ersten Kernbauteils 111 Bereiche, die sich nicht in der Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des ersten Kernbauteils 111 erstrecken. Die ersten Fangteile 141 bis 143 unterdrücken die Versorgung mit Magnetfluss der kurzseitigen Bereiche des ersten Kernbauteils 111, während sie die Versorgung mit Magnetfluss der kurzseitigen Bereiche des zweiten Kernbauteils 112 unterstützen. Die längsseitigen Bereiche des zweiten Kernbauteils 112 sind Bereiche, die sich nicht in die Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des zweiten Kernbauteils 112 erstrecken. Die zweiten Fangteile 151 bis 154 unterdrücken die Versorgung mit Magnetfluss der längsseitigen Bereiche des zweiten Kernbauteils 112, während sie die Versorgung mit Magnetfluss der längsseitigen Bereiche des ersten Kernbauteils 111 unterstützen. An einem Eckteil des Kerns 110 überlappt ein Seitenbereich (z. B. längsseitiger Bereich) des ersten Kernbauteils 111, der sich in der Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ erstreckt, einen Seitenbereich (z. B. kurzseitiger Bereich) des zweiten Kernbauteils 112, der sich in der Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ erstreckt. An dem Eckteil des Kerns 110 fließt aufgrund der ersten Fangteile 141 bis 143 und der zweiten Fangteile 151 bis 154 der Magnetfluss in der Dickenrichtung des ersten Kernbauteils 111 und des zweiten Kernbauteils 112. Dann wird der Magnetfluss dem Seitenbereich des ersten Kernbauteils 111 oder zweiten Kernbauteils 112, der sich in der Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ erstreckt, zur Verfügung gestellt.
Auf vorstehende Weise ist es möglich, das Fließen des Magnetflusses zu verbessern und Fehler zu reduzieren.
Nachstehend wird ein Herstellungsverfahren eines Kerns 110 der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
5 bis 12 sind Diagramme, die Herstellungsverarbeitungen des Kerns 110 zeigen.
Ein kornorientiertes magnetisches Stahlblech mit einer Streifenform und einer Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ in einer Erstreckungsrichtung der Streifenform wird gepresst. In dem kornorientierten magnetischen Stahlblech werden eine erste Region „a1“ und eine zweite Region „a2“ abwechselnd angeordnet. In der ersten Region „a1“ ist das erste Kernbauteil 111 auszubilden. In der zweiten Region „a2“ ist das zweite Kernbauteil 112 auszubilden.
Die ersten Fangteile 141 bis 143, ein Mittellochteil 144, die Lücke 130 und ein Befestigungsteil (attachment part) 145 sind der ersten Region „a1“ ausgebildet.
Wie in 5 dargestellt, ist das erste Kernbauteil 111 in der ersten Region „a2“ ausgebildet, so dass die Erstreckungsrichtung der längsseitigen Bereiche des ersten Kernbauteils 111 parallel zur Vorzugsmagnetisierungsachse des kornorientierten magnetischen Stahlblechs ist. Die Befestigungsteile 145 sind an vier Ecken des ersten Kernbauteils 111 so ausgebildet, dass jeder Befestigungsteil 145 konkav auf einer vorderen Oberfläche des ersten Kernbauteils 111 und konvex auf einer hinteren Oberfläche des ersten Kernbauteils 111 ist. Die konkave Form des Befestigungsteils 145 auf der vorderen Oberfläche ist mit der konvexen Form des Befestigungsteils 145 auf der hinteren Oberfläche passgenau zusammenfügbar.
Die zweiten Fangteile 151 bis 154, ein Mittellochteil 155, die Lücke 130 und ein Befestigungsteil 156 sind in der Region „a2“ ausgebildet.
Wie in 5 dargestellt, ist das zweite Kernbauteil 112 in der zweiten Region „a2“ ausgebildet, so dass die Erstreckungsrichtung des kurzseitigen Bereichs des zweiten Kernbauteils 112 parallel zur Vorzugsmagnetisierungsachse des kornorientierten magnetischen Stahlblechs ist.
Somit sind, wie in 5 dargestellt, das erste Kernbauteil 111 und das zweite Kernbauteil 112 ausgebildet, um eine Lagebeziehung aufzuweisen, bei der das erste Kernbauteil 111 und das zweite Kernbauteil 112 auf dem kornorientierten magnetischen Stahlblech zueinander um 90 Grad gedreht sind.
Wie die Befestigungsteile 145 des ersten Kernbauteils 111 sind die Befestigungsteile 156 an vier Ecken des zweiten Kernbauteils 112 so ausgebildet, dass jedes Befestigungsteil 156 auf einer vorderen Oberfläche eine konkave Form und auf einer hinteren Oberfläche eine konvexe Form aufweist und die Befestigungsteile 156 in ihrer Lage jeweils den Befestigungsteilen 145 entsprechen. Jedes Befestigungsteil 156 ist so ausgebildet, dass die konkave Form auf der vorderen Oberfläche und die konvexe Form auf der hinteren Oberfläche passgenau zusammenfügbar sind.
Dann wird, wie in 6 dargestellt, die Region „a1“ zwischen einer oberen Form 161 und einer unteren Form 162 platziert. Die Region „a1“ des kornorientierten magnetischen Stahlblechs wird durch die obere Form 161 und die untere Form 162 gepresst, und das erste Kernbauteil 111 ist ausgeschnitten und befindet sich in der unteren Form 162, wie in 7 dargestellt.
Dann wird das kornorientierte magnetische Stahlblech, wie in 8 dargestellt, in einer Richtung des Pfeils „A1“ versetzt, so dass die Region „a“ zwischen der oberen Form 161 und der unteren Form 162 positioniert ist. Zusätzlich werden die obere Form 161 und die untere Form 162 in Richtung des Pfeils „R1“ um 90 Grad gedreht. Vorstehend versetzt ein Hantierungsmechanismus (handling mechanism) 163 das kornorientierte magnetische Stahlblech. Der Hantierungsmechanismus 163 beinhaltet beispielsweise einen Motor und einen Transportmechanismus. Der Transportmechanismus des Hantierungsmechanismus 163 ist passgenau mit dem kornorientierten magnetischen Stahlblech verbunden und versetzt das kornorientierte magnetische Stahlblech in die Richtung des Pfeils „A1“ unter Verwendung der Rotation des Motors.
Die obere Form 161 und die untere Form 162 werden durch einen Rotationsmechanismus 164 gedreht. Der Rotationsmechanismus 164 beinhaltet einen Motor und einen Geschwindigkeitsreduzierungsgetriebemechanismus. Die obere Form 161 und die untere Form 162 greifen mit dem Geschwindigkeitsreduzierungsgetriebemechanismus mittels eines Rahmens oder dergleichen ineinander und sind so konfiguriert, dass die Rotation des Motors die Rotation des Geschwindigkeitsreduzierungsgetriebemechanismus verursacht, die wiederum die Rotation der oberen Form 161 und der unteren Form 162 um 90 Grad verursacht.
Die Region „a2“ des kornorientierten magnetischen Stahlblechs wird durch die obere Form 161 und die untere Form 162 gepresst. Dadurch ist, wie in 9 dargestellt, das zweite Kernbauteil 112 ausgeschnitten und befindet sich in der unteren Form 162. Vorstehend drückt das zweite Kernbauteil 112 das vorhergehend ausgeschnittene erste Kernbauteil 111 in die untere Form 162.
Wird das erste Kernbauteil 111 durch das zweite Kernbauteil 112 in die untere Form 162 gedrückt, wird der konvexe Teil des Befestigungsteils 156 auf der unteren Oberfläche des zweiten Kernbauteils 112 mit dem konkaven Teil des Befestigungsteils 145 auf der oberen Oberfläche des ersten Kernbauteils 111 pressverbunden, und das erste Kernbauteil 111 und das zweite Kernbauteil 112 sind miteinander verbunden.
Vorstehend sind aufgrund der Rotation des oberen Form 161 und der unteren Form 162 um 90 Grad das erste Kernbauteil 111 und das zweite Kernbauteil 112 miteinander verbunden, so dass die Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des ersten Kernbauteils 111 und diejenige des zweiten Kernbauteils 112 senkrecht zueinander sind.
Dann wird das kornorientierte magnetische Stahlblech in der Richtung des Pfeils „A1“ versetzt. Die Region „a1“ wird zwischen der oberen Form 161 und der unteren Form 162 platziert. Die obere Form 161 und die untere Form 162 werden um 90 Grad in der Richtung des Pfeils „R2“ gedreht. Die Region „a1“ wird durch die obere Form 161 und die untere Form 162 gepresst; dadurch ist das erste Kernbauteil 111 ausgeschnitten und befindet sich in der unteren Form 162. Das ausgeschnittene erste Kernbauteil 111 wird auf das zweite Kernbauteil 112 gestapelt.
Die vorstehenden Verarbeitungen werden wiederholt. Demzufolge sind die ersten Kernbauteile 111 und die zweiten Kernbauteile 112 abwechselnd in der unteren Form 162 gestapelt, wie in 10 dargestellt. Wie in 10 dargestellt, wird die Positionierung der Region „a1“ so durchgeführt, dass sich die Region „a1“ zwischen der oberen Form 161 und der unteren Form 162 befindet. Wie in 11 dargestellt, wird das erste Kernbauteil 111 ausgeschnitten und in die untere Form 162 gepresst. Die gestapelten ersten und zweiten Kernbauteile 111, 112 werden aus der unteren Form 162 entfernt. Durch die vorstehenden Verarbeitungen ist der Kern 110 hergestellt.
12 ist eine Schnittdarstellung des Kerns 110.
Wie in 12 dargestellt, sind die Befestigungsteile 145 und 156 miteinander verbunden, wenn das erste Kernbauteil 111 und das zweite Kernbauteil 112 ausgeschnitten und gepresst werden. Dadurch sind die gestapelten ersten und zweiten Kernbauteile 111, 112 miteinander verbunden. Gemäß diesem Weg wird das Stapeln zur gleichen Zeit durchgeführt wie das Pressen. Somit ist es möglich, die Herstellungseffizienz zu verbessern.
Nachstehend werden unvorhersagbare Vorteile der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
13 und 14 sind Diagramme zur Erläuterung magnetischer Eigenschaften der Stromsensorvorrichtung der einen Ausführungsform. Konkret zeigt 13 eine Eigenschaft der Magnetflussdichte als eine Funktion eines gemessenen Stroms. 14 zeigt die Eigenschaft der Magnetflussdichte in der Umgebung des Nullpunkts durch Vergrößerung von 13.
In 13 zeigt die durchgezogene Linie die Magnetflussdichte als eine Funktion des an einem Lückenteil des Kerns 110 gemessenen Stroms. Die gestrichelte Linie zeigt die Magnetflussdichte als eine Funktion des in einem Idealfall zu messenden Stroms.
Eine Linie, die eine Beziehung zwischen der Magnetflussdichte und dem zu messenden Strom abbildet, ist vorzugsweise eine gerade Linie, die durch den Nullpunkt geht, wie in 13 dargestellt. Jedoch ist eine Linie, die die tatsächliche Beziehung abbildet, eine gekrümmte Linie aufgrund der magnetischen Sättigung der Kernbauteile. Hierbei ist ein maximaler Messstrom als ein Stromwert definiert, an welchem die Magnetflussdichte B1 0,99-mal so groß ist wie eine ideale Magnetflussdichte B0 (das heißt B1 = 0,99 × B0).
15 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis einer Untersuchung der Kernqualität (positiv oder negativ) unter Verwendung des maximalen Messstroms und der maximalen Hysteresebreite zeigt.
In 15 steht der Ausdruck „MIT FANGSTELLE“ für die Eigenschaften des Kerns 110, in dem das erste Kernbauteil 111, das die ersten Fangteile 141 bis 143 aufweist, und das zweite Kernbauteil 112, das die zweiten Fangteile 151 bis 154 aufweist, abwechselnd in eine Mehrschichtstruktur gestapelt sind. In 15 steht der Ausdruck „OHNE FANGSTELLE“ für die Eigenschaften eines Kerns, in dem ein erstes Kernbauteil 111, das die ersten Fangteile 141 bis 143 nicht aufweist, und ein zweites Kernbauteil 112, das die zweiten Fangteile 151 bis 154 nicht aufweist, abwechselnd in eine Mehrschichtstruktur gestapelt sind. Der Kern 110 „MIT FANGSTELLE“ und der Kern „OHNE FANGSTELLE“ sind die gleichen außer der Anwesenheit und Abwesenheit von Fangteilen, das heißt entsprechen sich in Material, äußerer Form, Verarbeitungsverfahren, Wärmebehandlungsverfahren und dergleichen.
Wird der maximale Messstrom zwischen dem Kern 110 mit Fangteilen und dem Kern ohne Fangteile, wie in 15 dargestellt, verglichen, weist der Kern 110 mit Fangteilen einen maximalen Messstrom von 338,1 A (Ampere) auf und der Kern ohne Fangteile weist einen maximalen Messstrom von 322,9 A auf. Der Kern 110 mit Fangteilen weist einen fünfprozentigen Vorteil gegenüber dem Kern ohne Fangteile auf.
Hinsichtlich der Hysteresebreite weist der Kern 110 mit Fangteilen eine Hysteresebreite von 0,129 mT (Millitesla) (entsprechend 0,25 A) auf und der Kern ohne Fangteile weist eine Hysteresebreite von 0,109 mT (entsprechend 0,218 A) auf. Die Hysteresebreite von den beiden Kernen 110 mit Fangteilen und ohne Fangteile ist verglichen mit dem maximalen Messstrom vernachlässigbar. Es gibt keinen signifikanten Unterschied in der Hysterese zwischen dem Kern 110 mit Fangteilen und dem Kern ohne Fangteile.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Kern 110 wie nachstehend konfiguriert. Sowohl das erste Kernbauteil 111 als auch das zweite Kernbauteil 112 ist aus einem kornorientierten magnetischen Stahlblech hergestellt, das eine Vorzugsmagnetisierungsachse in einer vorbestimmten Richtung des kornorientierten magnetischen Stahlblechs aufweist. Die ersten und zweiten Kernbauteile 111, 112 sind abwechselnd in eine Mehrschichtstruktur gestapelt, so dass die Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils 111 und diejenige des zweiten Kernbauteils 112 senkrecht zueinander sind. Das erste Kernbauteil 111 weist die ersten Fangteile 141 bis 143 auf, die das Einfließen von Magnetfluss in das erste Kernbauteil 111 in der Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des ersten Kernbauteils 111 unterdrücken. Das zweite Kernbauteil 112 weist die zweiten Fangteile 151 bis 154 auf, die das Einfließen von Magnetfluss in das zweite Kernbauteil 112 in der Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des zweiten Kernbauteils 112 unterdrücken. Gemäß der vorstehenden Struktur ist es möglich, das Einfließen von Magnetfluss in der Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ zu unterdrücken, und es ist möglich, einen Magnetschaltkreis zu bilden, dessen magnetische Eigenschaft aufgrund des ersten Kernbauteils 111 und des zweiten Kernbauteils 112 verbessert ist. Daher ist es möglich, die magnetische Eigenschaft eines Kerns als Ganzes zu verbessern.
In dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist die Form der ersten Fangteile 141 bis 143 und der zweiten Fangteile 151 bis 154 viereckig. Alternativ kann die Form kreisförmig usw. sein.
16 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Stromsensorvorrichtung 200 gemäß einem ersten Abwandlungsbeispiel der einen Ausführungsform. 17 ist ein Diagramm, das die montierte Stromsensorvorrichtung 200 gemäß dem ersten Abwandlungsbeispiel der einen Ausführungsform zeigt. 18A ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Kernbauteils 211 und 18B ist eine perspektivische Ansicht eines zweiten Kernbauteils 212 gemäß dem ersten Abwandlungsbeispiel der einen Ausführungsform. Gleiche Bezugszeichen werden verwendet, um sich auf gleiche Teile in 1 bis 3 und 16 bis 18 zu beziehen. Somit wird auf die Erläuterung von einigen gleichen Teilen verzichtet.
In dem ersten Abwandlungsbeispiel ist die Form der ersten Fangteile 241 bis 244 und der zweiten Fangteile 251 bis 254 kreisförmig. Aufgrund der Kreisförmigkeit der ersten Fangteile 241 bis 244 und der zweiten Fangteile 251 bis 254 ist es möglich, auf einfache Art Festigkeit zu gewährleisten und das Auftreten von Verformung zu unterbinden.
In dem vorstehend beschriebenen Beispiel sind die ersten Fangteile 141 bis 143, 241 bis 244 und die zweiten Fangteile 151 bis 154, 251 bis 254 Durchgangslöcher, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Durchgangslöcher zu sein. Beispielsweise können die ersten Fangteile 141 bis 143, 241 bis 244 und die zweiten Fangteile 151 bis 154, 251 bis 254 Aussparungen oder dünne Teile sein, deren Dicke geringer ist als die anderer Teile der Kernbauteile 211, 212. In anderen Worten können die ersten Fangteile 141 bis 143, 241 bis 244 ausreichen, solange die ersten Fangteile 141 bis 143, 241 bis 244 eine Form oder Struktur aufweisen, die das Fließen von Magnetfluss in einen Bereich des ersten Kernbauteils 111, 211, der sich in einer Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des ersten Kernbauteils 111, 211 erstreckt, unterdrücken kann. Auf gleiche Weise können die zweiten Fangteile 151 bis 154, 251 bis 254 ausreichen, solange die zweiten Fangteile 151 bis 154, 251 bis 254 eine Form oder Struktur aufweisen, die das Fließen von Magnetfluss in einen Bereich des zweiten Kernbauteils 112, 212, der sich in einer Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des zweiten Kernbauteils 112, 212 erstreckt, unterdrücken kann.
In der vorliegenden Ausführungsform unterscheiden sich Bereiche mit den ersten Fangteilen 141 bis 143, 241 bis 244 und den zweiten Fangteilen 151 bis 154, 251 bis 253 zwangsläufig in ihrer magnetischen Permeabilität von Bereichen außer den Bereichen mit den ersten Fangteilen und den zweiten Fangteilen. Dadurch ist die magnetische Permeabilität rund um das erste Kernbauteil 111, 211 und um das zweite Kernbauteil 112, 212 nicht die gleiche.
19 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Stromsensorvorrichtung 300 gemäß einem zweiten Abwandlungsbeispiel der einen Ausführungsform. 20 ist ein Diagramm, das eine montierte Stromsensorvorrichtung 300 gemäß dem zweiten Abwandlungsbeispiel der einen Ausführungsform zeigt. 21A ist ein Diagramm, das ein erstes Kernbauteil 311 zeigt, und 21B ist ein Diagramm, das ein zweites Kernbauteil 312 zeigt.
Die Stromsensorvorrichtung 300 des zweiten Abwandlungsbeispiels beinhaltet einen Kern 310, der sich bezüglich seiner Struktur von dem Kern 110 und dem Kern 210 unterscheidet. Ein Material und eine äußere Form des ersten Kernbauteils 311 des zweiten Abwandlungsbeispiels sind gleich dem ersten Kernbauteil 111, 211. Ein Material und eine äußere Form des zweiten Kernbauteils 312 sind ebenso gleich dem zweiten Kernbauteil 112, 212. Jedoch unterscheidet sich ein erstes Fangteil 341 des ersten Kernbauteils 311 in Anzahl, Form und Ort von dem ersten Kernbauteil 111, 211. Ein zweites Fangteil 352 des zweiten Kernbauteils 312 unterscheidet sich ebenso in Anzahl, Form und Ort von dem zweiten Kernbauteil 112, 212. Das erste Kernbauteil 311 und das zweite Kernbauteil 312 können Crimpteile aufweisen.
Das erste Fangteil 341 ist in dem ersten Kernbauteil 311 ausgebildet und die zweiten Fangteile 351, 352 sind in dem zweiten Kernbauteil 312 ausgebildet. Jedes der ersten und zweiten Fangteile 341, 351 und 352 ist kreisförmig.
Die zweiten Fangteile 351, 352 sind jeweils in dem längsseitigen Bereich des zweiten Kernbauteils 312 ausgebildet, so dass die zweiten Fangteile 351, 352 in der Umgebung eines kurzseitigen Bereichs angeordnet sind, der nicht die Lücke „G“ aufweist und sich gegenüber dem kurzseitigen Bereich mit der Lücke „G“ befindet.
Das erste Fangteil 341 ist in einem kurzseitigen Bereich des ersten Kernbauteils 311 ausgebildet, so dass das erste Fangteil 351 annähernd in einer Mitte des kurzseitigen Bereichs angeordnet ist, der nicht die Lücke „G“ aufweist und sich gegenüber dem kurzseitigen Bereich mit der Lücke „G“ befindet.
In diesem Abwandlungsbeispiel ist die minimale Anzahl von Fangteilen, die das erste Fangteil 341 und die zweiten Fangteile 351, 352 sind, vorgesehen. Des Weiteren ist jedes Fangteil 341, 351 und 352 kreisförmig. Dadurch kann auf einfache Weise die Festigkeit gewährleistet werden und das Auftreten einer Verformung ist schwierig.
22A ist ein Diagramm, das eine Magnetflussverteilung in dem ersten Kernbauteil 311 zeigt, und 22B ist ein Diagramm, das unter Verwendung von Schraffurdichte eine Magnetflussverteilung in dem zweiten Kernbauteil 312 zeigt.
22A und 22B zeigen die Magnetflussverteilung in einem Fall, in dem das erste Kernbauteil 311 und das zweite Kernbauteil 312 in eine Mehrschichtstruktur gestapelt sind und ein Strom von annähernd 100 A durch den Mittelteil des ersten Kernbauteils 311 und des zweiten Kernbauteils 312 fließt. Wie in 22A und 22B dargestellt, haben eine Fläche um das erste Fangteil 341 und eine Fläche um das zweite Fangteil 351 eine geringe Schraffurdichte und eine geringe Magnetflussdichte. 22A und 22B zeigen, dass das erste Fangteil 341 und das zweite Fangteil 351 effektiv arbeiten.
In den vorstehend beschriebenen Beispielen sind die ersten Fangteile 141 bis 143, 241 bis 244 und 341 und die zweiten Fangteile 151 bis 154, 251 bis 254, 351 und 352 Durchgangslöcher, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Durchgangslöcher zu sein. Beispielsweise können die ersten Fangteile 141 bis 143, 241 bis 244 und 341 und die zweiten Fangteile 151 bis 154, 251 bis 254, 351 und 352 Aussparungen oder dünne Teile sein, deren Dicke geringer ist als die anderer Teile des Kernbauteils 111, 112, 211, 212, 311 und 312. In anderen Worten sind die ersten Fangteile 141 bis 143, 241 bis 244 und 341 ausreichend, solange die ersten Fangteile 141 bis 143, 241 bis 244 und 341 eine Form oder Struktur aufweisen, die das Fließen von Magnetfluss in einen Bereich des ersten Kernbauteils 111, 211, 311, der sich in einer Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des ersten Kernbauteils 111, 211, 311 erstreckt, unterdrücken kann. Auf gleiche Weise sind die zweiten Fangteile 151 bis 154, 251 bis 254, 351 und 352 ausreichend, solange die zweiten Fangteile 151 bis 154, 251 bis 254, 351 und 352 eine Form oder Struktur aufweisen, die das Fließen von Magnetfluss in einen Bereich des zweiten Kernbauteils 112, 212, 312, der sich in einer Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse „A“ des zweiten Kernbauteils 112, 212, 312 erstreckt, unterdrücken kann. In den vorstehend beschriebenen Beispielen weist jedes der ersten Kernbauteile 111, 211, 212, 312 und der zweiten Kernbauteile 112, 212, 312 eine rechteckige Ringform auf. Alternativ kann jedes der ersten Kernbauteile 111, 211, 212, 312 und der zweiten Kernbauteile 112, 212, 312 eine andere Form aufweisen.
In den vorstehenden Ausführungsformen unterscheiden sich Bereiche mit den ersten Fangteilen 141 bis 143, 241 bis 244 und 341 und den zweiten Fangteilen 151 bis 154, 251 bis 253, 351 und 352 zwangsläufig in ihrer magnetischen Permeabilität von anderen Bereichen als den Bereichen mit den ersten Fangteilen und den zweiten Fangteilen. Dadurch ist die magnetische Permeabilität rund um das erste Kernbauteil 111, 211, 311 und um das zweite Kernbauteil 112, 212, 312 nicht die gleiche.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine Stromsensorvorrichtung zum Messen eines Stroms zur Verfügung gestellt werden. Die Stromsensorvorrichtung beinhaltet einen Kern und einen magnetischen Sensor. Der Kern weist eine Lücke auf. Der magnetische Sensor wird in die Lücke des Kerns eingebracht und ist konfiguriert, um einen Magnetfluss, der in dem Kern in Antwort auf den Strom erzeugt wird, zu erfassen, wodurch der Strom gemessen wird. Der Kern beinhaltet ein erstes Kernbauteil und ein zweites Kernbauteil die beide aus einem kornorientiertem magnetischen Stahlblech gefertigt sind, das eine Vorzugsmagnetisierungsrichtung in einer vorbestimmten Richtung des kornorientierten magnetischen Stahlblechs aufweist. Das erste Kernbauteil und das zweite Kernbauteil sind in eine Mehrschichtstruktur gestapelt, so dass eine Richtung der Vorzugmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils und eine Richtung der Vorzugmagnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils senkrecht zueinander sind. Das erste Kernbauteil hat einen ersten Fangteil, der das Fließen eines Magnetflusses in dem ersten Kernbauteil in einer Richtung senkrecht zur Magnetisierungsachse des ersten Kernbauteils unterdrückt. Das zweite Kernbauteil hat einen zweiten Fangteil, der das Fließen eines Magnetflusses in dem zweiten Kernbauteil in einer Richtung senkrecht zur Magnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils unterdrückt.
Alternativ kann die vorstehende Stromsensorvorrichtung auf folgende Weisen konfiguriert sein.
Der erste Fangteil des ersten Kernbauteils kann ein Durchgangsloch sein, das in dem ersten Kernbauteil ausgebildet ist. Das zweite Fangteil des zweiten Kernbauteils kann ein Durchgangsloch sein, das in dem zweiten Kernbauteil ausgebildet ist.
Alternativ kann die vorstehende Stromsensorvorrichtung auf folgende Weisen konfiguriert sein.
Das erste Kernbauteil kann eine Mehrzahl erster Kernbauteile umfassen. Das zweite Kernbauteil kann eine Mehrzahl zweiter Kernbauteile umfassen. Die Mehrzahl der ersten Kernbauteile und die Mehrzahl der zweiten Kernbauteile kann abwechselnd in die Mehrfachstruktur gestapelt werden.
Alternativ kann die vorstehende Stromsensorvorrichtung auf folgende Weisen konfiguriert sein.
Der erste Fangteil kann an einem ersten Eingangs-/Ausgangsteil eines magnetischen Pfades, der in dem ersten Kernbauteil ausgebildet ist, angeordnet sein, wobei sich ausgehend von dem ersten Eingangs-/Ausgangsteil der magnetische Pfad in die Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils erstreckt. Der zweite Fangteil kann an einem zweiten Eingangs-/Ausgangsteil eines magnetischen Pfades, der in dem zweiten Kernbauteil ausgebildet ist, angeordnet sein, wobei sich ausgehend von dem zweiten Eingangs-/Ausgangsteil der magnetische Pfad in die Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils erstreckt.
Alternativ kann die vorstehende Stromsensorvorrichtung auf folgende Weisen konfiguriert sein.
Der erste Fangteil kann in dem ersten Kernbauteil so vorgesehen sein, dass das erste Kernbauteil ein integriertes Bauteil ist, in dem Bereiche miteinander verbunden sind. Der zweite Fangteil kann in dem zweiten Kernbauteil so vorgesehen sein, dass das zweite Kernbauteil ein integriertes Bauteil ist, in dem Bereiche miteinander verbunden sind.
Gemäß einem Weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung, kann ein Verfahren
zur Herstellung eines Kerns einer Stromsensorvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, wobei die Stromsensorvorrichtung einen magnetischen Sensor beinhaltet, der in einer Lücke des Kerns eingebracht ist, um einen Magnetfluss, der in dem Kern in Antwort auf einen zu messenden Strom erzeugt wird, zu erfassen. Das Verfahren umfasst: Ausbilden eines ersten Kernbauteils, das aus einem kornorientierten magnetischen Stahlblech mit einer Vorzugsmagnetisierungsachse einer vorbestimmten Richtung des kornorientierten magnetischen Stahlblechs hergestellt ist und einen ersten Fangteil aufweist, der ein Fließen des Magnetflusses in dem ersten Kernbauteil in einer Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils unterdrückt; Ausbilden eines zweiten Kernbauteils, das aus einem kornorientierten magnetischen Stahlblech mit einer Vorzugsmagnetisierungsachse in einer vorbestimmten Richtung des kornorientierten magnetischen Stahlblechs gefertigt ist und einen zweiten Fangteil aufweist, der ein Fließen des Magnetflusses in dem zweiten Kernbauteil in einer Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils unterdrückt; und Stapeln des ersten Kernbauteils und des zweiten Kernbauteils in eine Mehrschichtstruktur, so dass die Vorzugsmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils und diejenige des zweiten Kernbauteils senkrecht zueinander sind.
Gemäß der vorstehenden Stromsensorvorrichtung und dem Herstellungsverfahren sind sowohl das erste Kernbauteil sowie das zweite Kernbauteil aus einem kornorientierten magnetischen Stahlbleich gefertigt, das eine Vorzugsmagnetisierungsachse in einer vorbestimmten Richtung des kornorientierten magnetischen Stahlblechs aufweist. Das erste Kernbauteil und das zweite Kernbauteil sind in eine Mehrschichtstruktur gestapelt, so dass die Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils und die Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils senkrecht zueinander sind. Das erste Kernbauteil weist einen ersten Fangteil auf und das zweite Kernbauteil weist einen zweiten Fangteil auf. Das Fließen des Magnetflusses in dem ersten Kernbauteil in der Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils kann durch den ersten Fangteil unterdrückt werden. Das Fließen des Magnetflusses in dem zweiten Kernbauteil in der Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils kann durch den zweiten Fangteil unterdrückt werden. Aufgrund der Mehrschichtstruktur und den ersten und zweiten Fangteilen können das erste Kernbauteil und das zweite Kernbauteil miteinander kooperieren, um einen Magnetkreis auszubilden, in dem der Magnetfluss zu einer Vorzugsmagnetisierungsrichtungsbereich (das heißt ein Bereich, der sich in der Richtung der Vorzugsmagnetisierungsrichtung erstreckt, und dem Magnetfluss erlaubt, darin in der Richtung der Vorzugsmagnetisierungsrichtung zu fließen) geführt wird. Dadurch kann die Stromsensorvorrichtung sogar, wenn ein Freirau zwischen dem ersten Kernbauteil und dem zweiten Kernbauteil vorliegt, eine ideale Eigenschaft der Ausgabe in Antwort auf einen zu messenden Strom bereitstellen.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Stromsensorvorrichtung und ein Herstellverfahren dergleichen. Die Stromsensorvorrichtung beinhaltet: eine Kern mit einer Lücke; und einen magnetischen Sensor, der in die Lücke eingebracht ist. Der Kern beinhaltet ein erstes Kernbauteil und ein zweites Kernbauteil die beide aus einem kornorientierten magnetischen Stahlblech mit einer Vorzugsmagnetisierungsachse gefertigt sind. Das erste Kernbauteil und das zweite Kernbauteil sind in eine Mehrschichtstruktur gestapelt, so dass eine Richtung der Vorzugsmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils und des zweiten Kernbauteils senkrecht zueinander sind. Das erste Kernbauteil hat einen ersten Fangteil. Das zweite Kernbauteil hat einen zweiten Fangteil.

Claims

Stromsensorvorrichtung zum Messen eines Stroms, aufweisend: einen Kern (110, 210, 310) mit einer Lücke (130); und einen magnetischen Sensor (120), der in die Lücke (130) des Kerns (110, 210, 310) eingebracht und konfiguriert ist, um einen Magnetfluss, der in dem Kern (110, 210, 310) in Antwort auf den Strom erzeugt wird, zu erfassen, wodurch der Strom gemessen wird, wobei: der Kern (110, 210, 310) beinhaltet ein erstes Kernbauteil (111, 211, 311) und ein zweites Kernbauteil (112, 212, 312), die beide aus einem kornorientiertem magnetischen Stahlblech gefertigt sind, das eine Vorzugsmagnetisierungsrichtung in einer vorbestimmten Richtung des kornorientiertem magnetischen Stahlblechs aufweist; das erste Kernbauteil (111, 211, 311) und das zweite Kernbauteil (112, 212, 312) in eine Mehrschichtstruktur gestapelt sind, so dass eine Richtung der Vorzugmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils (111, 211, 311) und eine Richtung der Vorzugmagnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils (112, 212, 312) senkrecht zueinander sind; das erste Kernbauteil (111, 211, 311) einen ersten Fangteil (141 bis 143, 241 bis 244, 341) hat, der das Fließen eines Magnetflusses in dem ersten Kernbauteil (111, 211, 311) in einer Richtung senkrecht zur Magnetisierungsachse des ersten Kernbauteils (111, 211, 311) unterdrückt; und das zweite Kernbauteil (112, 212, 312) einen zweiten Fangteil (151 bis 154, 251 bis 254, 351, 352) hat, der das Fließen eines Magnetflusses in dem zweiten Kernbauteil (112, 212, 312) in einer Richtung senkrecht zur Magnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils (112, 212, 312) unterdrückt.
Stromsensorvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: der erste Fangteil (141 bis 143, 241 bis 244, 341) des ersten Kernbauteils (111, 211, 311) ein Durchgangsloch ist, das in dem ersten Kernbauteil (111, 211, 311) ausgebildet ist; und das zweite Fangteil (151 bis 154, 251 bis 254, 351, 352) des zweiten Kernbauteils (112, 212, 312) ein Durchgangsloch ist, das in dem zweiten Kernbauteil (112, 212, 312) ausgebildet ist.
Stromsensorvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei: das erste Kernbauteil (111, 211, 311) eine Mehrzahl erster Kernbauteile (111, 211, 311) umfasst; das zweite Kernbauteil (112, 212, 312) eine Mehrzahl zweiter Kernbauteile (112, 212, 312) umfasst; und der Kern (110, 210, 310) so konstruiert ist, dass die Mehrzahl der ersten Kernbauteile (111, 211, 311) und die Mehrzahl der zweiten Kernbauteile (112, 212, 312) abwechselnd in die Mehrfachstruktur gestapelt sind.
Stromsensorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: der erste Fangteil (141 bis 143, 241 bis 244, 341) an einem ersten Eingangs-/Ausgangsteil eines magnetischen Pfades, der in dem ersten Kernbauteil (111, 211, 311) ausgebildet ist, angeordnet ist, wobei sich ausgehend von dem ersten Eingangs-/Ausgangsteil der magnetische Pfad in die Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils (111, 211, 311) erstreckt; und der zweite Fangteil (151 bis 154, 251 bis 254, 351, 352) an einem zweiten Eingangs-/Ausgangsteil eines magnetischen Pfades, der in dem zweiten Kernbauteil (112, 212, 312) ausgebildet ist, angeordnet ist, wobei sich ausgehend von dem zweiten Eingangs-/Ausgangsteil der magnetische Pfad in die Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils (112, 212, 312) erstreckt.
Stromsensorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: der erste Fangteil (141 bis 143, 241 bis 244, 341) in dem ersten Kernbauteil (111, 211, 311) so vorgesehen ist, dass das erste Kernbauteil (111, 211, 311) ein integriertes Bauteil ist, in dem Bereiche miteinander verbunden sind; und der zweite Fangteil (151 bis 154, 251 bis 254, 351, 352) in dem zweiten Kernbauteil (112, 212, 312) so vorgesehen sein, dass das zweite Kernbauteil (112, 212, 312) ein integriertes Bauteil ist, in dem Bereiche miteinander verbunden sind.
Stromsensorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sowohl das erste Kernbauteil (111, 211, 311) als auch das zweite Kernbauteil (112, 212, 312) eine rechteckige Ringform haben, die zwei längsseitige Bereiche und zwei kurzseitige Bereiche hat; sich jeder der zwei kurzseitigen Bereiche des ersten Kernbauteils (111, 211, 311) in die Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils (111, 211, 311) erstreckt; sich jeder der zwei längsseitigen Bereiche des ersten Kernbauteils (111, 211, 311) in die Richtung parallel zur Vorzugsmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils (111, 211, 311) erstreckt; der erste Fangteil (141 bis 143, 241 bis 244, 341) in mindestens einer der zwei kurzseitigen Bereiche des ersten Kernbauteils (111, 211, 311) ausgebildet ist; sich jeder der zwei kurzseitigen Bereiche zweiten Kernbauteils (112, 212, 312) in der Richtung parallel zur Vorzugsmagnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils (112, 212, 312) erstreckt; sich jeder der zwei längsseitigen Bereiche des zweiten Kernbauteils (112, 212, 312) in der Richtung parallel zur Vorzugsmagnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils (112, 212, 312) erstreckt; und der zweite Fangteil (151 bis 154, 251 bis 254, 351, 352) in mindestens einem der zwei längsseitigen Bereiche des zweiten Kembauteils (112, 212, 312) in ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kerns (110, 210, 310) einer Stromsensorvorrichtung (100, 200, 300), wobei die Stromsensorvorrichtung einen magnetischen Sensor (120) beinhaltet, der in einer Lücke (130) des Kerns (110, 210, 310) eingebracht ist, um einen Magnetfluss, der in dem Kern (110, 210, 310) in Antwort auf einen zu messenden Strom erzeugt wird, zu erfassen, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden eines ersten Kernbauteils (111, 211, 311), das aus einem kornorientierten magnetischen Stahlblech mit einer Vorzugsmagnetisierungsachse einer vorbestimmten Richtung des kornorientiertem magnetischen Stahlblechs hergestellt ist und einen ersten Fangteil (141 bis 143, 241 bis 244, 341) aufweist, der ein Fließen des Magnetflusses in dem ersten Kernbauteil (111, 211, 311) in einer Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils (111, 211, 311) unterdrückt; Ausbilden eines zweiten Kernbauteils (112, 212, 312), das aus einem kornorientierten magnetischen Stahlblech mit einer Vorzugsmagnetisierungsachse in einer vorbestimmten Richtung des kornorientiertem magnetischen Stahlblechs gefertigt ist und einen zweiten Fangteil (151 bis 154, 251 bis 254, 351, 352) aufweist, der ein Fließen des Magnetflusses in dem zweiten Kernbauteil (112, 212, 312) in einer Richtung senkrecht zur Vorzugsmagnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils (112, 212, 312) unterdrückt; und Stapeln des ersten Kernbauteils (111, 211, 311) und des zweiten Kernbauteils (112, 212, 312) in eine Mehrschichtstruktur, so dass die Vorzugsmagnetisierungsachse des ersten Kernbauteils (111, 211, 311) und die Vorzeugsmagnetisierungsachse des zweiten Kernbauteils (112, 212, 312) senkrecht zueinander sind.
Verfahren gemäß Anspruch 7, des Weiteren umfassend: Ausbilden einer Region für das erste Kernbauteil (111, 211, 311) und einer weiteren Region für das zweite Kernbauteil (112, 212, 312) auf dem selben kernorientierten magnetischen Stahlblech, wobei das erste Kernbauteil (111, 211, 311) und das zweite Kernbauteil (112, 212, 312) durch Pressen des selben kernorientierten magnetischen Stahlblechs und Ausschneiden des ersten Kernbauteils (111, 211, 311) und des zweiten Kernbauteils (112, 212, 312) aus dem selben kernorientierten magnetischen Stahlblech ausgebildet werden.