DE102018131306A1

DE102018131306A1 - Stromsensor

Info

Publication number: DE102018131306A1
Application number: DE102018131306.3A
Authority: DE
Inventors: Naoki FUTAKUCHI; Ken Okuyama; Katsuya Akimoto; Haruyasu Komano; Jun Umetsu; Yujiro TOMITA
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2018-02-13
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2019-08-14
Also published as: JP2019138815A; US10712370B2; US20190250193A1; CN110161294A; JP7047435B2

Abstract

Ein Stromsensor enthält mehrere Stromschienen, die jeweils rechteckig in einem Querschnitt ausgebildet sind, ein Paar von Abschirmplatten, die ein magnetisches Material enthalten und angeordnet sind, um die mehreren Stromschienen gemeinsam dazwischen in Sandwichbauweise zu umschließen, und mehrere magnetischen Erfassungselemente, die jeweils zwischen den Stromschienen und einer der Abschirmplatten angeordnet sind. Ein Abstand d zwischen einer Erfassungsposition einer Magnetfeldintensität bei einem beliebigen der magnetischen Erfassungselemente und einer Mittenposition in der Breitenrichtung zwischen einer der Stromschienen entsprechend dem beliebigen magnetischen Erfassungselement und einer anderen der Stromschienen benachbart dazu in der Breitenrichtung erfüllt den folgenden Ausdruck: d/w + 0.023(w/h) ≥ 0.36, wobei eine Breite der Abschirmplatten w ist und ein Intervall entlang einer Höhenrichtung der Abschirmplatten h ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Stromsensor.
Stand der Technik
Es ist ein Stromsensor bekannt, der ein magnetisches Erfassungselement zum Erfassen einer durch einen zu messenden Strom erzeugten Magnetfeldintensität hat (siehe z.B. PTL 1). Durch Erfassen der Magnetfeldintensität durch das magnetische Erfassungselement ist es möglich, den Strom basierend auf der Magnetfeldintensität zu berechnen.
PTL 1 offenbart einen Stromsensor, bei welchem ein Paar von Abschirmplatten derart angeordnet ist, dass es eine Stromschiene, durch welche ein zu messender Strom fließt, und ein magnetisches Erfassungselement in Sandwichbauweise umschließt. Der in PTL 1 offenbarte Stromsensor verwendet ein magnetisches Erfassungselement zum Erfassen einer Magnetflussdichte in einer Plattenbreitenrichtung der Stromschiene und hat ein magnetisches Erfassungselement in einem Nichttransmissionsbereich installiert, wo ein externer Magnetfluss in der Plattenbreitenrichtung der Stromschiene keine Transmission erfährt. Dadurch wird ein Einfluss des externen Magnetflusses unterdrückt.
Literaturstellenliste
Patentliteratur
PTL 1: JP2015/194472A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Der in PTL 1 offenbarte Stromsensor kann ein derartiges Problem haben, dass die Erfassungsgenauigkeit durch Empfangen des Einflusses (Interferenz von anderen Schichten) des in der Stromschiene erzeugten Magnetfelds, die eine andere als die Stromschiene ist, als das Stromerfassungsziel durch das magnetische Erfassungselement erniedrigt wird, wenn mehrere Stromschienen zwischen einem Paar von Abschirmplatten angeordnet sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Stromsensor zur Verfügung zu stellen, der eine Interferenz von anderen Phasen unterdrückt und eine Erfassungsgenauigkeit verbessert.
Lösung für das Problem
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Stromsensor:

eine Vielzahl von Stromschienen, die jeweils in einem Querschnitt rechteckig ausgebildet sind und derart angeordnet sind, dass sie in einer Breitenrichtung voneinander beabstandet sind, und durch welche entlang einer Längenrichtung senkrecht zur Breitenrichtung ein Strom geführt wird;
ein Paar von Abschirmplatten, die ein magnetisches Material umfassen und derart angeordnet sind, dass sie gemeinsam die Vielzahl von Stromschienen dazwischen in einer Höhenrichtung senkrecht zu der Breitenrichtung und der Längenrichtung in Sandwichbauweise umschließen;
eine Vielzahl von magnetischen Erfassungselementen, die jeweils zwischen den Stromschienen und einer der Abschirmplatten angeordnet sind, um eine Magnetfeldintensität in der Breitenrichtung zu erfassen,
wobei ein Abstand d zwischen einer Erfassungsposition einer Magnetfeldintensität bei einem beliebigen der magnetischen Erfassungselemente und einer Mittenposition in der Breitenrichtung zwischen einer der Stromschienen entsprechend dem beliebigen magnetischen Erfassungselement und einer anderen der Stromschienen benachbart dazu in der Breitenrichtung den folgenden Ausdruck erfüllt: $d / w + 0.023 (w / h) \geq 0.36$

(Effekte der Erfindung)
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, einen Stromsensor zur Verfügung zu stellen, der ein Interferenz von anderen Phasen unterdrückt und eine Erfassungsgenauigkeit verbessert.
Figurenliste
Als nächstes wird die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erklärt werden, wobei:

1A eine perspektivische Ansicht einer ersten Abschirmplatte eines Stromsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
1B eine Querschnittsansicht ist, die einen Stromsensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang einer Linie A-A in 1A geschnitten zeigt.
2A ist eine Kurve ist, die die Beziehung zwischen y/w und dem Seitenverhältnis w/h zeigt, wobei die relative Intensität 1% ist.
2B eine Kurve ist, die einen Bereich extrahiert, wo y/w negativ ist.
2C eine Kurve ist, die einen Bereich extrahiert, wo y/w positiv ist.
3 eine graphische Darstellung in dem Fall ist, in welchem die vertikale Achse in 2A |y/w| + 0.023(w/h) ist.
4 eine Kurve ist, die die Beziehung zwischen D und der relativen Intensität zeigt, wenn das Seitenverhältnis w/h bei der Höhenposition von z=0 geändert wird.
5A eine Kurve ist, die die Beziehung zwischen D und relativer Intensität zeigt, wenn z/h mit einem Seitenverhältnis w/h von 7.60 geändert wird.
5B eine Kurve ist, die die Beziehung zwischen D und relativer Intensität zeigt, wenn z/h mit einem Seitenverhältnis w/h von 6.33 geändert wird.
6A eine Kurve ist, die die Beziehung zwischen D und relativer Intensität zeigt, wenn z/h mit einem Seitenverhältnis z/h von 4.75 geändert wird.
6B eine Kurve ist, die die Beziehung zwischen D und relativer Intensität zeigt, wenn z/h mit einem Seitenverhältnis z/h von 4.22 geändert wird.
7A eine Kurve ist, die die Beziehung zwischen D und relativer Intensität zeigt, wenn eine relative Permeabilität einer Abschirmplatte mit einem Seitenverhältnis z/h von -0.10 geändert wird.
7B eine Kurve ist, die die Beziehung zwischen D und relativer Intensität zeigt, wenn eine relative Permeabilität einer Abschirmplatte mit einem Seitenverhältnis z/h von +0.10 geändert wird.
8 eine Querschnittsansicht eines Stromsensors gemäß einem modifizierten Beispiel der vorliegenden Erfindung ist.
9 eine Querschnittsansicht eines Stromsensors gemäß einem modifizierten Beispiel der vorliegenden Erfindung ist.

Ausführungsform
Eine Ausführungsform der Erfindung wird in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben werden.
1A ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Abschirmplatte 3a eines Stromsensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1B ist eine Querschnittsansicht, die einen Stromsensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A in 1A geschnitten zeigt. Ein Stromsensor 1 hat mehrere Stromschienen, ein Paar von Abschirmplatten und mehrere magnetische Erfassungselemente 5 entsprechend jeder Stromschiene 2. Die Stromschiene 2 ist derart ausgebildet, dass sie einen rechteckigen Querschnitt hat.
Die Stromschiene 2 ist ein plattenförmiger Leiter, der aus einem elektrischen guten Leiter, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium, etc., hergestellt ist, und ist ein Strompfad, durch welchen der Strom fließt. Die Stromschiene 2 wird als Energieversorgungsleitung zwischen einem Motor und einem Inverter in z.B. einem elektrischen Kraftfahrzeug oder einem Hybrid-Kraftfahrzeug verwendet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben werden, in welchem drei Stromschienen 2a bis 2c entsprechend einem Dreiphasenwechselstrom verwendet werden.
Hierin nachfolgend wird auf die horizontale Richtung in 1B als eine Breitenrichtung Bezug genommen, wird auf die vertikale Richtung als eine Höhenrichtung Bezug genommen und wird auf die Papieroberflächenrichtung als eine Längenrichtung Bezug genommen. Die drei Stromschienen 2a bis 2c sind angeordnet, um in einer Breitenrichtung beabstandet zu sein, und ein Strom fließt entlang einer Längenrichtung. Beim Stromsensor 1 sind die erste Stromschiene 2a, die zweite Stromschiene 2b und die dritte Stromschiene 2c von einer Seite in der Breitenrichtung zur anderen Seite (von der rechten Seite zur linken Seite in 1B) sequentiell angeordnet. In jeder Stromschiene 2a bis 2c fließt elektrischer Strom einer jeweiligen Phase im Dreiphasenwechselstrom. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden Ströme einer U-Phase zur ersten Stromschiene 2a, einer V-Phase zur zweiten Stromschiene 2b und einer W-Phase zur dritten Stromschiene 2c zugeführt.
Die Abschirmplatte 3 dient zum Abschirmen eines Magnetfelds vom außerhalb, so dass ein Magnetfeld von außerhalb das Erfassungsergebnis des magnetischen Erfassungselements 5 nicht beeinflusst. Die Abschirmplatte 3 ist aus einem magnetischen Material hergestellt. Die Abschirmplatte 3 ist in einer rechteckigen Plattenform mit zwei Seiten einander gegenüberliegend in der Breitenrichtung und zwei Seiten einander gegenüberliegend in der Längenrichtung ausgebildet.
Die Abschirmplatte 3 ist derart angeordnet, dass sie die drei Stromschienen 2a bis 2c alle zusammen in der Höhenrichtung derart in Sandwichbauweise umschließt, dass sie von der Stromschiene 2 beabstandet ist. Die Abschirmplatte 3 ist so angeordnet, dass ihre Oberfläche parallel zur Oberfläche der Stromschiene 2 ist (so dass eine Höhenrichtung der Abschirmplatte 3 und eine Höhenrichtung der Stromschiene 2 miteinander ausgerichtet sind). Das magnetische Erfassungselement 5 ist zwischen jeder Stromschiene 2 und einer Abschirmplatte 3 angeordnet.
Das Paar von Abschirmplatten 3 ist derart angeordnet, dass sie parallel zueinander sind. Jedoch muss das Paar von Abschirmplatten 3 nicht streng parallel sein und eine gewisse Neigung und Abweichung aufgrund einer Herstellungstoleranz, etc., sind zugelassen. Spezifisch beträgt die Neigung der anderen Abschirmplatte 3 in Bezug auf eine Abschirmplatte 3 bevorzugt nicht mehr als 1°.
Hierin nachfolgend wird auf die auf der Seite der Stromschiene 2 angeordnete Abschirmplatte 3 als eine erste Abschirmplatte 3a Bezug genommen werden und wird auf die auf der Seite des magnetischen Erfassungselements 5 angeordnete Abschirmplatte 3 als eine zweite Abschirmplatte 3b Bezug genommen werden. Auf eine Position, wo die Abstände von der ersten und der zweiten Abschirmplatte 3a und 3b gleich werden, das heißt, die Mittenposition bzw. zentrale Position in der Höhenrichtung des Raums, der in Sandwichbauweise zwischen der ersten und der zweiten Abschirmplatte 3a und 3b umschlossen ist, wird als eine Zwischenposition 4 Bezug genommen.
Das magnetische Erfassungselement 5 ist jeweils zwischen den Stromschienen 2a bis 2c und der zweiten Abschirmplatte 3b angeordnet und erfasst die durch den durch die Stromschienen 2a bis 2c fließenden Strom erzeugte Magnetfeldintensität. Beispielsweise kann ein Hallelement, ein GMR-(Giant Magneto Resistive Effect = Riesenmagnetwiderstandseffekt)Element, ein AMR-(Anisotropic Magneto Resistive = anisotropes Magnetwiderstands-)Element, ein TMR-(Tunneling Magneto Resistive = Tunnel-Magnetwiderstands)Element oder ähnliches als das magnetische Erfassungselement 5 verwendet werden. Hierin nachfolgend wird auf das magnetische Erfassungselement 5 entsprechend der ersten Stromschiene 2a als ein erstes magnetisches Erfassungselement 5a Bezug genommen, wird auf das magnetische Erfassungselement 5 entsprechend der zweiten Stromschiene 2b als ein zweites magnetisches Erfassungselement 5b Bezug genommen und wird auf das magnetische Erfassungselement 5 entsprechend der dritten Stromschiene 2c als ein drittes magnetisches Erfassungselement 5c Bezug genommen.
Jedes der magnetischen Erfassungselemente 5a bis 5c ist konfiguriert, um ein Spannungsausgangssignal entsprechend der Magnetfeldintensität (der Magnetflussdichte) in der Richtung entlang der Achsenrichtung auszugeben. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jedes der magnetischen Erfassungselemente 5a bis 5c so angeordnet, dass die Erfassungsachse mit der Breitenrichtung der Stromschiene 2 (der linken und rechten Richtung in 1B) übereinstimmt. Das heißt, dass jedes der magnetischen Erfassungselemente 5a bis 5c die Magnetfeldintensität in der Breitenrichtung erfasst. In 1B zeigt eine Bezugszeichen 51 eine Erfassungsposition der Magnetfeldintensität im magnetischen Erfassungselement 5.
Verfahren zum Bestimmen der Position des magnetischen Erfassungselements 5
In der Nähe der Stromschiene 2 wird die Neigung der Richtung des Magnetflusses in Bezug auf die Höhenrichtung größer und es wird eine Breitenrichtungskomponente erzeugt. Daher ist es bei einem beliebigen magnetischen Erfassungselement 5, um den Einfluss des durch die Stromschiene 2 (hierin nachfolgend nicht entsprechende Stromschiene genannt), die eine andere als die entsprechende Stromschiene 2 ist, fließenden Stroms zu unterdrücken, vorzuziehen, das magnetische Erfassungselement 5 ausreichend von der nicht entsprechenden Stromschiene 2 zu trennen. Jedoch kann in der Nähe des Endteilbereichs der Abschirmplatte 3, da die Neigung der Richtung des Magnetflusses in Bezug auf die Höhenrichtung größer wird, der Einfluss des durch die nicht entsprechende Stromschiene 2 fließenden Stroms größer werden, selbst wenn das magnetische Erfassungselement 5 zu sehr von der nicht entsprechenden Stromschiene 2 getrennt ist.
Spezifischer ist es, um eine Verschlechterung einer Erfassungsgenauigkeit ohne Durchführen einer Interferenzkorrektur, etc., zu unterdrücken, erwünscht, dass ein Verhältnis (das relative Intensität genannt wird) der durch das magnetische Erfassungselement 5 durch den durch die entsprechende Stromschiene 2 fließenden Strom erfassten Magnetfeldintensität (Magnetflussdichte) zu der durch das magnetische Erfassungselement 5 durch den durch die nicht entsprechende Stromschiene 2 fließenden Strom erfassten Magnetfeldintensität (Magnetflussdichte) nicht größer als etwa 1% ist.
Daher wurde, wenn die Breite w der Abschirmplatte 3 und ein Abstand h entlang der Höhenrichtung der Abschirmplatte 3 geändert werden, ein Abstand d zwischen der nicht entsprechenden Stromschiene 2 und dem magnetischen Erfassungselement 5, der Abstand d, bei welchem die relative Intensität davon 1% ist, durch Simulation gefunden. Der Abstand d bedeutet einen Abstand zwischen der Erfassungsposition 51 der Magnetfeldintensität im magnetischen Erfassungselement 5 und der Mittenposition in der Breitenrichtung der Stromschiene 2 (der nicht entsprechenden Stromschiene) in der Breitenrichtung benachbart zu der Stromschiene 2 entsprechend dem magnetischen Erfassungselement 5 (siehe 1B). Zusätzlich wurde hier eine Simulation in dem Fall eines Erregens der zweiten Stromschiene 2b ausgeführt, die in der Mitte in der Breitenrichtung angeordnet ist. Eine Koordinate y in der Breitenrichtung hat ihren Ursprung als das Breitenrichtungszentrum der zweiten Stromschiene 2b, die +y-Richtung als die rechte Richtung und die -y-Richtung als die linke Richtung. 2A zeigt das Simulationsergebnis, wenn die Erfassungsposition auf die Zwischenposition 4 in der Höhenrichtung eingestellt ist. Die „durch den durch die entsprechende Stromschiene 2 fließenden Strom durch das magnetische Erfassungselement 5 erfasste Magnetfeldintensität (Magnetflussdichte)“ ist gleich der durch das magnetische Erfassungselement 5 erfassten Magnetfeldintensität (Magnetflussdichte), wenn bei dieser Simulation y = 0 gilt. Wenn die Erfassungsposition 51 des magnetischen Erfassungselements 5 entsprechend der Stromschiene 2 benachbart zur zweiten Stromschiene 2b in der Breitenrichtung auf die Position der Koordinate y eingestellt ist, ist der Abstand d gleich dem Absolutwert von y.
Bei der Simulation ist das magnetische Erfassungselement 5 so angeordnet, dass die Zwischenposition 4 und die Erfassungsposition 51 übereinstimmen; die Zwischenposition 4 ist eine Position, bei welcher die Abstände von der ersten und der zweiten Abschirmplatte 3a und 3b gleich sind. Weiterhin ist die Breite der Stromschiene 2 15 mm, ist die Höhe 3 mm, ist die Länge der Abschirmplatte 3 1 mm, ist die relative Permeabilität 5000 und ist der Abstand zwischen der Stromschiene 2 und dem magnetischen Erfassungselement 5 in der Höhenrichtung 20 mm.
Wie es in 2A gezeigt ist, gibt es einen derartigen Abstand d, dass die relative Intensität in sowohl dem Bereich, in welchem die Koordinate y positiv ist, als auch dem Bereich, in welchem sie negativ ist, 1% beträgt, weil die Verteilung der Magnetfeldintensität auf der linken und auf der rechten Seite in der Breitenrichtung des magnetischen Erfassungselements 5 im Wesentlichen symmetrisch ist. In 2A ist eine vertikale Achse y/w und ist die Koordinate y als ein relativer Abstand d zu der Breite w der Abschirmplatte 3 gezeigt. Eine horizontale Achse in 2A ist w/h. Dieses w/h bedeutet das Seitenverhältnis des Raums, der in Sandwichbauweise zwischen den Abschirmplatten 3 in einer Querschnittsansicht senkrecht zur Längenrichtung umschlossen ist (worauf hierin nachfolgend einfach als das Seitenverhältnis w/h Bezug genommen wird).
Schaut man auf den Bereich, in welchem die Koordinate y in der Kurve der 2A negativ ist, ist, wie es in 2B gezeigt ist, die Beziehung, bei welcher die relative Intensität zwischen y/w und w/h 1% ist, eine im Wesentlichen proportionale Beziehung. Wo y/w Y ist und w/h X ist, wird die Beziehung zwischen ihnen durch den folgenden Näherungsausdruck ausgedrückt: $Y = 0.0226 X - 0.3898.$
Ein Bereich (d.h. ein Bereich, bei welchem der Absolutwert von Y größer wird) unterhalb der durch diesen Näherungsausdruck gezeigten geraden Linie ist ein Bereich, in welchem die relative Intensität kleiner als 1% ist, das heißt ein Bereich, in welchem der Einfluss der nicht entsprechenden Stromschiene 2 ausreichend unterdrückt werden kann.
Gleichermaßen ist, schaut man auf den Bereich, bei welchem die Koordinate y in der Kurve der 2A positiv ist, wie es in 2C gezeigt ist, die Beziehung, bei welcher die relative Intensität zwischen y/w und w/h 1% ist, eine im Wesentlichen proportionale Beziehung. Wo y/w Y ist und w/h X ist, wird die Beziehung zwischen ihnen durch den folgenden Näherungsausdruck ausgedrückt: $Y = - 0.0228 X + 0.3903$
Ein Bereich (d.h. ein Bereich, wo der Absolutwert von d groß wird) oberhalb der durch diesen Näherungsausdruck gezeigten geraden Linie wird ein Bereich, wo die relative Intensität kleiner als 1% ist, das heißt ein Bereich, in welchem der Einfluss der nicht entsprechenden Stromschiene 2 ausreichend unterdrückt werden kann.
3 ist eine Kurve, bei welcher der in den 2B und 2C erhaltene Näherungsausdruck berücksichtigt ist und die vertikale Achse in 2A |y/w| + 0.023(w/h) ist. Es kann aus 3 gesehen werden, dass die relative Intensität ausreichend reduziert werden kann und der Einfluss durch den durch die nicht entsprechende Stromschiene 2 fließenden Strom ausreichend unterdrückt werden kann, wenn |y/w| + 0.023(w/h) nicht kleiner als 0.36 ist.
Demgemäß ist der Stromsensor 1 der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert, dass eine Breite w der Abschirmplatte 3, ein Intervall h zwischen den Abschirmplatten 3 und ein Abstand d zwischen der Erfassungsposition 51 des magnetischen Erfassungselements 5 und der Mittenposition in der Breitenrichtung der nicht entsprechenden Stromschiene 2 die Beziehung des folgenden Ausdrucks (1) erfüllen: $\frac{D}{w} + 0.023 (w / h) \geq 0.36$
Hier ist der Absolutwert von y derselbe wie der Abstand d. d/w + 0.023(w/h) ist bevorzugter nicht kleiner als 0.38, um den Einfluss des durch die nicht entsprechende Stromschiene 2 fließenden Stroms weiter zu unterdrücken. Bevorzugter ist d/w + 0.023(w/h) nicht kleiner als 0.40.
Im Fall eines Verwendens von drei Stromschienen 2 ist es nötig, den folgenden Ausdruck zu erfüllen, so dass die Stromschiene 2 nicht aus dem Bereich hinausgeht, der durch die Abschirmplatte 3 in Sandwichbauweise umschlossen ist. $0 < d / w \leq 0.5$
Die Breite w der Abschirmplatte 3 ist z.B. nicht kleiner als 10 mm und ist nicht größer als 150 mm. Das Seitenverhältnis w/h ist z.B. nicht kleiner als 1 und ist nicht größer als 10.
4 zeigt die Änderung bezüglich der relativen Intensität, wenn das Seitenverhältnis w/h von 4.22 zu 9.60 geändert wird. In 4 ist die horizontale Achse das durch den [Ausdruck 1] gezeigte D. Die obige Formel (1) wird ausgedrückt durch |D| ≥ 0.36, wenn D verwendet wird. $D = {\begin{array}{l} \frac{y}{w} - 0.023 \frac{w}{h} & (y < 0) \\ 0 & (y = 0) \\ \frac{y}{w} + 0.023 \frac{w}{h} & (y > 0) \end{array}$
Wie es in 4 gezeigt ist, ist selbst dann, wenn das Seitenverhältnis w/h geändert wird, in dem Bereich, wo |D| nicht kleiner als 0.36 ist, die relative Intensität nicht mehr als 1% (etwa 1.2% maximal), und wird der Einfluss durch den durch die nicht entsprechende Stromschiene 2 fließenden Strom ausrechend unterdrückt.
Als nächstes wird ein Fall untersucht werden, bei welchem die Erfassungsposition 51 des magnetischen Erfassungselements 5 in der Höhenrichtung von der Zwischenposition 4 aus verschoben ist. Der Abstand von der Zwischenposition 4 der Erfassungsposition 51 in der Höhenrichtung in Richtung zu der Seite der ersten Abschirmplatte 3a (der Seite der Stromschiene 2) ist als z definiert. Wenn die Erfassungsposition 51 von der Zwischenposition 4 in Richtung zu der ersten Abschirmplatte 3a verschoben wird, ist das Vorzeichen des Abstands z plus. Wenn die Erfassungsposition 51 von der Zwischenposition 4 zur Seite der zweiten Abschirmplatte 3b verschoben wird, ist das Vorzeichen des Abstands z minus. Die 5A und 5B zeigen Änderungen bezüglich der relativen Intensität, wenn der relative Abstand z/h in Bezug auf den Abstand h der Abschirmplatte 3 für jeden Fall geändert wird, in welchem das Seitenverhältnis w/h 7.60 oder 6.33 ist.
Wie es in den 5A und 5B gezeigt ist, wird dann, wenn der Abstand z von der Zwischenposition 51 größer wird, die relativ Intensität kleiner, wenn |D| in dem Bereich größer wird, wo |D| bis zu etwa 0.5 ist. Wenn jedoch |D| etwa 0.5 übersteigt, wird die relative Intensität größer, wenn |D| größer wird. Dies ist so, weil die Neigung der Richtung des Magnetflusses in Bezug auf die Höhenrichtung größer ist, als wenn sie weg von der Zwischenposition 4 geht, und die Breitenrichtungskomponente der Magnetflussdichte dazu neigt, größer zu werden. Wie es in den 5A und 5B gezeigt ist, ist |D|, um die relative Intensität ungeachtet des Einflusses der positionsmäßigen Verschiebung der Erfassungsposition 51 auf ausreichend niedrig zu unterdrücken, bevorzugt wenigstens nicht größer als 0.64. Das heißt, dass es bevorzugt ist, die folgende Formel zu erfüllen: $0.36 \leq D / w + 0.023 (w / h) \leq 0.64.$
Weiterhin ist für den Fall der 5A, um die relative Intensität auf weniger als 0.5% zu reduzieren, |D| bevorzugter nicht kleiner als 0.44 und nicht größer als 0.58. Das heißt, dass gesagt werden kann, dass es bevorzugter ist, die folgende Formel zu erfüllen: $0.44 \geq d / w + 0.023 (w / h) \leq 0.58.$
Die 6A und 6B zeigen Kurven, wenn das Seitenverhältnis w/h weiter auf 4.75 und 4.22 in den 5A und 5B reduziert ist. Wie es in den 6A und 6B gezeigt ist, ist, je kleiner das Seitenverhältnis w/h ist, die relative Intensität in Bezug auf D umso größer (die Tendenz des Bereichs von D, wo die relative Intensität kleiner als 1 % ist, wird kleiner), und selbst dann, wenn die Erfassungsposition 51 des magnetischen Erfassungselements 5 geringfügig verschoben wird, wird die relative Intensität größer.
In 6A, in welcher das Seitenverhältnis w/h 4.75 ist, gibt es einen Bereich von D, wo die relative Intensität nicht mehr als 1% ist, wenn z/h -0.09 ist. Jedoch ist in 6B, in welcher das Seitenverhältnis w/h 4.22 ist, die relative Intensität nicht mehr als 1%, selbst wenn z/h -0.08 ist. Daher ist das Seitenverhältnis w/h bevorzugt größer als wenigstens 4.22, und es ist bevorzugt, den folgenden Ausdruck zu erfüllen: $w / h \geq 4.5$
Bevorzugter ist das Seitenverhältnis w/h nicht kleiner als 4.75.
Berücksichtigt man die Trends in den Kurven in den 5A bis 6B, ist die relative Intensität in Bezug auf D kleiner (die relative Intensität wird aufgrund des Größerwerdens von D scharf kleiner), wenn z/h positiv ist (das heißt, wenn die Erfassungsposition 51 des magnetischen Erfassungselements 5 näher zu der ersten Abschirmplatte 3a als der Zwischenposition 4 angeordnet ist), als wenn z/h negativ ist (das heißt, wenn die Erfassungsposition 51 des magnetischen Erfassungselements 5 näher zu der Seite der zweiten Abschirmplatte 3b (derselben Seite wie die Stromschiene 2) als der Zwischenposition 4 oder der Zwischenposition 4 ist. Das heißt, dass es bevorzugter ist, die folgende Formel zu erfüllen: $0 \leq z / h \leq 0.5.$
Als nächstes wird der Einfluss der relativen Permeabilität untersucht werden. Für jeden Fall, in welchem z/h -0.10 oder +0.10 ist, wird die Änderung bezüglich der relativen Intensität, wenn man die relative Permeabilität der Abschirmplatte 3 ändert, durch Simulation erhalten. Die Simulationsergebnisse sind jeweils in den 7A und 7B gezeigt.
Wie es in den 7A und 7B gezeigt ist, gibt es, da die relative magnetische Permeabilität der Abschirmplatte 3 kleiner wird, eine Tendenz, dass die relative Intensität in Bezug auf D dazu neigt, größer zu werden (der Bereich von D, wo die relative Intensität kleiner als 1% ist, wird kleiner). Daher ist aus den Simulationsergebnissen der 7A und 7B die relative magnetische Permeabilität der Abschirmplatte 3 bevorzugt wenigstens nicht kleiner als 500 und ist bevorzugt nicht größer als 1000.
Effekte der Ausführungsform
Wie es oben beschrieben ist, erfüllt bei dem Stromsensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Abstand d zwischen der Erfassungsposition 51 der Magnetfeldintensität in einem beliebigen magnetischen Erfassungselement 5 und einer Mittenposition in der Breitenrichtung der Stromschiene 2 (der nicht entsprechenden Stromschiene 2) benachbart zu einer Stromschiene 2 entsprechend dem magnetischen Erfassungselement 5 in der Breitenrichtung den folgenden Ausdruck (1), wenn eine Breite der Abschirmplatte 3 w ist und ein Intervall entlang der Höhenrichtung des Paars von Abschirmplatten 3 h ist. $d / w + 0.023 (w / h) \geq 0.36$
Demgemäß ist es möglich, den Einfluss des durch die nicht entsprechende Stromschiene 2 fließenden Stroms ausreichend zu unterdrücken, und es ist möglich, den Stromsensor 1 zu realisieren, der eine Interferenz von anderen Phasen unterdrückt und eine Erfassungsgenauigkeit verbessert. Durch geeignetes Auswähien des kurzen Abstands d und der Breite w der Abschirmplatte 3, die die obige Formel (1) erfüllen, ist es möglich, einen kleinen Stromsensor 1 zu realisieren, während Interferenz von anderen Phasen unterdrückt wird. Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine komplizierte Korrektur, wie beispielsweise eine Interferenzkorrektur, etc., unnötig, so dass ein preiswerter Stromsensor 1 realisiert werden kann.
Modifikation
Bei der obigen Ausführungsform liegen die Mittenposition in der Breitenrichtung der Stromschiene 2 und die Erfassungsposition 51 des magnetischen Erfassungselements 5 entsprechend der Stromschiene 2 in der Höhenrichtung einander gegenüber, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und es kann sein, dass die Mittenposition in der Breitenrichtung der Stromschiene 2 und die Erfassungsposition 51 des magnetischen Erfassungselements 5 entsprechend der Stromschiene 2 in der Höhenrichtung einander nicht gegenüberliegen, wie bei dem Stromsensor 1a, der in 8 gezeigt ist. In 8 liegen als ein Beispiel nur die Mittenposition in der Breitenrichtung der zweiten Stromschiene 2b und die Erfassungsposition 51 des zweiten magnetischen Erfassungselements 5b in der Höhenrichtung einander gegenüber und liegen die Mittenposition in der Breitenrichtung der ersten und der dritten Stromschiene 2a und 2c und die Erfassungsposition 51 des ersten und des dritten magnetischen Erfassungselements 5a und 5c in der Höhenrichtung einander nicht gegenüber.
8 zeigt d1 als den Abstand zwischen der Erfassungsposition 51 des zweiten magnetischen Erfassungselements 5b und der Mittenposition in der Breitenrichtung der ersten Stromschiene 2a, d2 als den Abstand zwischen der Erfassungsposition 51 des zweiten magnetischen Erfassungselements 5a und der Mittenposition in der Breitenrichtung der ersten Stromschiene 2b, d3 als den Abstand zwischen der Erfassungsposition 51 des zweiten magnetischen Erfassungselements 5b und der Mittenposition in der Breitenrichtung der ersten Stromschiene 2c, d4 als den Abstand zwischen der Erfassungsposition 51 des zweiten magnetischen Erfassungselements 5c und der Mittenposition in der Breitenrichtung der ersten Stromschiene 2b. Wenn diese Abstände d1 bis d4 jeweils den obigen Ausdruck (1) erfüllen, wird eine Interferenz von anderen Phasen in allen magnetischen Erfassungselementen 5a bis 5c unterdrückt, und es ist möglich, mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Die Abstände d1 bis d4 sind nicht notwendigerweise derselbe Wert und können unterschiedlich voneinander sein. Weiterhin kann die Erfassungsposition des magnetischen Erfassungselements 5 entweder nach links oder nach rechts in der Breitenrichtung in Bezug auf die Mittenposition der Breitenrichtung der entsprechenden Stromschiene 2 verschoben sein.
Wenn die Mittenposition in der Breitenrichtung der Stromschiene 2 der Erfassungsposition 51 des magnetischen Erfassungselements 5 entsprechend der Stromschiene 2 gegenüberliegt, ist das durch das magnetische Erfassungselement 5 erfasste Magnetfeld (das durch den durch die entsprechende Stromschiene 2 fließenden Strom erzeugte Magnetfeld) das größte. Daher ist es vom Standpunkt eines Verbesserns der Genauigkeit aus bevorzugter, dass die Erfassungsposition 51 und die Mittenposition in der Breitenrichtung der entsprechenden Stromschiene 2 der Höhenrichtung bei allen magnetischen Erfassungselementen 5 entsprechen.
Weiterhin ist bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Fall beschrieben, in welchem drei Stromschienen 2 vorgesehen sind, aber die Anzahl der Stromschienen 2 kann zwei oder mehr als vier sein, wie bei dem Stromsensor 1b, der in 9 gezeigt ist. 9 zeigt d1 als den Abstand zwischen der Erfassungsposition 51 des zweiten magnetischen Erfassungselements 5b und der Mittenposition in der Breitenrichtung der ersten Stromschiene 2a und d2 als den Abstand zwischen der Erfassungsposition 51 des zweiten magnetischen Erfassungselements 5a und der Mittenposition in der Breitenrichtung der ersten Stromschiene 2b. Wenn diese Abstände d1 und d2 die obige Formel (1) erfüllen, wird eine Interferenz von anderen Phasen in allen magnetischen Erfassungselementen 5a und 5b unterdrückt, und es ist möglich, mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
Zusammenfassung der Ausführungsformen
Als nächstes wird das technische Konzept, das aus den oben beschriebenen Ausführungsformen herausgefunden wird, mit der Hilfe von Bezugszeichen und ähnlichem bei der Ausführungsform beschrieben werden. Es sollte jedoch beachtet werden, dass keines der Bezugszeichen in der folgenden Beschreibung als die Bestandteilselemente in den Ansprüchen auf die in den Ausführungsformen spezifisch gezeigten Elemente und ähnliches beschränkend ausgelegt werden sollte.
[1] Stromsensor (1), der umfasst: eine Vielzahl von Stromschienen (2), die jeweils rechteckig in einem Querschnitt ausgebildet sind und angeordnet sind, um in einer Breitenrichtung voneinander beabstandet zu sein, und durch welche ein Strom entlang einer Längenrichtung senkrecht zur Breitenrichtung geführt wird; ein Paar von Abschirmplatten (3), die ein magnetisches Material umfassen und angeordnet sind, um die Vielzahl von Stromschienen (2) gemeinsam dazwischen in Höhenrichtung senkrecht zu der Breitenrichtung und der Längenrichtung in Sandwichbauweise zu umschließen; und eine Vielzahl von magnetischen Erfassungselementen (5), die jeweils zwischen den Stromschienen (2) und einer der Abschirmplatten (3) angeordnet sind, um eine Magnetfeldintensität in der Breitenrichtung zu erfassen, wobei ein Abstand zwischen einer Erfassungsposition (51) einer Magnetfeldintensität bei einem beliebigen der magnetischen Erfassungselemente (5) und einer Mittenposition in der Breitenrichtung zwischen einer der Stromschienen (2) entsprechend dem beliebigen magnetischen Erfassungselement (5) und einer anderen der Stromschienen (2) benachbart dazu in der Breitenrichtung den folgenden Ausdruck erfüllt: $d / w + 0.023 (w / h) \geq 0.36$
wobei eine Breite der Abschirmplatten (3) w ist und ein Intervall entlang der Höhenrichtung des Paars von Abschirmplatten (3) h ist.
[2] Stromsensor (1) nach [1], wobei der Abstand d den folgenden Ausdruck erfüllt: $0.36 \leq d / w + 0.023 (w / h) \geq 0.36$
[3] Stromsensor (1) nach [1] oder [2], wobei das Paar von Abschirmplatten (3) eine auf einer Seite der Stromschienen (2) angeordnete erste Abschirmplatte (3a) und eine auf einer Seite der magnetischen Erfassungselemente (5) angeordnete zweite Abschirmplatte (3b) umfasst, wobei die Stromschienen (2) so angeordnet sind, dass eine Mittenposition in der Höhenrichtung näher zu der ersten Abschirmplatte (3a) als einer Mittenposition (4) angeordnet ist, wo Abstände von der ersten und der zweiten Abschirmplatte (3a, 3b) gleich werden, und wobei die magnetischen Erfassungselemente (5) so angeordnet sind, dass die Erfassungsposition (51) der Magnetfeldintensität bei der Mittenposition (4) oder näher zu der ersten Abschirmplatte (3a) als der Mittenposition (4) angeordnet ist.
[4] Stromsensor (1) nach einem von [1] bis [3], wobei die Breite w der Abschirmplatten (3) und der Abstand h entlang der Höhenrichtung des Paars von Abschirmplatten (3) die folgende Gleichung erfüllen: $w / h \geq 4.5$
[5] Stromsensor (1) nach einem von [1] bis [4], wobei eine relative magnetische Permeabilität der Abschirmplatten (3) nicht weniger als 1000 ist.
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen zu beschränken. Indes sollte beachtet werden, dass nicht alle Kombinationen der bei den Ausführungsformen beschriebenen Merkmale nötig sind, um das Problem der Erfindung zu lösen. Ebenso können verschiedene Arten implementiert werden, ohne vom Wesentlichen der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015194472 A [0004]

Claims

Stromsensor, umfassend: eine Vielzahl von Stromschienen, die jeweils rechteckig in einem Querschnitt ausgebildet sind und angeordnet sind, um in einer Breitenrichtung voneinander beabstandet zu sein, und durch welche ein Strom entlang einer Längenrichtung senkrecht zur Breitenrichtung geführt wird; ein Paar von Abschirmplatten, die ein magnetisches Material umfassen und angeordnet sind, um die Vielzahl von Stromschienen gemeinsam dazwischen in Höhenrichtung senkrecht zu der Breitenrichtung und der Längenrichtung in Sandwichbauweise zu umschließen; und eine Vielzahl von magnetischen Erfassungselementen, die jeweils zwischen den Stromschienen und einer der Abschirmplatten angeordnet sind, um eine Magnetfeldintensität in der Breitenrichtung zu erfassen, wobei ein Abstand zwischen einer Erfassungsposition einer Magnetfeldintensität bei einem beliebigen der magnetischen Erfassungselemente und einer Mittenposition in der Breitenrichtung zwischen einer der Stromschienen entsprechend dem beliebigen magnetischen Erfassungselement und einer anderen der Stromschienen benachbart dazu in der Breitenrichtung den folgenden Ausdruck erfüllt: $d / w + 0.023 (w / h) \geq 0.36$
wobei eine Breite der Abschirmplatten w ist und ein Intervall entlang der Höhenrichtung des Paars von Abschirmplatten h ist.
Stromsensor nach Anspruch 1, wobei der Abstand d den folgenden Ausdruck erfüllt: $0.36 \leq d / w + 0.023 (w / h) \leq 0.36$
Stromsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Paar von Abschirmplatten eine auf einer Seite der Stromschienen angeordnete erste Abschirmplatte und eine auf einer Seite der magnetischen Erfassungselemente angeordnete zweite Abschirmplatte umfasst, wobei die Stromschienen so angeordnet sind, dass eine Mittenposition in der Höhenrichtung näher zu der ersten Abschirmplatte als einer Mittenposition angeordnet ist, wo Abstände von der ersten und der zweiten Abschirmplatte gleich werden, und wobei die magnetischen Erfassungselemente so angeordnet sind, dass die Erfassungsposition der Magnetfeldintensität bei der Mittenposition oder näher zu der ersten Abschirmplatte als der Mittenposition angeordnet ist.
Stromsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Breite w der Abschirmplatten und der Abstand h entlang der Höhenrichtung des Paars von Abschirmplatten die folgende Gleichung erfüllen: $w / h \geq 4.5$
Stromsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine relative magnetische Permeabilität der Abschirmplatten nicht weniger als 1000 ist.