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Querverweis auf zugehörige Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung basiert auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-233681 , eingereicht am 5. Dezember 2017, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme enthalten ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromsensor.
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BESCHREIBUNG DES ZUGEHÖRIGEN STANDES DER TECHNIK
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Herkömmlich ist ein Stromsensor bekannt, der ein magnetisches Erfassungselement zum Erfassen der Stärke eines durch einen zu messenden Strom erzeugten Magnetfelds enthält (siehe z.B.
JP-A-2016-200438 ). Durch Erfassen der Stärke des Magnetfelds mit dem magnetischen Erfassungselement ist es möglich, den Strom basierend auf der Stärke des Magnetfelds zu berechnen.
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In
JP-A-2016-200438 ist ein Stromsensor beschrieben, der Ströme erfasst, die durch zwei Stromschienen (Leiter) fließt, indem jeweils zwei magnetische Erfassungselemente verwendet werden. Es ist beschrieben, dass bei diesem Stromsensor der Einfluss des Stroms, der durch die Stromschiene fließt, die kein Ziel einer Stromerfassung ist, durch derartiges Anordnen der magnetischen Erfassungselemente unterdrückt wird, dass eine gerade Linie einer magnetischen Erfassungsrichtung (gerade Linie entlang einer Erfassungsachsenrichtung) der Stromschiene gegenüberliegt, die nicht ein Ziel einer Stromerfassung ist, bevorzugter derart, dass die gerade Linie einer magnetischen Erfassungsrichtung (gerade Linie entlang einer Erfassungsachsenrichtung) orthogonal zur Richtung des durch den Strom verursachten Magnetfelds ist, der durch die Stromschiene fließt, die nicht ein Ziel einer Stromerfassung ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Nun werden Dreiphasen-Wechselströme beispielsweise zwischen einem Inverter und einem Motor übertragen. Beim Stromsensor zum Messen der Ströme jeder Phase der Dreiphasen-Wechselströme ist es nötig, den Einfluss der Ströme zu minimieren, die durch die Stromschienen der anderen Phasen fließen, die nicht ein Ziel einer Stromerfassung am magnetischen Erfassungselement sind. Anders ausgedrückt ist es erwünscht, die Interferenz zwischen den drei Phasen zu minimieren.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stromsensor zur Verfügung zu stellen, der die Interferenz zwischen drei Phasen unterdrückt, um eine Verbesserung bezüglich einer Erfassungsgenauigkeit sicherzustellen.
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Um das obige Problem zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung einen Stromsensor zur Verfügung, der folgendes umfasst:
- drei Stromschienen, von welchen jede in einer Plattenform ausgebildet ist und durch welche jeweils Ströme jeweiliger Phasen von Dreiphasen-Wechselströmen fließen; und
- drei magnetische Erfassungselemente, um eine durch die durch die entsprechenden Stromschienen fließenden Ströme erzeugte Magnetfeldstärke zu erfassen;
- wobei die drei Stromschienen eine erste und eine zweite Stromschiene enthalten, die auf derartige Weise ausgerichtet und angeordnet sind, dass sie in einer Plattenbreitenrichtung voneinander beabstandet sind, und eine dritte Stromschiene, die auf derartige Weise angeordnet ist, dass ihre Plattendickenrichtung mit der Plattendickenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene übereinstimmt und ihre Längenrichtung orthogonal zur Längenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene ist,
- wobei die drei magnetischen Erfassungselemente ein erstes und ein zweites magnetisches Erfassungselement enthalten, die jeweils in der Plattendickenrichtung gegenüberliegend zu der ersten und der zweiten Stromschienen angeordnet sind, und ein drittes magnetisches Erfassungselement, das in der Plattendickenrichtung gegenüberliegend zur dritten Stromschiene angeordnet ist,
- wobei das erste und das zweite magnetische Erfassungselement magnetischen Erfassungselemente vom Gradienten-Erfassungstyp sind, die eine Differenz zwischen jeweils bei zwei magnetischen Erfassungspositionen erfassten Magnetfeldstärken ausgeben und auf derartige Weise angeordnet sind, das ihre Erfassungsachsenrichtung senkrecht zur Längenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene ist und in Bezug auf die Plattendickenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene geneigt ist,
- wobei das dritte magnetische Erfassungselement auf derartige Weise angeordnet ist, dass seine Erfassungsachsenrichtung mit der Plattenbreitenrichtung der dritten Stromschiene übereinstimmt.
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Punkte der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Strom zur Verfügung zu stellen, der die Interferenz zwischen drei Phasen unterdrückt, um eine Verbesserung bezüglich einer Erfassungsgenauigkeit sicherzustellen.
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Figurenliste
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- 1A ist eine Querschnittsansicht eines Stromsensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei sein Querschnitt senkrecht zu einer Längenrichtung einer ersten und einer zweiten Stromschiene ist;
- 1B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 1A-1A in 1A;
- 2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung von Stromschienen zeigt;
- 3A ist eine Kurve, die Änderungen der durch zwei magnetische Erfassungselemente eines ersten magnetischen Erfassungselements erfassten Magnetfeldstärken mit einem Winkel ϕ zeigt, wenn ein Gleichstrom durch eine erste Stromschiene geführt wird;
- 3B ist eine Kurve, die Änderungen der durch zwei magnetische Erfassungselemente eines zweiten magnetischen Erfassungselements erfassten Magnetfeldstärken mit dem Winkel ϕ zeigt, wenn ein Gleichstrom durch eine erste Stromschiene geführt wird;
- 4 ist eine Kurve, die eine Änderung der Ausgabe eines zweiten magnetischen Erfassungselements mit dem Winkel ϕ zeigt, wenn ein Gleichstrom durch die erste Stromschiene geführt wird; und
- 5 ist eine Querschnittsansicht, die einen Stromsensor gemäß einer Modifikation an der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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[Ausführungsform]
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
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1A und 1B zeigen einen Stromsensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wobei 1A eine Querschnittsansicht ist, die einen Querschnitt senkrecht zu einer Längenrichtung einer ersten und einer zweiten Stromschiene zeigt, und 1B eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 1A-1A in 1A ist. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung von Stromschienen zeigt. Wie es in den 1A, 1B und 2 gezeigt ist, enthält ein Stromsensor 1 drei Stromschienen 2 und drei magnetische Erfassungselemente 3. Es ist zu beachten, dass die magnetischen Erfassungselemente 3 in 2 weggelassen sind.
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Jede von Stromschienen 2 ist ein plattenartiger Leiter, der aus einem guten elektrischen Leiter, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium, hergestellt ist, und dient als eine Strompfad, durch den Strom fließt. Die Stromschienen 2 werden als z.B. eine Energieversorgungsleitung zwischen einem Motor und einem Inverter in einem elektrischen Fahrzeug oder einem Hybrid-Fahrzeug verwendet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben werden, bei welchem drei Stromschienen 2 entsprechend Dreiphasen-Wechselströmen verwendet werden. Die Dicken der Stromschienen 2 sind z.B. 3 mm.
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Die drei Stromschienen 2 enthalten eine erste Stromschiene 2a und eine zweite Stromschiene 2b, die auf derartige Weise ausgerichtet und angeordnet sind, dass sie in einer Plattenbreitenrichtung voneinander beabstandet sind, und eine dritte Stromschiene 2c, die auf derartige Weise angeordnet ist, dass ihre Plattendickenrichtung mit der Plattendickenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b übereinstimmt und ihre Längenrichtung orthogonal zur Längenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform fließt ein U-Phasen-Strom durch die ersten Stromschiene 2a, fließt ein V-Phasen-Strom durch die zweite Stromschiene 2b und fließt ein W-Phasen-Strom durch die dritte Stromschiene 2c.
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Hierin nachfolgend wird auf die Längenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b (die Plattenbreitenrichtung der dritten Stromschiene 2c) als die X-Richtung Bezug genommen, wird auf die Plattendickenrichtung jeder Sammelschiene 2a bis 2c als die Y-Richtung Bezug genommen und wird auf die Plattenbreitenrichtung (die Längenrichtung der dritten Stromschiene 2c) der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b als die Z-Richtung Bezug genommen. Die Abstände entlang der Y-Richtung zwischen der dritten Stromschiene 2c und der ersten Stromschiene 2a und zwischen der dritten Stromschiene 2c und der zweiten Stromschiene 2b sind dieselben Abstände.
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Die magnetischen Erfassungselemente 3 dienen zum Erfassen der Stärken der durch die durch die entsprechenden Stromschienen 2 fließenden Ströme erzeugten Magnetfelder. Die drei magnetischen Erfassungselemente 3 enthalten ein erstes und ein zweites magnetisches Erfassungselement 3a und 3b, die gegenüberliegend zu jeweils der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b in der Y-Richtung (der Plattendickenrichtung) angeordnet sind und so angeordnet sind, dass ihre Abstände d1 entlang der Y-Richtung (der Plattendickenrichtung) von der entsprechenden der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b gleich zueinander sind, und ein drittes magnetisches Erfassungselement 3c, das gegenüberliegend zur dritten Stromschiene 2c in der Y-Richtung (der Plattendickenrichtung) angeordnet ist. Das erste magnetische Erfassungselement 3a und das zweite magnetische Erfassungselement 3b sind Seite an Seite in der Z-Richtung angeordnet. Es ist zu beachten, dass, obwohl es erwünscht ist, dass der Abstand zwischen der zweiten Stromschiene 2b und dem zweiten magnetischen Erfassungselement 3b gleich dem Abstand zwischen der ersten Stromschiene 2a und dem ersten magnetischen Erfassungselement 3a ist, er aufgrund eines Herstellungsfehlers und von ähnlichem z.B. ein 0.99- bis 1.01-faches sein kann (in dem Fall, in welchem sie im Wesentlichen gleich sind).
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Hier sind die Abstände d1 zwischen den Stromschienen 2a und 2b und den magnetischen Erfassungselementen 3a und 3b spezifischer die Abstände von den Oberflächen der Stromschienen 2a und 2b auf der Seite der magnetischen Erfassungselementen 3a und 3b zu den zentralen Positionen (den zentralen Positionen in der Breitenrichtung, der Längenrichtung und der Dickenrichtung) der magnetischen Erfassungselemente 3a und 3b. Ähnlich ist der Abstand zwischen der dritten Stromschiene 2c und dem dritten magnetischen Erfassungselement 3c, das heißt der Abstand von der Oberfläche der dritten Stromschiene 2c auf der Seite des dritten magnetischen Erfassungselements 3c zur zentralen Position des dritten magnetischen Erfassungselements 3c, d3.
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Die drei magnetischen Erfassungselemente 3a bis 3c sind auf derartige Weise angeordnet, dass ihre zentralen Positionen gegenüberliegend zu den zentralen Positionen der Plattenbreitenrichtung der entsprechenden Stromschienen 2a bis 2c in der Dickenrichtung sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das dritte magnetische Erfassungselement 3c bei einer Position der dritten Stromschiene 2c auf der Seite der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b und zwischen der ersten Stromschiene 2a und der zweiten Stromschiene 2b in der Z-Richtung angeordnet. Spezifischer ist das dritte magnetische Erfassungselement 3c auf derartige Weise angeordnet, dass die zentrale Position des dritten magnetischen Erfassungselements 3c gegenüberliegend zu einer dazwischenliegenden Position zwischen der ersten Stromschiene 2a und der zweiten Stromschiene 2b in der Z-Richtung in der Y-Richtung (anders ausgedrückt ist die Z-Richtungs-Position der zentralen Position gleich der Z-Richtungs-Position der dazwischenliegenden Position zwischen der ersten Stromschiene 2a und der zweiten Stromschiene 2b).
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Durch Anordnen des dritten magnetischen Erfassungselements 3c auf der Seite der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b der dritten Stromschiene 2c ist es möglich, die Anordnungspositionen der drei magnetischen Erfassungselemente 3a bis 3c nahe zueinander zu bringen und sie auf einer gemeinsamen Leiterplatte (nicht gezeigt) zu montieren, um dadurch zu einer Größenreduktion des Stromsensors 1 beizutragen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern das dritte magnetische Erfassungselement 3c kann auf der gegenüberliegenden Seite der dritten Stromschiene 2c zu der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b angeordnet sein. In diesem Fall werden, da die Abstände zwischen dem dritten magnetischen Erfassungselement 3c und der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b erhöht sind, der Einfluss der Störung in Bezug auf das dritte magnetische Erfassungselement 3c (die Einflüsse der bei der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b erzeugten Magnetfelder) weiter unterdrückt.
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Beim Stromsensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird als das erste und das zweite magnetische Erfassungselement 3a und 3b ein magnetisches Erfassungselement von einem Gradienten-Erfassungstyp mit zwei magnetischen Erfassungspositionen A und B, um eine Differenz zwischen jeweils bei beiden magnetischen Erfassungspositionen erfassten magnetischen Feldstärken auszugeben, verwendet. Als das erste und das zweite magnetische Erfassungselement 3a und 3b kann beispielsweise ein GMR-(Giant Magneto Resistive Effect = Riesenmagnetowiderstandseffekt)Element vom Gradienten-Erfassungstyp verwendet werden.
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Bei den magnetischen Erfassungselementen 3 vom Gradienten-Erfassungstyp werden, da die Differenz zwischen den bei den magnetischen Erfassungspositionen A und B erfassten magnetischen Feldstärken ausgegeben wird, die Störungen, die als eine einheitliche Verteilung in Bezug auf den Raum angesehen werden können (wie beispielsweise Magnetfelder von Geräten, die bei ausreichend weiten Abständen angeordnet sind, Geomagnetismus und ähnliches), ausgelöscht. Das bedeutet, dass es durch Verwenden der magnetischen Erfassungselemente 3 vom Gradienten-Erfassungstyp möglich ist, die Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit aufgrund der Einflüsse der Störungen zu unterdrücken.
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(Unterdrückung der Interferenz zwischen der U-Phase und der V-Phase)
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Beim magnetischen Erfassungselement 3 vom Gradienten-Erfassungstyp werden, da die zwei magnetischen Erfassungspositionen A und B voneinander beabstandet sind, keine selben Magnetfeldstärken bei den magnetischen Erfassungspositionen A und B für die Störung erfasst, die eine nahe Magnetfeld-Erzeugungsposition und einen großen Magnetfeld-Gradienten bei den Positionen der magnetischen Erfassungselemente 3 hat. Dies würde ein Faktor eines Erfassungsfehlers sein. Daher würden die bei den Stromschienen 2 erzeugten Magnetfelder (Die zweite Stromschiene 2b für das erste magnetische Erfassungselement 3a und die erste Stromschiene 2a für das zweite magnetische Erfassungselement 3b, auf die hierin nachfolgend gemeinsam als „benachbarte Stromschienen 2“ Bezug genommen wird.), die nicht ein Zeil einer Stromerfassung sind, ein Faktor eines Erfassungsfehlers sein.
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Daher sind bei der vorliegenden Ausführungsform das erste und das zweite magnetische Erfassungselement 3a und 3b auf derartige Weise angeordnet, dass ihre Erfassungsachsenrichtungen senkrecht zur Y-Richtung (der Längenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b) sind und geneigt in Bezug auf die Y-Richtung (der Plattendickenrichtung) sind. Dies macht es möglich, die bei den zwei magnetischen Erfassungspositionen A und B des ersten und des zweiten magnetischen Erfassungselements 3a und 3b erfassten Magnetfelder von den benachbarten Stromschienen 2 auszugleichen, und macht es möglich, die Einflüsse der bei den benachbarten Stromschienen 2 erzeugten Magnetfelder zu unterdrücken. In den 1A und 1B ist die Erfassungsachse durch das Zeichen D bezeichnet.
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Weiterhin sind bei der vorliegenden Ausführungsform die Neigungswinkel θ (Absolutwert) der Erfassungsachsenrichtungen in Bezug auf die Y-Richtung (die Plattendickenrichtung) bei dem ersten und dem zweiten magnetischen Erfassungselement 3a und 3b derart eingestellt, dass sie im Wesentlichen dieselben Winkel sind, und die Neigungsrichtungen in Bezug auf die Y-Richtung (die Plattendickenrichtung) sind auf die entgegengesetzten Richtungen eingestellt. Beim Beispiel der 1A ist ein Fall gezeigt, bei welchem die Erfassungsachsenrichtung des ersten magnetischen Erfassungselements 3a, angeordnet auf der linken Seite der Figur, in der Gegenuhrzeigerrichtung geneigt ist, und die Erfassungsachsenrichtung des zweiten magnetischen Erfassungselements 3b, angeordnet auf der rechten Seite der Zeichnung, in der Uhrzeigerrichtung geneigt ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern es ist auch möglich, die Erfassungsachsenrichtung des ersten magnetischen Elements 3a in der Uhrzeigerrichtung zu neigen und die Erfassungsachsenrichtung des zweiten magnetischen Erfassungselements 3b in der Gegenuhrzeigerrichtung zu neigen. Die Neigungswinkel θ des ersten und des zweiten magnetischen Erfassungselements 3a und 3b werden später beschrieben werden.
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Die zwei magnetischen Erfassungselemente 3a und 3b sind angeordnet, um symmetrisch in Bezug auf eine Ebene zu sein, die eine Normalenrichtung in der Z-Richtung (der Plattenbreitenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b), das heißt der XY-Ebene, hat. Im Übrigen enthält die Symmetrie hier auch, dass die magnetischen Erfassungspositionen A und B der zwei magnetischen Erfassungselemente 3a und 3b symmetrisch angeordnet sind. Anders ausgedrückt sind das erste und das zweite magnetische Erfassungselement 3a und 3b so angeordnet, dass die magnetischen Erfassungspositionen A und B in einer Querschnittsansicht senkrecht zur Y-Richtung (der Längenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b) beidseitig symmetrisch sind. Durch symmetrisches Anordnen der zwei magnetischen Erfassungselemente 3a und 3b ist es möglich, die Amplituden der durch die zwei magnetischen Erfassungselemente 3a und 3b erfassten Magnetflussdichten auszugleichen, so dass das Handhaben des Stromsensors 1 (Management einer Erfassungsgenauigkeit und ähnliches) einfach wird.
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(Unterdrückung der Interferenzen zwischen der U-Phase und der V-Phase und der W-Phase)
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die dritte Stromschiene 2c angeordnet, um senkrecht zu der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b zu sein. Daher ist die Richtung des durch den durch die dritte Stromschiene 2c fließenden Strom erzeugten Magnetfelds im Wesentlichen senkrecht zur Erfassungsachse D bei den magnetischen Erfassungsposition A und B des ersten und des zweiten magnetischen Erfassungselements 3a und 3b. Daher wird der Einfluss des durch den durch die dritte Stromschiene 2c fließenden Strom erzeugten Magnetfelds an den Erfassungsergebnissen des ersten und des zweiten magnetischen Erfassungselements 3a und 3b unterdrückt.
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Um den Einfluss des durch den durch die dritte Stromschiene 2c fließenden Strom erzeugten Magnetfelds weiter zu unterdrücken, ist es vorzuziehen, dass die zentralen Positionen des ersten und des zweiten magnetischen Erfassungselements 3a und 3b gegenüberliegend der zentralen Position des Plattenbreitenrichtung der dritten Stromschiene 2c in der Y-Richtung (der Plattendickenrichtung) angeordnet sind.
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Weiterhin ist bei der vorliegenden Ausführungsform das dritte magnetische Erfassungselement 3c so angeordnet, dass seine Erfassungsachsenrichtung mit der X-Richtung (der Plattenbreitenrichtung der dritten Stromschiene 2c) übereinstimmt. Daher sind die Richtungen der durch die durch die erste und die zweite Stromschiene 2a und 2b fließenden Ströme erzeugten Magnetfelder im Wesentlichen senkrecht zur Erfassungsachse D bei den magnetischen Erfassungspositionen A und B des dritten magnetischen Erfassungselements 3c. Daher werden die Einflüsse der durch die durch die erste und die zweite Stromschiene 2a und 2b fließenden Ströme erzeugten Magnetfelder an dem Erfassungsergebnis des dritten magnetischen Erfassungselements 3c unterdrückt.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, um den Einfluss einer Störung zu unterdrücken, auch ein magnetisches Erfassungselement vom Gradienten-Erfassungstyp als das dritte magnetische Erfassungselement 3c verwendet. Jedoch kann, da das dritte magnetische Erfassungselement 3c unempfindlich gegenüber den durch die durch die erste und die zweite Stromschiene 2a und 2b fließenden Ströme erzeugen Magnetfelder ist, wie es oben beschrieben ist, ein magnetisches Erfassungselement von einem Typ, der die Größe des Magnetfelds bei einer magnetischen Erfassungsposition erfasst, für das magnetische Erfassungselement 3c verwendet werden.
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Ebenso ist es durch symmetrisches Anordnen des ersten und des zweiten magnetischen Erfassungselements 3a und 3b in Bezug auf die XY-Ebene, wie es oben beschrieben ist, möglich, die Amplituden der erfassten Magnetflussdichten auszugleichen, aber für das dritte magnetische Erfassungselement 3c ist es durch geeignetes Einstellen des Abstands d3 von der dritten Stromschiene 2c möglich, die Amplitude der erfassten Magnetflussdichte gleich denjenigen des ersten und des zweiten magnetischen Erfassungselements 3a und 3b zu machen.
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(In Bezug auf die Neigungswinkel θ des ersten und des zweiten magnetischen Erfassungselements 3a und 3b)
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Im Fall eines Verwendens der magnetischen Erfassungselemente 3a und 3b mit einem Abstand d zwischen den magnetischen Erfassungspositionen A und B von 1.2 mm wurden die bei den magnetischen Erfassungspositionen A und B von den beiden magnetischen Erfassungselementen 3a und 3b erfassten Magnetfeldstärken, wenn die Neigungswinkel θ verändert wurden, durch Simulation gefunden. Bei der Simulation wurden die die Abstände d1 zwischen der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b und dem ersten und dem zweiten magnetischen Erfassungselement 3a und 3b auf 10 mm eingestellt, wurden die Anordnungszwischenräume in der Breitenrichtung der Stromschienen 2a und 2b und den magnetischen Erfassungselementen 3a und 3b (die Abstände zwischen den zentralen Positionen der Z-Richtung der Stromschienen 2a und 2b und den magnetischen Erfassungselementen 3a und 3b) auf 20.5 mm eingestellt, wurden die Breiten der Stromschienen 2a und 2b auf 15 mm eingestellt und wurden die Dicken der beiden Stromschienen 2a und 2b auf 3 mm eingestellt.
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3A zeigt Änderungen der Magnetfeldstärken (Magnetflussdichten), die bei den zwei magnetischen Erfassungspositionen A und B des ersten magnetischen Erfassungselements 3a erfasst sind, mit dem Winkel ϕ, wenn ein Gleichstrom durch die erste Stromschiene 2a geführt wird. Ebenso zeigt 3B Änderungen der Magnetfeldstärken (Magnetflussdichten), die bei den zwei magnetischen Erfassungspositionen A und B des zweiten magnetischen Erfassungselements 3b erfasst sind, mit dem Winkel ϕ, wenn ein Gleichstrom durch die erste Stromschiene 2a geführt wird. Weiterhin zeigt 4 eine Änderung der Ausgabe (der Differenz zwischen den Magnetflussdichten bei den magnetischen Erfassungspositionen A und B) des zweiten magnetischen Erfassungselements 3b mit dem Winkel ϕ, wenn ein Gleichstrom durch die erste Stromschiene 2a geführt wird. Es ist zu beachten, dass der Winkel ϕ der Winkel zwischen der Richtung senkrecht zu der Erfassungsachsenrichtung und der Y-Richtung (der Plattendickenrichtung) ist und durch ϕ = 90 - θ dargestellt wird (siehe 1A).
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In den 3A und 3B ist die Magnetflussdichte auf der vertikalen Achse in Bezug auf die bei der magnetischen Erfassungsposition B des ersten magnetischen Erfassungselements 3a dann erfassten Magnetflussdichte, wenn ϕ = 0 Grad gilt, normalisiert. Ebenso ist die Differenz zwischen den Magnetflussdichten auf der vertikalen Achse bei einem Wert normalisiert, bei welchem der Absolutwert maximal ist (die Differenz bezüglich der Magnetflussdichte bei einem Winkel ϕ von etwa 120 Grad).
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Wie es in 3A gezeigt ist, ändern sich dann, wenn gerade ein elektrischer Strom durch die entsprechende erste Stromschiene 2a fließt, wenn der Winkel ϕ (der Neigungswinkel θ) des ersten magnetischen Erfassungselements 3a geändert wird, die bei den beiden magnetischen Erfassungspositionen A und B erfassten Magnetflüsse periodisch. Es ist zu beachten, dass in 3A die bei den magnetischen Erfassungspositionen A und B des ersten magnetischen Erfassungselements 3a erfassten Magnetflussdichten gezeigt sind, wenn ein Strom durch die erste Stromschiene 2a geführt wird, aber dann, wenn ein Strom durch die zweite Stromschiene 2b geführt wird, die bei den magnetischen Erfassungspositionen A und B des zweiten magnetischen Erfassungselements 3b erfassten Magnetflussdichten auch dieselben Charakteristiken haben.
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Andererseits wird, wie es in 3B gezeigt ist, selbst dann, wenn gerade ein Strom durch die nicht entsprechende erste Stromschiene 2a fließt, die Magnetflussdichte bei den magnetischen Erfassungspositionen A und B des zweiten magnetischen Erfassungselements 3b erfasst. Ebenso ändern sich in diesem Fall, wenn der Winkel ϕ (der Neigungswinkel θ) des zweiten magnetischen Erfassungselements 3b geändert wird, ähnlich der 3A, die bei den beiden magnetischen Erfassungspositionen A und B erfassten Magnetflüsse periodisch. Wie es in 4 gezeigt ist, ändert sich auch die Ausgabe des zweiten magnetischen Erfassungselements 3b, das heißt die Differenz zwischen den bei den beiden magnetischen Erfassungspositionen A und B erfassten Magnetflussdichten, periodisch, wenn der Winkel ϕ (der Neigungswinkel θ) des zweiten magnetischen Erfassungselements 3b geändert wird. Es ist zu beachten, dass in den 3B und 4 die bei den magnetischen Erfassungspositionen A und B des ersten magnetischen Erfassungselements 3a erfassten Magnetflussdichten und die Differenz dazwischen gezeigt sind, wenn ein Strom durch die erste Stromschiene 2a geführt wird, aber dann, wenn ein Strom durch die zweite Stromschiene 2b geführt wird, die bei den magnetischen Erfassungspositionen A und B des zweiten magnetischen Erfassungselements 3b erfassten Magnetflussdichten und die Differenz dazwischen auch dieselben Charakteristiken haben.
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Hier haben, wie es durch skizzierte Pfeile in den 3B und 4 angezeigt ist, bei diesem Beispiel die bei den zwei magnetischen Erfassungspositionen A und B erfassten Magnetflussdichten dieselben Werte bei den Winkeln von etwa 70 Grad und etwa 170 Grad (der Neigungswinkel θ ist etwa 20 Grad und etwa -80 Grad) und die Ausgabe (die Differenz zwischen den bei den zwei magnetischen Erfassungspositionen A und B erfassten Magnetflussdichten) wird im Wesentlichen Null. Das bedeutet, dass es durch Einstellen des Winkels ϕ auf etwa 70 Grad oder etwa 170 Grad möglich ist, den Einfluss des Magnetfelds von der benachbarten Stromschiene 2 zu unterdrücken.
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Im Übrigen ist bei der herkömmlichen Technik, bei welcher das magnetische Erfassungselement so angeordnet ist, dass die Richtung der Erfassungsachse orthogonal zur Richtung des Magnetfelds von der benachbarten Stromschiene 2 ist, wie es durch den festen Pfeil in 3B angezeigt ist, der Winkel ϕ (der Neigungswinkel θ) auf einen Winkel eingestellt, bei welchem die erfasste Magnetfeldstärke 0 wird. Bei diesem Beispiel ist der Winkel ϕ auf etwa 30 Grad oder etwa 210 Grad eingestellt. Jedoch wird, wie es durch den festen Pfeil in 4 angezeigt ist, bei diesem Winkel die Differenz zwischen den bei den zwei magnetischen Erfassungspositionen A und B erfassten Magnetflussdichten nicht Null und der Einfluss des Magnetfelds von der benachbarten Stromschiene 2 kann nicht unterdrückt werden. Bei diesem Beispiel wird, wenn der Winkel ϕ gemäß der herkömmlichen Technik eingestellt ist, die Ausgabe des zweiten magnetischen Erfassungselements 3b im Wesentlichen der maximale Wert und wird der Einfluss des Magnetfelds von der benachbarten Stromschiene 2 sehr groß.
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Die in den 3 und 4 gezeigten Kennlinien verändern sich in Abhängigkeit von den Abständen d zwischen den magnetischen Erfassungspositionen A und B der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b und des ersten und des zweiten magnetischen Erfassungselements 3a und 3b, etc., und der optimale Neigungswinkel θ (Winkel ϕ) ändert sich auch demgemäß. Daher ist es angesichts der Anordnung der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b und des ersten und des zweiten magnetischen Erfassungselements 3a und 3b und von ähnlichem vorzuziehen, den Neigungswinkel θ (Winkel ϕ) einzustellen, bei welchem der Einfluss des Magnetfelds von der benachbarten Stromschiene 2 minimiert wird.
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Das Verhältnis Db / Da x 100 der Differenz Db zwischen den bei den zwei magnetischen Erfassungspositionen A und B durch den Strom erfassten Magnetfeldstärken, der durch die nicht entsprechende Stromschiene 2a, 2b (die benachbarte Stromschiene 2) fließt, zu der Differenz Da zwischen den bei den zwei magnetischen Erfassungspositionen A und B durch den Strom erfassten Magnetfeldstärken, der durch die entsprechende Stromschiene 2a, 2b fließt, ist erwünscht 0.5% oder weniger, erwünschter 0.1% oder weniger. Anders ausgedrückt ist der Winkel θ bevorzugt auf einen Winkel eingestellt, bei welchem das Verhältnis Db / Da x 100 0.5% oder weniger, bevorzugter 0.1% oder weniger, ist.
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(Betrieb und vorteilhafte Effekte der Ausführungsform)
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Wie es oben beschrieben ist, enthält der Stromsensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die erste und die zweite Stromschiene 2a und 2b, die auf derartige Weise ausgerichtet und angeordnet sind, dass sie in der Plattenbreitenrichtung voneinander beabstandet sind, die dritte Stromschiene 2c, die auf derartige Weise angeordnet ist, dass ihre Plattendickenrichtung mit der Plattendickenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b übereinstimmt und ihre Längenrichtung orthogonal zur Längenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b ist, das erste und das zweite magnetische Erfassungselement 3a und 3b, die gegenüberliegend zu jeweils der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b in der Plattendickenrichtung angeordnet sind, und das dritte magnetische Erfassungselement 3c, das gegenüberliegend zu der dritten Stromschiene 2c in der Plattendickenrichtung angeordnet ist. Weiterhin sind das erste und das zweite magnetische Erfassungselement 3a und 3b magnetische Erfassungselemente vom Gradienten-Erfassungstyp, die eine Differenz zwischen bei jeweils den zwei magnetischen Erfassungspositionen A und B erfassten Magnetfeldstärken ausgeben und auf derartige Weise angeordnet sind, dass ihre Erfassungsachsenrichtung senkrecht zur Längenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b ist und in Bezug auf die Plattendickenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b geneigt ist, und ist das dritte magnetische Erfassungselements 3c auf derartige Weise angeordnet, dass seine Erfassungsachsenrichtung mit der Plattenbreitenrichtung der dritten Stromschiene 2c übereinstimmt.
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Als Ergebnis ist es möglich, sowohl die Unterdrückung der Interferenz zwischen der U-Phase und der V-Phase als auch die Unterdrückung der Interferenz zwischen der U-Phase und der V-Phase und der W-Phase zu realisieren, und ist es möglich, den Stromsensor 1 hoher Genauigkeit mit den unterdrückten wechselseitigen Interferenzen zwischen den drei Phasen zu realisieren.
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(Modifikationen)
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Obwohl bei der obigen Ausführungsform der Fall beschrieben worden ist, bei welchem die Ströme der U-Phase und der V-Phase durch jeweils die erste und die zweite Stromschiene 2a und 2b, die parallel angeordnet sind, geführt werden, während der Strom der W-Phase durch die dritte Stromschiene 2c orthogonal dazu geführt wird, sind die Phasen der durch jede Stromschiene 2a bis 2c geführten Ströme nicht darauf beschränkt, sondern kann beispielsweise ein Strom der U-Phase durch die dritte Stromschiene 2c geführt werden.
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Weiterhin sind bei der obigen Ausführungsform die magnetischen Erfassungselemente 3a bis 3c auf der gegenüberliegenden Seite der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2c zur dritten Stromschiene 2c angeordnet, aber wie bei dem in 5 gezeigten Stromsensor 1a können die erste und die zweite Stromschiene 2a und 2b und die dritte Stromschiene 2c entfernt voneinander in der Dickenrichtung angeordnet sind, und jedes magnetische Erfassungselement 3a bis 3c kann zwischen der ersten und der zweiten Stromschiene 2a und 2b und der dritten Stromschiene 2c angeordnet sein.
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Weiterhin ist, obwohl bei der obigen Ausführungsform der Fall beschrieben worden ist, bei welchem der Abstand zwischen der ersten Stromschiene 2a und dem ersten magnetischen Erfassungselement 3a gleich dem Abstand zwischen der zweiten Stromschiene 2b und dem zweiten magnetischen Erfassungselement 3b ist, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern diese Abstände können unterschiedlich sein. Ebenso ist es in diesem Fall, wie bei der obigen Ausführungsform, erwünscht, dass das erste und das zweite magnetische Erfassungselement 3a und 3b so angeordnet sind, dass das Verhältnis Db / Da x 100 0.5% oder weniger ist. Es ist noch erwünschter, dass das erste und das zweite magnetische Erfassungselement 3a und 3b so angeordnet sind, dass das Verhältnis Db / Da x 100 0.1% oder weniger ist. Das bedeutet, dass in diesem Fall der Neigungswinkel des ersten magnetischen Erfassungselements 3a unterschiedlich vom Neigungswinkel des zweiten magnetischen Erfassungselement 3b ist. Es ist zu beachten, dass Neigungsrichtungen der zwei magnetischen Erfassungselemente 3 in Bezug auf die Dickenrichtung derart angeordnet sind, dass sie entgegengesetzte Richtungen sind, wie bei der obigen Ausführungsform.
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Weiterhin kann, obwohl es bei der obigen Ausführungsform nicht angegeben ist, ein Paar von Abschirmplatten auf derartige Weise vorgesehen sein, dass die Stromschienen 2a bis 2c und die magnetischen Erfassungselemente 3a bis 3c von der Dickenrichtung aus eingepfercht sind, um die Einflüsse aufgrund der Störungen weiter zu unterdrücken. Weiterhin können die Stromschienen 2 bis 2c und die magnetischen Erfassungselemente 3a bis 3c mit Formharz überzogen sein.
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(Zusammenfassung der Ausführungsform)
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Als nächstes werden die aus den oben beschriebenen Ausführungsformen verstandenen technischen Ideen mit der Hilfe von Bezugszeichen und ähnlichem bei den Ausführungsformen beschrieben werden. Es sollte jedoch beachtet werden, dass jedes der Bezugszeichen und ähnliches in der folgenden Beschreibung die Bestandteilselemente in den Ansprüchen nicht auf die Elemente und ähnliches beschränkt, die bei den Ausführungsformen spezifisch beschrieben sind.
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[1] Stromsensor (1) umfassend: drei Stromschienen (2), von welchen jede in einer Plattenform ausgebildet ist und durch welche jeweils Ströme einer jeweiligen Phase von Dreiphasen-Wechselströmen fließen; und drei magnetische Erfassungselemente (3), um eine durch die durch die entsprechenden Stromschienen (2) fließenden Ströme erzeugte Magnetfeldstärke zu erfassen, wobei die drei Stromschienen (2) eine erste und eine zweite Stromschiene (2a, 2b) enthalten, die auf derartige Weise ausgerichtet und angeordnet sind, dass sie in einer Plattenbreitenrichtung voneinander beabstandet sind, und eine dritte Stromschiene (2c), die auf derartige Weise angeordnet ist, dass ihre Plattendickenrichtung mit der Plattendickenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene (2a, 2b) übereinstimmt und ihre Längenrichtung orthogonal zur Längenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene (2a, 2b) ist, wobei die drei magnetischen Erfassungselemente (3) ein erstes und ein zweites magnetisches Erfassungselement (3a, 3b) enthalten, die in der Plattendickenrichtung jeweils gegenüberliegend zu der ersten und der zweiten Stromschiene (2a, 2b) angeordnet sind, und ein drittes magnetisches Erfassungselement (3c), das in der Plattendickenrichtung gegenüberliegend zu der dritten Stromschiene (2c) angeordnet ist, wobei das erste und das zweite magnetische Erfassungselement (3a, 3b) magnetische Erfassungselemente vom Gradienten-Erfassungstyp sind, die eine Differenz zwischen jeweils bei zwei magnetischen Erfassungsposition erfassten Magnetfeldstärken ausgeben und auf derartige Weise angeordnet sind, dass ihre Erfassungsachsenrichtung senkrecht zur Längenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene (2a, 2b) ist und in Bezug auf die Plattendickenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene (2a, 2b) geneigt ist, wobei das dritte magnetische Erfassungselement (3c) auf derartige Weise angeordnet ist, das seine Erfassungsachsenrichtung mit der Plattenbreitenrichtung der dritten Stromschiene (2c) übereinstimmt.
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[2] Stromsensor (1) nach [1] von oben, wobei das dritte magnetische Erfassungselement (3c) ein magnetisches Erfassungselement vom Gradienten-Erfassungstyp ist, das ein Differenz zwischen bei zwei magnetischen Erfassungspositionen erfassten Magnetfeldstärken ausgibt.
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[3] Stromsensor (1) nach [1] oder [2] von oben, wobei die erste und die zweite Stromschiene (2a, 2b) auf einer Seite der dritten Stromschiene (2c) in der Plattendickenrichtung angeordnet sind und das dritte magnetische Erfassungselement (3c) auf einer Seite der dritten Stromschiene (2c) angeordnet ist und die zweite Stromschiene bei einer Position auf einer Seite der dritten Stromschiene (2c) und zwischen der ersten Stromschiene und der zweiten Stromschiene in der Plattenbreitenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene (2a, 2b) angeordnet ist.
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[4] Stromsensor (1) nach einem von [1] bis [3] von oben, wobei das erste und das zweite magnetische Erfassungselement (3a, 3b) auf derartige Weise angeordnet sind, dass ihre zentrale Position gegenüberliegend zur zentralen Position der Plattenbreitenrichtung der dritten Stromschiene (2c) in der Plattendickenrichtung ist.
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[5] Stromsensor (1) nach einem von [1] bis [4] von oben, wobei das erste und das zweite magnetische Erfassungselement (3a, 3b) so angeordnet sind, dass Abstände entlang der Plattendickenrichtung von den jeweils entsprechenden Stromschienen (2) im Wesentlichen gleich zueinander sind.
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[6] Stromsensor (1) nach einem von [1] bis [5] von oben, wobei das erste und das zweite magnetische Erfassungselement (3a, 3b) im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf eine Ebene angeordnet sind, die eine Normalenrichtung in der Plattenbreitenrichtung der ersten und der zweiten Stromschiene (2a, 2b) hat.
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Obwohl oben die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, beschränkt die oben beschriebene Ausführungsform die Erfindung gemäß den Ansprüchen nicht. Es sollte auch beachtet werden, dass nicht alle Kombinationen der bei den Ausführungsformen beschriebenen Merkmale unverzichtbar für die Mittel zum Lösen des Problems der Erfindung sind. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung innerhalb des Schutzumfangs geeignet modifiziert und ausgeführt werden, ohne von ihrem Sinngehalt abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2017233681 [0001]
- JP 2016200438 A [0003, 0004]
