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Technisches Gebiet
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Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf einen Stromsensor zum Erfassen bzw. zur Detektion von durch einen Leiter fließendem Strom.
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Hintergrund der Erfindung
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Herkömmlicherweise wurde eine Technologie angewendet, bei welcher, wenn ein durch einen Leiter fließender Strom gemessen wird, eine magnetische Flussdichte eines um den Leiter gemäß des durch den Leiter fließenden Stroms erzeugten Magnetfeldes unter Verwendung eines Magnetismus-Detektionselements erfasst und anhand der erfassten magnetischen Flussdichte ein auf den Leiter aufgebrachter Strom durch Berechnung gefunden wird. Beispiele für einen eine solche Technologie verwendenden Stromsensor umfassen beispielsweise Stromsensoren, wie in
JP 2016 -
99320 A ,
JP 2018-96794 A und
JP 2013-142569 A beschrieben.
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In
JP 2016-99320 A ist ein Stromsensor zum Messen von Strom, der durch einen Leiter fließt, offenbart. Der Stromsensor besteht aus einem U-förmigen Kern aus einem magnetischen Material, einem in einen Schlitz des Kerns eingesetzten Leiter und einem in dem Schlitz des Kerns angeordneten und ein Magnetfeld erfassenden Detektionselement.
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JP 2018-96794 A offenbart einen kernlosen Stromsensor, der ein aus einem Strompfad erzeugtes Magnetfeld erfasst und das erfasste Magnetfeld in ein elektrisches Signal umwandelt und dadurch einen durch den Strompfad fließenden Strom erfasst, und womit kein Magnetismusaufnehmender Kern benötigt wird. Der Stromsensor weist drei Stromschienen (bzw. Sammelschienen, Verteilerschienen) auf, und an jeder Stromschiene ist ein Magnetismus-Erfassungselement zur Stirnseite der Stromschiene angeordnet. Zur Abschirmung des Magnetismus-Detektionselements gegen ein Magnetfeld von außen ist ein Paar einer ersten Magnetismus-Abschirmung und einer zweiten Magnetismus-Abschirmung angeordnet, um die Stromschiene und das Magnetismus-Erfassungselement zu umgeben (bzw. zwischen sich anzuordnen). Durch Einstellen von mindestens einem aus einem Abstand zwischen zwei zueinander benachbarten ersten Magnetismus-Abschirmungen und aus einem Abstand zwischen zwei zueinander benachbarten zweiten Magnetismus-Abschirmungen wird ein Einfluss eines Streumagnetfeldes (bzw. Verlustmagnetfeldes, Leckmagnetfeldes) von einer Stromsschiene, an der ein Magnetismus-Detektionselement zwischen zwei zueinander benachbarten Magnetismus-Detektionselementen angeordnet ist, auf das andere Magnetismus-Detektionselement reduziert.
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JP 2013-142569 A offenbart einen Stromsensor zum Messen eines zu messenden Stromwerts basierend auf einem induzierten Magnetfeld, das durch den zu messenden Strom induziert wird. Der Stromsensor besteht aus einem von zu messendem Strom durchströmten Strompfad, einem auf dem zu messenden Strompfad angeordneten magnetischen Erfassungselement mit einer Hauptempfindlichkeitsachse, die mit einer durch den zu messenden Strom induzierten Richtung des induzierten Magnetfeldes ausgerichtet ist, und mit einer zu der Hauptempfindlichkeitsachse orthogonalen Empfindlichkeitsbeeinflussungsachse, und einem benachbarten Strompfad, der parallel zu dem zu messenden Strompfad verläuft und auf einer Verlängerungslinie (bzw. Erstreckungslinie) der Hauptempfindlichkeitsachse angeordnet ist. Das magnetische Erfassungselement ist derart angeordnet, dass eine Richtung der Hauptempfindlichkeitsachse und eine Richtung der Empfindlichkeitsbeeinflussungsachse jeweils orthogonal sind zu einer Richtung eines induzierten Magnetfeldes, das von einem durch den benachbarten Strompfad fließenden Nachbarstrom induziert ist.
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Da in der in
JP 2016-99320 A beschriebenen Technologie ein Kern aus einem magnetischen Material so angeordnet ist, dass er einen Leiter umgibt, wird eine Grösse des Stromsensors durch eine Grösse des Kerns bestimmt, weshalb eine Miniaturisierung des Stromsensors schwierig ist. In der in
JP 2018-96794 A beschriebenen Technologie ermöglicht das Einrichten des Stromsensors, ohne einen Magnetismus-aufnehmenden Kern vorzusehen, dass eine Länge der ersten Magnetismus-Abschirmung, des Magnetismus-Detektionselements, der Stromschiene und der zweiten Magnetismus-Abschirmung in einer Richtung entlang deren Stapelrichtung verringert werden kann. Da der Stromsensor jedoch so ausgebildet ist, dass die erste Magnetismus-Abschirmung und die zweite Magnetismus-Abschirmung das Magnetismus-Detektionselement und die Stromschiene sandwichartig umgeben, gibt es Raum zur Verbesserung der Miniaturisierung der Vorrichtung. Ferner ist es in der in
JP 2018-96794 A beschriebenen Technologie, um zu verhindern, dass die erste Magnetismus-Abschirmung und die zweite Magnetismus-Abschirmung magnetisch gesättigt sind, erforderlich, die Grössen der ersten Magnetismus-Abschirmung und der zweiten Magnetismus-Abschirmung zu vergrössern oder die erste Magnetismus-Abschirmung und die zweite Magnetismus-Abschirmung an weiter von der Stromschiene entfernten Stellen anzuordnen, wenn ein zu detektierender Strom (ein Stromwert) ansteigt. Aus diesem Grund gibt es auch in dieser Hinsicht Raum zur Verbesserung der Miniaturisierung der Vorrichtung. Obwohl die in
JP 2013 -
142569 A beschriebene Technologie derart ausgestaltet ist, dass ein Einfluss eines Magnetfeldes von einem benachbarten Strompfad durch eine entsprechende Anordnung des zu messenden Strompfades reduziert wird, wird beispielsweise eine Messung eines durch den benachbarten Strompfad fließenden Stromwerts nicht berücksichtigt.
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Es besteht somit ein Bedarf an einem Stromsensor, der einen durch jeden einer Vielzahl von Leitern fließenden Strom erfasst und der miniaturisiert werden kann.
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Zusammenfassung
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Ein Stromsensor gemäß dieser Offenbarung hat (bzw. weist auf, umfasst) mindestens zwei Leiter und mindestens zwei magnetoelektrische Umwandlungseinheiten (bzw. ME-Umwandlungseinheiten), an denen jeweils mindestens zwei Magnetismus-Detektionselemente (bzw. -Erfassungselemente, -Bestimmungselemente, -Sensoren) mit Detektionsflächen (bzw. Erfassungsflächen), welche in eine gleiche Richtung wie jeweils zueinander in Bezug auf die Leiter zugewandt sind und eine magnetische Flussdichte des in die Detektionsflächen eingehenden magnetischen Flusses erfassen, angeordnet sind, und die jeweils ein Signal in Abhängigkeit von einer Differenz der magnetischen Flussdichte zwischen Orthogonalkomponenten (bzw. Vektoranteile in orthogonalem Koordinatensystem), welche orthogonal zu der Detektionsfläche des in die Detektionsfläche jedes der mindestens zwei Magnetismus-Detektionselemente eingehenden magnetischen Flusses sind, ausgeben. An jedem der mindestens zwei Leiter sind ein Erstreckungsabschnitt (bzw. Verlängerungsabschnitt, ein sich erstreckender Abschnitt), der sich entlang einer zweiten Richtung orthogonal zu einer ersten Richtung, welche eine benachbarte Richtung von zueinander benachbarten zwei Leitern ist, erstreckt, und ein Aussparungsabschnitt (bzw. ein vertiefter / ausgelassener / ausgesparter / zurückgesetzter Abschnitt) mit orthogonalen Abschnitten, die sich entlang einer dritten Richtung orthogonal zu sowohl der ersten Richtung als auch der zweiten Richtung erstrecken und in der dritten Richtung in Bezug auf den Erstreckungsabschnitt ausgespart sind, angeordnet. Jede der mindestens zwei magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten ist mit der jedem der orthogonalen Abschnitte des Aussparungsabschnitts zugewandten Detektionsfläche angeordnet (bzw. vorgesehen).
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Da ein solches Merkmal und eine solche Anordnung (bzw. Konfiguration) einen Magnetismus-aufnehmenden Kern (bzw. Magnetismus-Sammelkern) und einen Abschirmkern überflüssig machen und ein Stromsensor ermöglicht wird, der aus Leitern und magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten gebildet werden kann, wird es möglich, einen Stromsensor zum Erfassen von durch jeden einer Vielzahl von Leitern fließenden Strom zu miniaturisieren.
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In dem oben beschriebenen Stromsensor kann jede der magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten angeordnet sein, wobei die Detektionsfläche zu einer Seite eines der orthogonalen Abschnitte von einem mittleren Abschnitt in einer Richtung entlang der zweiten Richtung des Aussparungsabschnitts versetzt ist, und kann die magnetoelektrische Umwandlungseinheit, die in dem Aussparungsabschnitt eines der zueinander benachbarten zwei Leiter angeordnet ist, an einer Position auf einer Verlängerungslinie, die sich entlang der ersten Richtung von dem mittleren Abschnitt des Aussparungsabschnitts eines anderen der zwei Leiter erstreckt, angeordnet sein.
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Eine solche Anordnung (bzw. Konfiguration) ermöglicht, eine Störung eines Leiters, der ein Detektionsziel (bzw. zu bestimmen) ist, welche durch einen anderen zu dem Leiter benachbarten Leiter verursacht wird, auszulöschen. Dadurch wird es möglich, eine magnetische Flussdichte mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
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In dem oben beschriebenen Stromsensor können zwei der in den jeweiligen Aussparungsabschnitten der zwei zueinander benachbarten Leiter angeordneten magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten auf voneinander verschiedenen Flächen eines (einzigen) Substrats angebracht sein.
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Eine solche Anordnung (bzw. Konfiguration) ermöglicht, dass eine Positionierung der magnetoelektrischen Umwandlungseinheit in jedem von einer Vielzahl der Aussparungsabschnitte auf der Grundlage einer Oberfläche und der anderen Oberfläche eines (einzigen) Substrats ausgeführt werden sollen. Daher wird es möglich, unter Minimierung der Anzahl der verwendeten Substrate die magnetoelektrische Umwandlungseinheit auf einfache Weise an einer erwarteten Position in jedem von einer Vielzahl der Aussparungsabschnitte anzuordnen.
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In dem oben beschriebenen Stromsensor können die mindestens zwei Leiter drei Stromschienen (bzw. Sammelschienen, Verteilerschienen) sein, die mit einem Drehstrommotor (bzw. Dreiphasenmotor) verbunden sind, und können die drei Stromschienen die Erstreckungsabschnitte, die in einer Reihe entlang der ersten Richtung aufgereiht sind, aufweisen.
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Durch eine derartige Ausgestaltung wird ein Drehstrom durch einen Drehstrommotor mit einem Kleinstromsensor erfasst.
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In dem oben beschriebenen Stromsensor, wenn zueinander benachbarte zwei Leiter als ein erster Leiter und ein zweiter Leiter definiert sind, kann eine in einem ersten Aussparungsabschnitt (bzw. Vertiefungsabschnitt, Einsenkungsabschnitt) des ersten Leiters angeordnete erste magnetoelektrische Umwandlungseinheit an einer Position auf einer zweiten Verlängerungslinie (bzw. Erstreckungslinie), die sich entlang der ersten Richtung von einem Mittelabschnitt in einer Richtung entlang der zweiten Richtung eines zweiten Aussparungsabschnitts des zweiten Leiters erstreckt, angeordnet sein, und kann eine in dem zweiten Aussparungsabschnitt des zweiten Leiters angeordnete zweite magnetoelektrische Umwandlungseinheit an einer Position auf einer ersten Verlängerungslinie, die sich entlang der ersten Richtung von einem Mittelabschnitt in einer Richtung entlang der zweiten Richtung des ersten Aussparungsabschnitts des ersten Leiters erstreckt, angeordnet sein.
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In dem oben beschriebenen Stromsensor, wenn zueinander benachbarte zwei Leiter als ein zweiter Leiter und ein dritter Leiter definiert sind, kann eine in einem zweiten Aussparungsabschnitt des zweiten Leiters angeordnete zweite magnetoelektrische Umwandlungseinheit an einer Position auf einer dritten Verlängerungslinie, die sich entlang der ersten Richtung von einem Mittelabschnitt in einer Richtung entlang der zweiten Richtung eines dritten Aussparungsabschnitts des dritten Leiters erstreckt, angeordnet sein, und kann eine in dem dritten Aussparungsabschnitt des dritten Leiters angeordnete dritte magnetoelektrische Umwandlungseinheit an einer Position auf einer zweiten Verlängerungslinie, die sich entlang der ersten Richtung von einem Mittelabschnitt in einer Richtung entlang der zweiten Richtung des zweiten Aussparungsabschnitts des zweiten Leiters erstreckt, angeordnet sein.
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In dem oben beschriebenen Stromsensor können der dritte Aussparungsabschnitt und der zweite Aussparungsabschnitt in der zweiten Richtung, (wenn sie) in der ersten Richtung gesehen (bzw. betrachtet werden), voneinander versetzt (bzw. zueinander verschoben) sein, und können der dritte Aussparungsabschnitt und der erste Aussparungsabschnitt, (wenn sie) in der ersten Richtung gesehen (bzw. betrachtet werden), einander überlappen.
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Figurenliste
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Das Vorstehende und zusätzliche Merkmale und Merkmale dieser Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, deutlicher werden, wobei:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Stromsensors ist;
- 2 eine Draufsicht des Stromsensors ist;
- 3 eine Seitenansicht des Stromsensors ist;
- 4 ein die Detektionsflächen einer magnetoelektrischen Umwandlungseinheit darstellendes Diagramm ist;
- 5 ein Diagramm ist, das ein Beispiel einer in die (bzw. zu den) Detektionsflächen eingehenden magnetischen Flussdichte darstellt; und
- 6 ein Blockdiagramm der magnetoelektrischen Umwandlungseinheit ist.
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Detaillierte Beschreibung
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Ein Stromsensor gemäß dieser Offenbarung ist in kompakter Weise ohne Verwendung eines Kerns eingerichtet (bzw. konfiguriert). Nachfolgend wird ein Stromsensor 1 dieser Ausführungsform beschrieben. Wenn Strom durch einen Leiter fließt, wird ein Magnetfeld um den Leiter als eine Achse entsprechend dem Betrag des Stroms (Rechte-Hand-Dreifingerregel nach Ampere) erzeugt. Der Stromsensor 1 erfasst die magnetische Flussdichte des magnetischen Flusses in einem solchen Magnetfeld und misst Strom (einen Stromwert), der durch den Leiter fließt, basierend auf der erfassten magnetischen Flussdichte.
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1, 2 und 3 sind jeweils eine perspektivische Ansicht, eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht des Stromsensors 1. Der Stromsensor 1 besteht aus mindestens zwei Leitern 10 und mindestens zwei magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 (bzw. ME-Umwandlungseinheiten 20).
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Diese Ausführungsform wird unter der Annahme beschrieben, dass die mindestens zwei Leiter 10 drei Stromschienen (bzw. Sammelschienen, Verteilerschienen) sind, die mit einem Drehstrommotor (bzw. Dreiphasenmotor) verbunden sind. Insbesondere verbindet jeder der Leiter 10 einen der drei Anschlüsse des Drehstrommotors elektrisch mit einem der drei Anschlüsse eines Umrichters (bzw. Wechselrichters), der den durch den Drehstrommotor fließenden Strom steuert. Aus diesem Grund wird die folgende Beschreibung unter der Annahme gemacht, dass die mindestens zwei Leiter 10 drei Leiter 10 sind und bei der Unterscheidung der drei Leiter 10 voneinander die drei Leiter 10 ein Leiter 11, ein Leiter 12 und ein Leiter 13 sind.
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An jedem der drei Leiter 10 sind Erstreckungsabschnitte 30 und ein Aussparungsabschnitt 40 angeordnet. Jeder Erstreckungsabschnitt 30 erstreckt sich entlang einer zweiten Richtung orthogonal zu einer ersten Richtung, die eine benachbarte Richtung von zwei zueinander benachbarten Leitern 10 ist. Die beiden zueinander benachbarten Leiter 10 sind zwei Leiter 10, nämlich der Leiter 11 und der Leiter 12, die zueinander benachbart sind, oder zwei Leiter 10, nämlich der Leiter 12 und der Leiter 13, die zueinander benachbart sind. Eine Richtung, in der der Leiter 11 und der Leiter 12 zueinander benachbart sind, und eine Richtung, in der der Leiter 12 und der Leiter 13 zueinander benachbart sind, sind Beispiele für die benachbarte Richtung, und die X-Richtung in den 1 bis 3 entspricht der benachbarten Richtung.
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In dieser Ausführungsform wird die benachbarte Richtung, wie oben beschrieben, als eine erste Richtung bezeichnet. Die zweite Richtung ist eine zu der ersten Richtung orthogonale Richtung, und die Y-Richtung in den 1 bis 3 entspricht der zweiten Richtung. Daher entsprechen Abschnitte, die sich entlang der Y-Richtung jedes der Leiter 10 erstrecken, den Erstreckungsabschnitten 30.
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Jeder Aussparungsabschnitt 40 beinhaltet orthogonale Abschnitte 41, die sich entlang einer dritten Richtung orthogonal zu sowohl der ersten Richtung als auch der zweiten Richtung erstrecken, und ist zu einer Form geformt, die in der dritten Richtung in Bezug auf die Erstreckungsabschnitte 30 ausgespart (bzw. vertieft, zurückgesetzt) ist. In dieser Ausführungsform sind die erste Richtung und die zweite Richtung jeweils die X-Richtung bzw. die Y-Richtung. Somit entspricht der dritten Richtung, die orthogonal zu sowohl der ersten Richtung als auch der zweiten Richtung ist, die Z-Richtung in den 1 bis 3. Der Aussparungsabschnitt 40 weist die orthogonalen Abschnitte 41 auf, die so angeordnet sind, dass sie sich entlang der oben beschriebenen Z-Richtung erstrecken. Daher sind die Erstreckungsabschnitte 30 und die orthogonalen Abschnitte 41 orthogonal zueinander ausgebildet, wie in 3 dargestellt, und ist der Aussparungsabschnitt 40 so ausgebildet, dass er eine Form aufweist, die in der Z-Richtung von den Erstreckungsabschnitten 30 über (bzw. via) die orthogonalen Abschnitte 41 ausgespart (bzw. vertieft) ist.
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In dieser Ausführungsform ist jeder der Aussparungsabschnitte 40, wenn in der X-Richtung gesehen, in einer (Buchstaben-) U-Form (in dieser Ausführungsform eine Form mit zwei Eckabschnitten auf der Unterseite, die die gegenüberliegende Seite zu dem Öffnungsabschnitt der U-Form ist) ausgebildet, wie in 3 dargestellt. Daher besteht bei dieser Ausführungsform ein Aussparungsabschnitt 40 aus zwei orthogonalen Abschnitten 41, die einander zugewandt sind, und einen unteren Abschnitt 42 (bzw. Bodenabschnitt 42), der zwischen den zwei orthogonalen Abschnitten 41 angeordnet ist.
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Bei dieser Ausführungsform sind der Leiter 11, der Leiter 12 und der Leiter 13 so angeordnet, dass die Erstreckungsabschnitte 30 der jeweiligen Leiter entlang der ersten Richtung in einer Reihe aneinandergereiht sind, wie in den 1 bis 3 dargestellt. Entlang der ersten Richtung aneinandergereiht zu sein, bedeutet, dass die Erstreckungsabschnitte 30 der jeweiligen Leiter so aneinandergereiht sind, um parallel zueinander (ausgerichtet) zu sein und einander überlappende Abschnitte aufzuweisen, wenn in der X-Richtung gesehen.
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Jede der mindestens zwei magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 ist an einem der Leiter 10 angeordnet. In dieser Ausführungsform bestehen die Leiter 10 aus drei Leitern, nämlich dem Leiter 11, dem Leiter 12 und dem Leiter 13. Da die magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 einzeln (bzw. individuell) an den jeweiligen Leitern 10 angeordnet sind, d. h., dem Leiter 11, dem Leiter 12 und dem Leiter 13, weist der Stromsensor 1 drei magnetoelektrische Umwandlungseinheiten 20 auf. Somit wird die folgende Beschreibung unter der Annahme gemacht, dass die mindestens zwei magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 drei magnetoelektrische Umwandlungseinheiten 20 sind und, insofern die drei magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 voneinander unterschieden werden, die drei magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 eine magnetoelektrische Umwandlungseinheit 21, die dem Leiter 11 entspricht (bzw. zugehört), eine magnetoelektrische Umwandlungseinheit 22, die dem Leiter 12 entspricht, und eine magnetoelektrische Umwandlungseinheit 23, die dem Leiter 13 entspricht, sind.
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In dieser Ausführungsform sind an jede(r) der magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 zwei Magnetismus-Detektionselemente 52 angeordnet. Jedes der Magnetismus-Detektionselemente 52 ist eine Vorrichtung mit einer Funktion der Erfassung der magnetischen Flussdichte des magnetischen Flusses, und beispielsweise gilt ein Hall-Element als das Magnetismus-Detektionselement 52. In dieser Ausführungsform ist jede der magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 eingerichtet (bzw. konfiguriert), dass sie zwei Magnetismus-Detektionselemente 52 in einem Harzpaket 51 mit einer Vielzahl von Elektroden 50 enthält, wie in 4 dargestellt.
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Jedes der zwei (bzw. beiden) Magnetismus-Detektionselemente 52 weist eine Detektionsfläche 53 auf, durch die ein magnetischer Fluss mit einer magnetischen Flussdichte, die ein oben beschriebenes Detektionsziel ist, eingegeben wird. Die zwei Magnetismus-Detektionselemente 52 sind derart angeordnet, dass deren beide Detektionsflächen 53 in die gleiche Richtung weisen. Es ist zu beachten, dass eine Detektionsfläche 53 in dieser Ausführungsform keine Fläche in einem Raum anzeigt, sondern einfach einen Funktionsabschnitt anzeigt, der dazu eingerichtet ist, die magnetische Flussdichte zu erfassen, d. h. einen Detektionsabschnitt (bzw. Erfassungsabschnitt). Daher gilt die gleiche Beschreibung auch dann, wenn eine Detektionsfläche 53 (bzw. Erfassungsfläche 53) durch einen Detektionsabschnitt (bzw. Erfassungsabschnitt) ersetzt wird.
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Wenn Strom durch jeden der Leiter 10 fließt, wird ein Magnetfeld entsprechend der Menge des Stroms um den Leiter 10 herum zentriert erzeugt. Die Magnetismus-Detektionselemente 52 erfassen die magnetische Flussdichte des magnetischen Flusses in einem solchen Magnetfeld. Ausserdem ist jede der drei magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 so angeordnet, dass deren Detektionsflächen 53 den orthogonalen Abschnitten 41 eines der Aussparungsabschnitte 40 zugewandt sind, wie in den 1 bis 3 dargestellt. Insbesondere ist jede der drei magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 derart angeordnet, dass deren zwei Detektionsflächen 53 entlang der ersten Richtung ausgerichtet (bzw. in Linie) angeordnet (bzw. positioniert) sind und Abstände von den jeweiligen der beiden Detektionsflächen 53 zu einem orthogonalen Abschnitt 41, dem die Detektionsflächen 53 zugewandt sind, einander gleich sind. Zum Beispiel, wenn der Strom in einer durch einen Pfeil in 5 dargestellten Richtung durch einen der Leiter 10 fließt, Der magnetische Fluss in einer durch eine gestrichelte Linie dargestellten Richtung wird an einem orthogonalen Abschnitt 41 erzeugt, der einer magnetoelektrischen Umwandlungseinheit 20 zugewandt ist. Aus diesem Grunde wird (zu) der (bzw. in die) Detektionsfläche 53 des einen Magnetismus-Detektionselements 52 der zwei Magnetismus-Detektionselemente 52 der magnetische Fluss in einer Richtung, die von dem orthogonalen Abschnitt 41 in Richtung (hin zu) der Detektionsfläche 53 gerichtet ist, eingegeben (bzw. eintreten, fließen), und wird (zu) der (bzw. in die) Detektionsfläche 53 des anderen Magnetismus-Detektionselements 52 der zwei Magnetismus-Detektionselemente 52 der magnetische Fluss in einer Richtung, die von der Detektionsfläche 53 in Richtung des orthogonalen Abschnitts 41 gerichtet ist, eingegeben (bzw. eintreten, fließen).
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Die beiden Magnetismus-Detektionselemente 52 erfassen die magnetische Flussdichte von Orthogonalkomponenten orthogonal zu den Detektionsflächen 53 des (zu) den (bzw. in die) jeweiligen Detektionsflächen 53 der beiden Magnetismus-Detektionselemente 52 eingegebenen (bzw. fließenden, eintretenden) magnetischen Flusses. Das heisst, die beiden Magnetismus-Detektionselemente 52 erfassen die magnetische Flussdichte des magnetischen Flusses in den Richtungen entlang der Y-Richtung in 5.
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In dieser Ausführungsform sind, wie in 5 dargestellt, die Richtungen der Orthogonalkomponenten des magnetischen Flusses, die (zu) den (bzw. in die) jeweiligen Detektionsflächen 53 der beiden Magnetismus-Detektionselemente 52 eingegeben werden (bzw. fließen, eintreten), einander entgegengesetzt. Somit ist jede der magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 eingerichtet, um ein Signal gemäß einer Differenz der magnetischen Flussdichte zwischen den Orthogonalkomponenten des in die zwei Detektionsoberflächen 53 eintretenden magnetischen Flusses auszugeben. Insbesondere sind in jeder der magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 zwei Magnetismus-Detektionselemente 52 verdrahtet, wie in 6 dargestellt. Sprich, jeweilige Detektionsergebnisse von den zwei Magnetismus-Detektionselementen 52 werden in den invertierenden Anschluss und den nichtinvertierenden Anschluss eines Verstärkers AMP1 eingegeben (bzw. gehen ein), und ein differentieller magnetischer Fluss wird durch den Verstärker AMP1 detektiert. Ferner wird der differentielle magnetische Fluss durch einen Verstärker AMP2 in der nachfolgenden Stufe verstärkt, und der verstärkte differentielle magnetische Fluss wird als ein Signal von der magnetoelektrischen Umwandlungseinheit 20 ausgegeben. Diese Konfiguration (bzw. Anordnung) ermöglicht es der magnetoelektrischen Umwandlungseinheit 20, die magnetische Flussdichte des erzeugten magnetischen Flusses zu erfassen, die durch den durch den orthogonalen Abschnitt 41 fließenden Strom verursacht wird.
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Zusätzlich ist bei dieser Ausführungsform jede der magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 mit deren Detektionsflächen 53 versetzt zu der Seite (hin) angeordnet, auf der sich ein orthogonaler Abschnitt 41 des mittleren Abschnitts in einer Richtung entlang der zweiten Richtung des Aussparungsabschnitts 40 befindet. Die Detektionsflächen 53 sind Oberflächen, durch die ein magnetischer Fluss mit einer magnetischen Flussdichte, die ein Detektionsziel der Magnetismus-Detektionselemente 52 ist, mit denen jede der magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 bereitgestellt wird (bzw. versehen ist), eingegeben wird (bzw. eintritt). Der mittlere Abschnitt in einer Richtung entlang der zweiten Richtung des Aussparungsabschnitts 40 ist der mittlere Abschnitt in der Y-Richtung des Aussparungsabschnitts 40 und ist äquivalent zu dem mittleren Abschnitt zwischen einem Paar orthogonaler Abschnitte 41, die der Aussparungsabschnitt 40 aufweist und die einander zugewandt sind. Insofern weist in dieser Ausführungsform ein Aussparungsabschnitt 40 ein Paar orthogonaler Abschnitte 41 auf, weshalb zu der Seite (hin) versetzt zu sein, auf der ein orthogonaler Abschnitt 41 angeordnet ist, bedeutet, zu dem einen näher als zu dem anderen des Paars orthogonaler Abschnitte 41 zu sein.
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Wenn in dieser Ausführungsform angenommen wird, dass in den drei Aussparungsabschnitten 40, die in 2 dargestellt sind, die orthogonalen Abschnitte 41 auf der oberen Seite der Papierebene auf einer Seite angeordnet sind und die orthogonalen Abschnitte 41 auf der unteren Seite der Papierebene auf der anderen Seite angeordnet sind, ist in dem Leiter 11 die magnetoelektrische Umwandlungseinheit 21 (zwei Detektionsflächen 53) zu der Seite (hin) versetzt angeordnet, auf der ein orthogonaler Abschnitt 41 auf der einen Seite so angeordnet ist (bzw. sich befindet), um dem orthogonalen Abschnitt 41 auf der einen Seite zugewandt zu sein. In dem Leiter 12 ist die magnetoelektrische Umwandlungseinheit 22 (zwei Detektionsflächen 53) zu der Seite (hin) versetzt angeordnet, auf der ein orthogonaler Abschnitt 41 auf der anderen Seite so angeordnet ist (bzw. sich befindet), um dem orthogonalen Abschnitt 41 auf der anderen Seite zugewandt zu sein, und in dem Leiter 13 ist die magnetoelektrische Umwandlungseinheit 23 (zwei Detektionsflächen 53) zu der Seite (hin) versetzt angeordnet, auf der ein orthogonaler Abschnitt 41 auf der einen Seite so angeordnet ist (bzw. sich befindet), um dem orthogonalen Abschnitt 41 auf der einen Seite zugewandt zu sein.
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Eine magnetoelektrische Umwandlungseinheit 20, die in dem Aussparungsabschnitt 40 eines von zwei Leitern 10 angeordnet ist, die benachbart zueinander sind, ist an einer Position auf einer Verlängerungslinie angeordnet, die sich entlang der ersten Richtung von dem mittleren Abschnitt des Aussparungsabschnitts 40 des anderen der zwei Leiter 10 erstreckt. Zusätzlich ist eine magnetoelektrische Umwandlungseinheit 20, die in dem Aussparungsabschnitt 40 des anderen von zwei Leitern 10 angeordnet ist, die benachbart zueinander sind, an einer Position auf einer Verlängerungslinie angeordnet, die sich entlang der ersten Richtung von dem mittleren Abschnitt des Aussparungsabschnitts 40 des einen der zwei Leiter 10 erstreckt. Die beiden (bzw. zwei) zueinander benachbarten Leiter 10 sind zwei Leiter 10, nämlich der Leiter 11 und der Leiter 12, oder zwei Leiter 10, nämlich der Leiter 12 und der Leiter 13.
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Daher ist unter der Annahme, dass zwei Leiter 10, die einander benachbart sind, der Leiter (erster Leiter) 11 und der Leiter (zweiter Leiter) 12 sind, die magnetoelektrische Umwandlungseinheit (erste magnetoelektrische Umwandlungseinheit) 21, die in dem Aussparungsabschnitt (erster Aussparungsabschnitt) 40 des Leiters 11 angeordnet ist, an einer Position auf einer Verlängerungslinie C2, die sich entlang der X-Richtung von dem Mittelabschnitt in der Y-Richtung des Aussparungsabschnitts (zweiter Aussparungsabschnitt) 40 des Leiters 12 erstreckt, angeordnet, und ist die magnetoelektrische Umwandlungseinheit (zweite magnetoelektrische Umwandlungseinheit) 22, die in dem Aussparungsabschnitt 40 des Leiters 12 angeordnet ist, an einer Position auf einer Verlängerungslinie C1, die sich entlang der X-Richtung von dem Mittelabschnitt in der Y-Richtung des Aussparungsabschnitts 40 des Leiters 11 erstreckt, angeordnet, wie in 2 dargestellt.
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In ähnlicher Weise ist unter der Annahme, dass zwei Leiter 10, die einander benachbart sind, der Leiter 12 und der Leiter (dritter Leiter) 13 sind, die magnetoelektrische Umwandlungseinheit (zweite magnetoelektrische Umwandlungseinheit) 22, die in dem Aussparungsabschnitt 40 des Leiters 12 angeordnet ist, an einer Position auf einer Verlängerungslinie C3, die sich entlang der X-Richtung von dem Mittelabschnitt in der Y-Richtung des Aussparungsabschnitts 40 (dritter Aussparungsabschnitt) des Leiters 13 erstreckt, angeordnet, und ist die magnetoelektrische Umwandlungseinheit (dritte magnetoelektrische Umwandlungseinheit) 23, die in dem Aussparungsabschnitt 40 des Leiters 13 angeordnet ist, an einer Position auf der Verlängerungslinie C2, die sich entlang der X-Richtung von dem Mittelabschnitt in der Y-Richtung des Aussparungsabschnitts 40 des Leiters 12 erstreckt, angeordnet.
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Wenn deshalb in dieser Ausführungsform der Leiter 11 und der Leiter 13 entlang der Y-Richtung parallel zueinander angeordnet sind, sind die magnetoelektrische Umwandlungseinheit 21, die in dem Aussparungsabschnitt 40 des Leiters 11 angeordnet ist, und die magnetoelektrische Umwandlungseinheit 23, die in dem Aussparungsabschnitt 40 des Leiters 13 angeordnet ist, in einer Reihe (ausgerichtet) entlang der X-Richtung angeordnet, wie in 2 dargestellt. Dadurch sind, wie in 3 dargestellt, der Aussparungsabschnitt 40 des Leiters 13 und der Aussparungsabschnitt 40 des Leiters 12 in der zweiten Richtung voneinander verschoben werden, wenn in (bzw. aus) der ersten Richtung gesehen, und überlappen der Aussparungsabschnitt 40 des Leiters 13 und der Aussparungsabschnitt 40 des Leiters 11 einander, wenn in der ersten Richtung gesehen.
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Da in dieser Ausführungsform zum Beispiel die Detektionsflächen 53 der jeweiligen der zwei Magnetismus-Detektionselemente 52 in der magnetoelektrischen Umwandlungseinheit 22 des Leiters 12 auf der Verlängerungslinie C1 positioniert sind, bei der durch die jeweiligen der beiden orthogonalen Abschnitte 41 des Leiters 11 erzeugte Magnetfelder, die einander zugewandt sind, einander auslöschen, wird die magnetoelektrische Umwandlungseinheit 22 nicht durch die Magnetfelder beeinflusst, die durch den Leiter 11 erzeugt werden, wenn die magnetoelektrische Umwandlungseinheit 22 einen Stromwert von durch den Leiter 12 fließendem Strom misst. In ähnlicher Weise wird die magnetoelektrische Umwandlungseinheit 23 nicht durch Magnetfelder beeinflusst, die durch den Leiter 12 erzeugt werden, und wird die magnetoelektrische Umwandlungseinheit 22 nicht durch Magnetfelder beeinflusst, die durch den Leiter 13 erzeugt werden.
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Somit ist es geeignet, zwei magnetoelektrische Umwandlungseinheiten 20, die in den jeweiligen der Aussparungsabschnitte 40 von zueinander benachbarten zwei Leitern 10 angeordnet sind, auf den (jenigen) Oberflächen, die voneinander verschieden sind, eines Substratblechs 60 zu montieren.
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Das heißt unter der Annahme, dass zwei Leiter 10, die zueinander benachbart sind, der Leiter 11 und der Leiter 12 sind, dass die magnetoelektrische Umwandlungseinheit 21, die in dem Aussparungsabschnitt 40 des Leiters 11 angeordnet ist, auf einer Oberfläche 61 des Substrats 60 angebracht (bzw. montiert, befestigt) ist, und die magnetoelektrische Umwandlungseinheit 22, die in dem Aussparungsabschnitt 40 des Leiters 12 angeordnet ist, auf der anderen Oberfläche 62 des Substrats 60 angebracht (bzw. montiert, befestigt) ist. In ähnlicher Weise ist unter der Annahme, dass zwei Leiter 10, die zueinander benachbart sind, der Leiter 12 und der Leiter 13 sind, die magnetoelektrische Umwandlungseinheit 23, die in dem Aussparungsabschnitt 40 des Leiters 13 angeordnet ist, auf der einen Oberfläche 61 des Substrats 60 angebracht (bzw. montiert, befestigt) und ist die magnetoelektrische Umwandlungseinheit 22, die in dem Aussparungsabschnitt 40 des Leiters 12 angeordnet, auf der anderen Oberfläche 62 des Substrats 60 angebracht (bzw. montiert, befestigt).
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Gemäß dem Stromsensor 1 dieser Offenbarung, wie vorstehend beschrieben, ermöglicht die Montage der magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20, die in den jeweiligen Aussparungsabschnitten 40 der drei Leiter 10 angeordnet sind, auf dem Blech (bzw. Blatt) des Substrats 60, dass die magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 leicht in Bezug auf die Aussparungsabschnitte 40 positioniert und an erwarteten Positionen angeordnet werden können. Da zudem der Stromsensor 1 aus den Leitern 10 und den magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 gebildet werden kann, wird es möglich, den Stromsensor 1 zu miniaturisieren.
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Weitere Ausführungsformen
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Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform die Beschreibung vorgenommen wurde, indem als ein Beispiel ein Fall verwendet wurde, bei dem die Anzahl der Leiter 10 drei ist, kann die Anzahl der Leiter 10 zwei oder vier oder mehr betragen. In jedem Fall ist der Stromsensor 1 in der Lage, durch die Leiter 10 fließenden Strom zu erfassen, ohne einen Kern aus einem magnetischen Material (bzw. Magnetmaterialkern) zu umfassen.
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Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform die Beschreibung unter der Annahme gemacht wurde, dass jede der magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 mit ihren (bzw. deren) Detektionsflächen 53 versetzt zu der Seite (hin) angeordnet ist, auf (bzw. an) der sich ein orthogonaler Abschnitt 41 des mittleren Abschnitts in einer Richtung entlang der zweiten Richtung eines Aussparungsabschnitts 40 befindet, kann jede der magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 mit ihren (bzw. deren) Detektionsflächen 53 an dem mittleren Abschnitt in der Richtung entlang der zweiten Richtung des Aussparungsabschnitts 40 angeordnet sein.
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Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform die Beschreibung unter der Annahme gemacht wurde, dass die magnetoelektrische Umwandlungseinheit 20, die in einem der Aussparungsabschnitte 40 von zwei Leitern 10, die benachbart zueinander sind, angeordnet ist, an einer Position auf einer Verlängerungslinie angeordnet ist, die sich entlang der ersten Richtung von dem mittleren Abschnitt des anderen der Aussparungsabschnitte 40 der zwei Leiter 10 erstreckt, kann der Stromsensor 1 auch eingerichtet (bzw. konfiguriert) sein, ohne die magnetoelektrische Umwandlungseinheit 20 anzuordnen, die in einem der Aussparungsabschnitte 40 der zueinander benachbarten zwei Leiter 10 an einer Position auf einer Verlängerungslinie angeordnet ist, die sich entlang der ersten Richtung von dem mittleren Abschnitt des anderen der Aussparungsabschnitte 40 der zwei Leiter 10 erstreckt.
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Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform die Beschreibung unter der Annahme gemacht wurde, dass zwei magnetoelektrische Umwandlungseinheiten 20, die in den jeweiligen der Aussparungsabschnitte 40 von zwei Leitern 10, die benachbart zueinander sind, angeordnet sind, auf den Oberflächen, die auf dem Blatt (bzw. Blech) des Substrats 60 voneinander verschieden sind, montiert (bzw. befestigt, angebracht) sind, können die zwei magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20, die in den jeweiligen der Aussparungsabschnitte 40 der zueinander benachbarten zwei Leiter 10 angeordnet sind, auf voneinander verschiedenen Substraten montiert oder auf derselben Oberfläche auf dem Blatt des Substrats 60 montiert werden (bzw. sein).
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Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform die Beschreibung vorgenommen wurde, indem als ein Beispiel ein Fall verwendet wurde, bei dem die mindestens zwei Leiter 10 drei Stromschienen (bzw. Verteilerschienen, Sammelschienen) sind, die mit einem Drehstrommotor (bzw. Dreiphasenmotor) verbunden sind, können die mindestens zwei Leiter 10 (eine) andere (Anzahl) Leiter als drei Stromschienen sein, die mit einem Drehstrommotor verbunden sind. Zusätzlich müssen, wenn die mindestens zwei Leiter 10 drei Stromschienen sind, die mit einem Drehstrommotor verbunden sind, die drei Stromschienen nicht derart (bzw. so) eingerichtet (bzw. konfiguriert) sein, dass die Verlängerungsabschnitte 30 in einer Reihe entlang der ersten Richtung aneinandergereiht sind.
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Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Fall verwendet wurde, in dem die magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 auf dem Substrat 60 montiert wurden, kann das Substrat 60 auch in Verbindung mit einem Substrat verwendet werden, auf dem eine IC-Steuerung zum Steuern (bzw. zur Steuerung) des Antriebs des Drehstrommotors montiert ist.
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Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform die Beschreibung unter der Annahme gemacht wurde, dass jeder der Aussparungsabschnitte 40, wenn in der X-Richtung gesehen, zu einer (Buchstaben-) U-Form geformt (bzw. ausgebildet) ist, die zwei Eckabschnitte auf der (jenigen) Unterseite, die die gegenüberliegende Seite zu dem Öffnungsabschnitt der (Buchstaben-) U-Form ist, aufweist, kann der Aussparungsabschnitt 40, wenn in der X-Richtung gesehen, zu einer (Buchstaben-) U-Form, deren Unterseite sich krümmt, geformt (bzw. ausgebildet) sein.
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Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform die Beschreibung unter der Annahme gemacht wurde, dass an (bzw. zu) jeder der magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 zwei Magnetismus-Detektionselemente 52 angeordnet sind, ist es bevorzugt, dass an (bzw. zu) jeder der magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 mindestens zwei Magnetismus-Detektionselemente 52 angeordnet sind. Das heisst, an jeder der magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 können drei oder mehr Magnetismus-Detektionselemente 52 angeordnet sein, und in einem solchen Fall gibt jede der magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 vorzugsweise ein Signal gemäß einer Differenz der magnetischen Flussdichte zwischen Orthogonalkomponenten aus, die orthogonal zu den Detektionsoberflächen 53 des magnetischen Flusses, der in die (bzw. zu den) Detektionsoberflächen 53 der jeweiligen von mindestens zwei Magnetismus-Detektionselementen 52 (d. h. den jeweiligen der Magnetismus-Detektionselemente 52, die an jeder der magnetoelektrischen Umwandlungseinheiten 20 angeordnet sind) fliesst (bzw. eingeht), sind.
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Diese Offenbarung kann für einen Stromsensor verwendet werden, der dazu eingerichtet ist, Strom zu erfassen, der durch Leiter fließt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2016 [0002]
- JP 99320 A [0002]
- JP 2018096794 A [0002, 0004, 0006]
- JP 2013142569 A [0002, 0005]
- JP 2016099320 A [0003, 0006]
- JP 2013 [0006]
- JP 142569 A [0006]
