DE102021129216A1

DE102021129216A1 - Stromsensor und elektrisches Steuergerät

Info

Publication number: DE102021129216A1
Application number: DE102021129216.6A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Hirano; Makoto Takahashi; Ryoichi Menju
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2020-11-10
Filing date: 2021-11-10
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2041-11-11
Also published as: JP7367657B2; JP2022076722A; US11506729B2; US20230047508A1; US20220146598A1; CN114460347A; DE102021129216B4; US11852697B2

Abstract

Ein Stromsensor zum Detektieren von Magnetismus, der von einem Leiter erzeugt wird, in dem ein Strom in einer ersten Richtung fließt, enthält eine magnetische Detektionseinheit, die in der Lage ist, den Magnetismus zu detektieren, einen Magnetisierungskern und eine magnetische Abschirmung. Der Magnetisierungskern enthält einen ersten Kernbereich, der im Wesentlichen parallel zur ersten Richtung ist, sowie einen zweiten Kernbereich und einen dritten Kernbereich, die jeweils von beiden Endabschnitten des ersten Kernbereichs aus in eine zweite Richtung, die orthogonal zur ersten Richtung verläuft, durchgehend sind. Der zweite Kernbereich und der dritte Kernbereich erstrecken sich jeweils von einem Endabschnitt des ersten Kernbereichs, um einer dritten Richtung zu folgen, die orthogonal zu der ersten Richtung und der zweiten Richtung ist. Die magnetische Detektionseinheit hat eine Empfindlichkeitsrichtung in der zweiten Richtung und ist in einem Kernspalt positioniert, der zwischen der Nähe des Endabschnitts des zweiten Kernbereichs und der Nähe des Endabschnitts des dritten Kernbereichs in der dritten Richtung angeordnet ist. Die magnetische Abschirmung enthält einen plattenförmigen Abschirmungsabschnitt, der so positioniert ist, dass er den Kernspalt, wenn entlang der dritten Richtung gesehen, überlappt.

Description

[TECHNISCHES GEBIET]
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stromsensor und eine elektrisches Steuergerät.
[HINTERGRUND]
In den letzten Jahren wurden Stromsensoren zur Messung des verbleibenden Batteriestands und zur Messung der Motorantriebsströme in Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEVs), Elektrofahrzeugen (EVs) und Ähnlichem sowie in Leistungssteuerungsausrüstungen wie Konverter, Inverter und Ähnlichem verwendet. Als ein solcher Stromsensor ist einer bekannt, der mit einem magnetischen Sensor ausgestattet ist, der ein magnetisches Detektionselement enthält, das in der Lage ist, ein Magnetfeld zu detektieren, das durch einen Strom erzeugt wird, der durch einen Leiter wie eine Stromschiene fließt. In dem Stromsensor detektiert beispielsweise ein magnetoresistives Element, wie ein AMR-Element, ein GMR-Element oder ein TMR-Element, oder ein magnetisches Detektionselement, wie ein Hall-Element, einen Strom, der durch einen Leiter, wie eine Stromschiene, in einem berührungslosen Zustand fließt.
Konventionell ist ein Stromsensor bekannt, der einen ringförmigen Magnetkern mit einem Spalt aufweist, und ein magnetischer Sensor mit einem magnetischen Detektionselement ist in dem Spalt angeordnet (siehe Patentliteratur 1). Durch eine solche Struktur kann der vom Leiter erzeugte Magnetfluss auf den Magnetkern fokussiert werden, und der durch den Magnetkern fokussierte Magnetfluss kann auf das im Spalt angeordnete magnetische Detektionselement beaufschlagt werden.
[VERWANDTE LITERATUR]
[PATENTLITERATUR 1] JP Veröffentlichte Patent Anmeldung No. 201978542
[ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG]
[PROBLEM, DAS DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLL]
In dem in der Patentliteratur 1 offenbarten Stromsensor wird, wenn der durch den Leiter fließende Strom relativ groß wird, das von dem Leiter erzeugte Magnetfeld stark, wodurch der Magnetkern leicht magnetisch gesättigt werden kann, und folglich kann sich die Linearität des Magnetsensorausgangs verschlechtern. Durch Vergrößerung des Spalts im Magnetkern oder durch Vergrößerung des Volumens des Magnetkerns kann die Verschlechterung der Linearität des Magnetsensorausgangs verbessert werden. Wenn jedoch der Spalt im Magnetkern vergrößert wird, wird leicht ein anderes Magnetfeld als das vom Leiter erzeugte Magnetfeld (im Folgenden gelegentlich als „magnetisches Störfeld“ bezeichnet) auf das magnetische Detektionselement beaufschlagt, und es besteht die Sorge, dass die Detektionsgenauigkeit durch den Stromsensor abnehmen kann.
In Anbetracht des vorgenannten Problems ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Stromsensor und ein elektrisches Steuergerät bereitzustellen, die in der Lage sind, den Einfluss eines magnetischen Störfeldes zu unterdrücken.
(MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS)
Um das obige Problem zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung einen Stromsensor zum Detektieren von Magnetismus, der von einem Leiter, in dem ein Strom in einer ersten Richtung fließt, erzeugt wird, wobei der Stromsensor umfasst: eine magnetische Detektionseinheit, die in der Lage ist, den Magnetismus zu detektieren, einen Magnetisierungskern; und eine magnetische Abschirmung, und der Magnetisierungskern umfasst einen ersten Kernbereich, der im Wesentlichen parallel zu der ersten Richtung ist, und einen zweiten Kernbereich und einen dritten Kernbereich, die sich jeweils von Endabschnitten des ersten Kernbereichs in einer zweiten Richtung erstrecken, die orthogonal zu der ersten Richtung ist. Der zweite Kernbereich und der dritte Kernbereich erstrecken sich jeweils von einem Endabschnitt des ersten Kernbereichs, um einer dritten Richtung zu folgen, die orthogonal zu der ersten Richtung und der zweiten Richtung ist. Die magnetische Detektionseinheit hat eine Empfindlichkeitsrichtung in der zweiten Richtung und ist in einem Kernspalt positioniert, der in der dritten Richtung zwischen der Nähe des Endabschnitts des zweiten Kernbereichs und der Nähe des Endabschnitts des dritten Kernbereichs eingeschlossen ist. Die magnetische Abschirmung umfasst einen plattenförmigen Abschirmungsabschnitt, der so positioniert ist, dass er den Kernspalt überlappt, wenn man ihn in der dritten Richtung betrachtet.
Der Magnetisierungskern kann ferner einen vierten Kernbereich umfassen, der sich in der Nähe des Endabschnitts des zweiten Kernbereichs fortsetzt, und einen fünften Kernbereich, der sich in der Nähe des Endabschnitts des dritten Kernbereichs fortsetzt. Der vierte Kernbereich und der fünfte Kernbereich können sich so erstrecken, dass sie sich in der zweiten Richtung einander annähern. Der Leiter kann ein plattenförmiger Körper sein, der sich in der ersten Richtung mit der Dickenrichtung in der zweiten Richtung erstreckt, und der Leiter kann ein plattenförmiger Körper sein, der sich in der ersten Richtung mit der Dickenrichtung in der dritten Richtung erstreckt.
Die magnetische Abschirmung kann einen ersten Abschirmungsabschnitt und einen zweiten Abschirmungsabschnitt umfassen, die sich entlang der dritten Richtung erstrecken und jeweils mit den Enden des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts entlang der ersten Richtung fortsetzen, und die magnetische Detektionseinheit ist in dem Kernspalt positioniert, der zwischen dem ersten Abschirmungsabschnitt und dem zweiten Abschirmungsabschnitt liegt, wenn man entlang der ersten Richtung schaut.
In dem plattenförmigen Abschirmungsabschnitt kann ein Schlitzbereich ausgebildet sein, der in der dritten Richtung durchgeht und die Längsrichtung des Schlitzbereichs kann im Wesentlichen mit der ersten Richtung übereinstimmen, wenn entlang der dritten Richtung betrachtet. Die Längsrichtung des Schlitzbereichs kann im Wesentlichen mit der zweiten Richtung übereinstimmen, wenn entlang der dritten Richtung betrachtet, und der Schlitzbereich kann einer von mehreren Schlitzbereichen sein, die in dem plattenförmigen Abschirmungsabschnitt ausgebildet sind.
Der Eisenverlust der konstituierenden Materialien der magnetischen Abschirmung kann größer sein als der Eisenverlust der konstituierenden Materialien des Magnetisierungskerns, die magnetische Detektionseinheit kann ein magnetoresistives Element oder ein Hall-Element enthalten, das magnetoresistive Element kann ein GMR-Element oder ein TMR-Element sein, und der Leiter kann vorgesehen sein, um den Spalt zu durchdringen, der durch den ersten Kernbereich, den zweiten Kernbereich und den dritten Kernbereich des Magnetisierungskerns entlang der ersten Richtung gebildet ist. Die vorliegende Erfindung stellt ein elektrisches Steuergerät mit dem oben beschriebenen Stromsensor zur Verfügung.
(WIRKSAMKEIT DER ERFINDUNG)
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Stromsensor und ein elektrisches Steuergerät bereitzustellen, die in der Lage sind, den Einfluss eines störenden Magnetfeldes zu unterdrücken.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Konfiguration eines ersten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Seitenansicht, die eine schematische Konfiguration eines ersten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Seitenansicht, die eine schematische Konfiguration eines ersten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausfuhrungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die eine schematische Konfiguration eines ersten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
5A ist eine Seitenansicht zur Erläuterung des Einflusses eines magnetischen Störfeldes in X-Richtung auf einen Stromsensor mit einem Magnetisierungskern mit einem relativ engen Kernspalt und ohne magnetische Abschirmung.
5B ist eine Seitenansicht zur Erläuterung des Einflusses eines magnetischen Störfeldes in Y-Richtung auf einen Stromsensor mit einem Magnetisierungskern mit einem relativ engen Kernspalt und ohne magnetische Abschirmung.
6A ist eine Seitenansicht zur Erläuterung des Einflusses eines magnetischen Störfeldes in X-Richtung auf einen Stromsensor mit einem Magnetisierungskern mit einem relativ breiten Kernspalt und ohne magnetische Abschirmung.
6B ist eine Seitenansicht zur Erläuterung des Einflusses eines magnetischen Störfeldes in Y-Richtung auf einen Stromsensor mit einem Magnetisierungskern mit einem relativ breiten Kernspalt und ohne magnetische Abschirmung.
6C ist eine Seitenansicht zur Erläuterung des Einflusses eines magnetischen Störfeldes in X-Richtung auf einen Stromsensor mit einem Magnetisierungskern mit einem relativ breiten Kernspalt und einer magnetischen Abschirmung.
7 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Schaltplan, der schematisch eine Schaltungskonfiguration der magnetischen Detektionseinheit gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines Aspekts des magnetoresistiven Elements gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine Schnittansicht, die die schematische Konfiguration eines Aspekts des magnetoresistiven Elements gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
11A ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des ersten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
11B ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des ersten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
11C ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des ersten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
11D ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des ersten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
12A ist eine Seitenansicht zur Erläuterung des Einflusses des magnetischen Störfeldes in Y-Richtung auf den Stromsensor gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
12B ist eine Seitenansicht zur Erläuterung des Einflusses des magnetischen Störfeldes in Y-Richtung auf ein modifiziertes Beispiel des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
12C ist eine Seitenansicht zur Erläuterung des Einflusses des magnetischen Störfeldes in Y-Richtung auf ein modifiziertes Beispiel des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines zweiten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist eine Seitenansicht, die die schematische Konfiguration des zweiten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausfiihrungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ist eine Seitenansicht, die die schematische Konfiguration des zweiten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
16 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die eine schematische Konfiguration des zweiten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
17A ist eine Seitenansicht zur Erläuterung des Einflusses eines magnetischen Störfeldes in Y-Richtung auf den zweiten Aspekt des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
17B ist eine Seitenansicht zur Erläuterung des Einflusses eines magnetischen Störfeldes in X-Richtung auf den zweiten Aspekt des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
18A ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des zweiten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
18B ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des zweiten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
18C ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des zweiten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
18D ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des zweiten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
19 ist eine Seitenansicht zur Erläuterung des Einflusses des magnetischen Störfeldes in Y-Richtung auf das modifizierte Beispiel des zweiten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines dritten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
21 ist eine Seitenansicht, die die schematische Konfiguration des dritten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
22 ist eine Seitenansicht, die die schematische Konfiguration des dritten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
23A ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des dritten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
23B ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des dritten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
23C ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des dritten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
23D ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des dritten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
24 ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines vierten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
25 ist eine Seitenansicht, die die schematische Konfiguration des vierten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
26 ist eine Seitenansicht, die die schematische Konfiguration des vierten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
27A ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des vierten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
27B ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des vierten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
27C ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des vierten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
27D ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des vierten Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
28 ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines fünften Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
29 ist eine Seitenansicht, die die schematische Konfiguration des fünften Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
30 ist eine Seitenansicht, die die schematische Konfiguration des fünften Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
31A ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des fünften Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
31B ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des fünften Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
31C ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des fünften Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
31D ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Konfiguration eines modifizierten Beispiels des fünften Aspekts des Stromsensors gemäß des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
32 ist ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristiken aufgrund der Eisenverlustdifferenz zwischen dem konstituierenden Material des Magnetisierungskerns und dem konstituierenden Material der magnetischen Abschirmung in dem Stromsensor zeigt.

(BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG)
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Konfiguration eines ersten Aspekts des Stromsensors gemäß dieses Ausführungsbeispiels zeigt, 2 ist eine Seitenansicht, die eine schematische Konfiguration des ersten Aspekts des Stromsensors gemäß dieses Ausführungsbeispiels zeigt, 3 ist eine Seitenansicht, die eine schematische Konfiguration des ersten Aspekts des Stromsensors gemäß dieses Ausführungsbeispiels zeigt, und 4 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die eine schematische Konfiguration des ersten Aspekts des Stromsensors gemäß dieses Ausführungsbeispiels zeigt.
Bei der Beschreibung des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden in einigen Zeichnungen bei Bedarf eine „erste Richtung, eine zweite Richtung und eine dritte Richtung“ spezifiziert. Dabei ist die erste Richtung die Richtung des Stroms, der durch den Leiter fließt. Die zweite Richtung ist eine Richtung orthogonal zur ersten Richtung und ist die Breitenrichtung des Leiters in den ersten bis dritten Aspekten und im fünften Aspekt und die Dickenrichtung des Leiters im vierten Aspekt. Die dritte Richtung ist eine Richtung orthogonal zu der ersten Richtung und der zweiten Richtung und ist die Dickenrichtung des Leiters in den ersten bis dritten Aspekten und dem fünften Aspekt und die Breitenrichtung des Leiters in dem vierten Aspekt. In der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen wird die erste Richtung gelegentlich als die „Z-Richtung“, die zweite Richtung als die „X-Richtung“ und die dritte Richtung als die „Y-Richtung“ bezeichnet.
Wie in den 1 bis 4 gezeigt, ist der erste Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit einer magnetischen Detektionseinheit 2, die Magnetismus detektieren kann, einem Magnetisierungskern 3, einer magnetischen Abschirmung 4 und einem Leiter 5 versehen, durch den ein elektrischer Strom in der Z-Richtung fließt.
Der Magnetisierungskern 3 umfasst einen ersten Kernbereich 31, der im Wesentlichen parallel zur Z-Richtung verläuft, einen zweiten Kernbereich 32 und einen dritten Kernbereich 33, die mit den beiden Endabschnitten 31A und 31B des ersten Kernbereichs 31 in der X-Richtung zusammenhangen und sich in der YRichtung (+Y-Richtung) erstrecken, einen vierten Kernbereich 34, der mit dem Endabschnitt 32Ades zweiten Kernbereichs 32 in der Y-Richtung zusammenhangt und sich in der X-Richtung (-X-Richtung) erstreckt, und einen fünften Kernbereich 35, der mit dem Endabschnitt 33A des dritten Kernbereichs 33 in der Y-Richtung durchgehend ist und sich in der X-Richtung (+X-Richtung) erstreckt. Der vierte Kernbereich 34 und der fünfte Kernbereich 35 erstrecken sich entlang der X-Richtung von dem Endabschnitt 32A des zweiten Kernbereichs 32 und dem Endabschnitt 33A des dritten Kernbereichs 33, so dass die Endflächen davon nahe beieinander liegen. Der Spalt (Raum), der zwischen der Endfläche des vierten Kernbereichs 34 und der Endfläche des fünften Kernbereichs 35, die einander gegenüberliegen, eingeschlossen ist, ist ein Kernspalt CG. Das heißt, der Magnetisierungskern 3 ist ein ringförmiger Kern mit dem Kernspalt CG und ist ein im Wesentlichen C-förmiger Kern, wenn entlang der Z-Richtung betrachtet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der durchgehende Abschnitt zwischen dem Endabschnitt 31A des ersten Kernbereichs 31 und dem zweiten Kernbereich 32 des Magnetisierungskerns 3, der durchgehende Abschnitt zwischen dem Endabschnitt 31B des ersten Kernbereichs 31 und dem dritten Kernbereich 33, der durchgehende Abschnitt zwischen dem Endabschnitt 32A des zweiten Kernbereichs 32 und dem vierten Kernbereich 34 und der durchgehende Abschnitt zwischen dem Endabschnitt 33Ades dritten Kernbereichs 33 und dem fünften Kernbereich 35 alle gekrümmt (gerundete Form), aber dies soll nur zur Veranschaulichung dienen und nicht einschränken. Beispielsweise können diese durchgehenden Abschnitte eine gebogene Form (eine Form mit Ecken) oder eine abgeschrägte C-Form mit abgeschrägten Ecken haben.
Die Länge LCG (der Abstand in X-Richtung zwischen der Endfläche des vierten Kernbereichs 34 und der Endfläche des fünften Kernbereichs 35) des Kernspalts CG in X-Richtung kann z.B. 6 mm oder mehr sein, und kann etwa 6 ∼ 12 mm sein. Indem die Länge LCG 6 mm oder mehr ist, kann der Effekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels, der mit der magnetischen Abschirmung 4 versehen ist, d.h. der Effekt der Kontrolle von magnetischen Störfeldern, die auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirken, mittels der magnetischen Abschirmung 4 effektiv erreicht werden.
Angenommen, dass der Stromsensor 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels nicht mit der magnetischen Abschirmung 4 versehen ist, werden, wenn die Länge LCG des Kernspalts CG in der X-Richtung relativ klein ist und die Endfläche des vierten Kernbereichs 34 und die Endfläche des fünften Kernbereichs 35 nahe an der magnetischen Detektionseinheit 2 liegen, sowohl das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung als auch das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung durch den Magnetisierungskern 3 absorbiert und es ist unwahrscheinlich, dass sie auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirken (siehe 5A und 5B). Das heißt, der Stromsensor ist weniger empfindlich gegenüber dem Einfluss der magnetischen Störfelder Hx und H_Y. Andererseits neigt der Magnetisierungskern 3 dazu, magnetisch gesättigt zu werden, wenn der durch den Leiter 5 fließende Strom groß wird, und es besteht die Sorge, dass sich die Linearität des Ausgangs der magnetischen Detektionseinheit 2 verschlechtern könnte. Wenn die Länge LCG des Kernspalts CG in der X-Richtung relativ groß gemacht wird (z.B. 6 mm oder mehr) und die Endfläche des vierten Kernbereichs 34 und die Endfläche des fünften Kernbereichs 35 von der magnetischen Detektionseinheit 2 getrennt sind, um die Linearität des Ausgangs der magnetischen Detektionseinheit 2 zu verbessern, werden, obwohl der Magnetisierungskern 3 weniger wahrscheinlich magnetisch gesättigt wird, sowohl das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung als auch das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung leichter auf die magnetische Detektionseinheit 2 beaufschlagt (siehe 6A und 6B). Dadurch, dass die magnetische Abschirmung 4 so vorgesehen ist, dass sie den Kernspalt CG überlappt, wenn entlang der Y-Richtung betrachtet, wie in dem Stromsensor 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels, ist es möglich, dass zumindest das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung auf den Magnetisierungskern 3 und die magnetischen Abschirmung 4 induziert wird (siehe 6C). Folglich ist es möglich, zumindest das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung zu unterdrücken, auf die magnetische Detektionseinheit 2 einzuwirken.
Die Breite W3 des Magnetisierungskerns 3 in der Z-Richtung kann etwa 5~20 mm sein. In dem Stromsensor 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die magnetische Detektionseinheit 2 im Kernspalt CG des Magnetisierungskerns 3 angeordnet, aber wenn die Breite W3 relativ klein ist (beispielsweise weniger als 5 mm), besteht die Sorge, dass der Magnetisierungskern 3 leicht durch den vom Leiter 5 erzeugten Magnetfluss magnetisch gesättigt werden könnte. Andererseits, wenn die Breite W3 relativ groß wird, wird die Größe des Stromsensors 1 relativ groß.
Die Länge G34 des Spaltes zwischen der magnetischen Abschirmung 4 und dem Magnetisierungskern 3 in Y- Richtung kann beispielsweise 3 mm oder weniger sein, und kann etwa 1~2 mm sein. Wenn die Länge G34 des Spalts 3 mm übersteigt, besteht die Sorge, dass das Störmagnetfeld Hx in X-Richtung durch den Spalt hindurchgeht und auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt. Weiterhin, wenn die Länge G34 des Spalts relativ kurz ist (z.B. weniger als 1 mm), wird ein magnetischer Pfad vom Magnetisierungskern 3 zur magnetischen Abschirmung 4 gebildet, und der Magnetfluss fließt leicht durch die magnetische Abschirmung 4, und folglich wird der Magnetisierungskern 3 leicht magnetisch gesättigt, und es besteht die Sorge, dass der von der magnetischen Detektionseinheit 2 zu detektierende Magnetfluss abnehmen könnte.
Der aus Kupfer oder Ähnlichem hergestellte Leiter 5 ist ein plattenförmiger Körper, dessen Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur Z-Richtung und dessen Dickenrichtung im Wesentlichen parallel zur Y-Richtung verläuft und der vorgesehen ist, um in der Z-Richtung das Innere des Magnetisierungskerns 3 mit dem Kernspalt CG zu durchdringen. Die Längsrichtung des Leiters 5 kann im Wesentlichen parallel zur Z-Richtung verlaufen, und beispielsweise kann die Achse des Leiters 5 (die Linie, die durch das Zentrum des Leiters 5 verläuft) die Z-Richtung in einem Winkel von 2° oder weniger kreuzen. Außerdem kann die Dickenrichtung des Leiters 5 im Wesentlichen parallel zur Y-Richtung verlaufen und die Y-Richtung beispielsweise in einem Winkel von 2° oder weniger kreuzen.
Die magnetische Detektionseinheit 2 kann im Kernspalt CG vorgesehen sein. In dem erstenAspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird, wenn ein Strom durch den Leiter 5 fließt, ein Magnetfluss von dem Leiter 5 erzeugt, und der Magnetfluss wird auf den ringförmigen Magnetisierungskern 3 mit dem Kernspalt CG fokussiert. Da der Magnetisierungskern 3 eine Ringform mit dem Kernspalt CG hat, wird der gesamte Magnetisierungskern 3 einschließlich des Kernspalts CG zu einem Magnetflusspfad (Magnetpfad). Das heißt, man kann sagen, dass die im Kernspalt CG vorgesehene magnetische Detektionseinheit 2 im Pfad (magnetischen Pfad) des auf den Magnetisierungskern 3 fokussierten Magnetflusses angeordnet ist. Daher bedeutet in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel „die magnetische Detektionseinheit 2 ist im Kernspalt CG vorgesehen“, dass die magnetische Detektionseinheit 2 nur auf dem magnetischen Pfad angeordnet sein muss, und die gesamte magnetische Detektionseinheit 2 kann innerhalb des Kernspalts CG angeordnet sein, oder ein Teil der magnetischen Detektionseinheit 2 kann innerhalb des Kernspalts CG angeordnet sein. Eine detaillierte Konfiguration der magnetischen Detektionseinheit 2 wird später beschrieben.
Die magnetische Abschirmung 4 umfasst einen plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41, der den Kernspalt CG, wenn entlang der Y-Richtung gesehen, überlappt. Dadurch, dass der plattenförmige Abschirmungsabschnitt 41 den Kernspalt CG, wenn entlang der Y-Richtung gesehen, überlappt, wird das magnetische Störfeld Hx in X-Richtung auf den Magnetisierungskern 3 und die magnetische Abschirmung 4 induziert. Daher ist es möglich zu verhindern, dass das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die magnetische Abschirmung 4 so angeordnet, dass der plattenförmige Abschirmungsabschnitt 41 den Kernspalt CG vollständig überlappt, wenn entlang der Y-Richtung betrachtet. Das heißt, die Länge L₄₁ des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41 der magnetischen Abschirmung 4 in der X-Richtung kann länger sein als die Länge L_OG des Kernspalts CG in der X-Richtung und kann nicht größer sein als die Länge I_ß des Magnetisierungskerns 3 in der X-Richtung. Wenn die Länge L₄₁ des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41 in X-Richtung relativ lang ist, kann die Abschirmwirkung gegen das magnetische Störfeld H_x in X-Richtung verbessert werden. Darüber hinaus kann die Länge W₄₁ des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41 in der Z-Richtung mindestens so groß sein wie die Länge des Kernspalts CG in der Z-Richtung, d.h. die Breite W₃ des Magnetisierungskerns 3 in der Z-Richtung. Beispielsweise kann die Länge L₄₁ des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41 in X-Richtung mindestens 4 mm mehr als die Länge L_OG des Kernspalts CG in X-Richtung und nicht mehr als die Länge L₃ des Magnetisierungskerns 3 in X-Richtung sein, und die Länge W₄₁ in Z-Richtung kann mindestens so groß wie die Breite W₃ des Magnetisierungskerns 3 in Z-Richtung und etwa 8 mm mehr als die Breite W₃ des Magnetisierungskerns 3 in Z-Richtung sein. Der Stromsensor 1 gemäß des vorliegenden Ausfiihrungsbeispiels ist nicht auf diesen Aspekt beschränkt. Beispielsweise muss der plattenförmige Abschirmungsabschnitt 41 den Kernspalt CG nicht vollständig überlappen, solange die magnetische Abschirmung 4 verhindern kann, dass zumindest das magnetische Störfeld Hx in X-Richtung auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt.
Die Dicke (Länge in Y-Richtung) des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41 ist nicht besonders begrenzt, kann aber z.B. etwa 1~3 mm sein. Wenn die Dicke relativ gering ist (z. B. weniger als 1 mm), neigt die magnetische Abschirmung 4 dazu, gesättigt zu werden, und die Linearität des Ausgangs des Stromsensors 1 kann nachteilig beeinflusst sein. Ist die Dicke hingegen relativ groß, so sind die Auswirkungen auf die Herstellungskosten des Stromsensors 1 und die Höhenabmessungen des Stromsensors 1 zu beachten.
Der Magnetisierungskern 3 und die magnetische Abschirmung 4 können beide aus weichmagnetischen Materialien wie Siliziumstahl, elektromagnetischem Stahl, Reineisen (SUY), Permalloy oder Ähnlichem hergestellt sein, aber unter dem Gesichtspunkt der Kostenreduzierung ist Siliziumstahl, elektromagnetischer Stahl, Reineisen oder Ähnliches vorzuziehen. Der Eisenverlust des konstituierenden Materials der magnetischen Abschirmung 4 kann größer sein als der Eisenverlust des konstituierenden Materials des Magnetisierungskerns 3. Wenn ein vorbestimmter Strom durch den Leiter 5 fließt, fließt das vom Leiter 5 erzeugte Magnetfeld durch den Magnetisierungskern 3 und die magnetische Abschirmung 4. Wenn die Frequenz des Stroms, der durch den Leiter 5 fließt, hoch wird, verschlechtert sich die Frequenzcharakteristik der magnetischen Abschirmung 4, die aus einem Material mit einem relativ großen Eisenverlust gemacht ist, und das Magnetfeld, das durch die magnetische Abschirmung 4 fließt, nimmt relativ ab. Der Magnetisierungskern 3, der aus einem Material mit einem relativ geringen Eisenverlust gemacht ist, weist ebenfalls eine Verschlechterung der Frequenzeigenschaften auf wodurch der Fluss des Magnetfeldes erschwert wird, aber in dem Maße, in dem das durch die magnetische Abschirmung 4 fließende Magnetfeld relativ reduziert wird, nimmt das durch den Magnetisierungskern 3 fließende Magnetfeld relativ zu. Infolgedessen wird davon ausgegangen, dass die magnetische Flussdichte des auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkenden Magnetfelds im Vergleich zum Stromsensor 1, der nicht über die magnetische Abschirmung 4 verfügt, stabil ist. Dies ist in den später beschriebenen Testbeispielen deutlich, aber je mehr der Unterschied im Eisenverlust zwischen den beiden zunimmt, desto mehr werden die Frequenzeigenschaften verbessert und desto mehr ist es möglich, die Dämpfung der magnetischen Flussdichte des auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkenden Magnetfeldes zu unterdrücken (siehe 32). Infolgedessen kann das Ansprechverhalten des Stromsensors 1 auf Wechselstrom stabilisiert werden. Der Unterschied zwischen dem Eisenverlust des konstituierenden Materials des Magnetisierungskerns 3 und dem Eisenverlust des konstituierenden Materials der magnetischen Abschirmung 4 beträgt zum Beispiel vorzugsweise 2,0 W/kg oder mehr, und noch bevorzugter 4,5 bis 10,0 W/kg. Der Eisenverlust ist ein Wert, der als die Größe des Eisenverlustes pro Gewichtseinheit (Mittelwert der Walzrichtung und der dazu orthogonalen Richtung) im Falle einer sinusförmigen Anregung mit einer maximalen magnetischen Flussdichte von 1,5 T bei einer Frequenz von 50 Hz gemäß dem Epstein-Tfestverfahren auf der Grundlage der Norm JIS-C-2550 ermittelt wird. Das konstituierende Material des Magnetisierungskerns 3 kann die gleiche Art von Material sein wie das konstituierende Material der magnetischen Abschirmung 4 oder eine andere Art von Material, solange das Material einen geringeren Eisenverlust aufweist als das konstituierende Material der magnetischen Abschirmung 4. Wenn zum Beispiel der Magnetisierungskern 3 und die magnetische Abschirmung 4 beide aus elektromagnetischem Stahl bestehen, kann der Eisenverlust des die magnetische Abschirmung 4 konstituierenden elektromagnetischen Stahls größer sein als der Eisenverlust des den Magnetisierungskern 3 konstituierenden elektromagnetischen Stahls.
Der Stromsensor 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst eine magnetische Detektionseinheit 2 und eine Signalverarbeitungseinheit 6. Die Signalverarbeitungseinheit 6 umfasst eine A/D (Analog-DigitaJ)-Wandlereinheit 61, die ein von der magnetischen Detektionseinheit 2 ausgegebenes analoges Signal in ein digitales Signal umwandelt, und eine Berechnungseinheit 62, die das digitale Signal verarbeitet, das von der A/D-Wandlereinheit 61 digital umgewandelt wurde. Wenn das von der Berechnungseinheit 62 prozessierte Berechnungsprozessergebnis als Analogsignal ausgegeben wird, kann die Signalverarbeitungseinheit 6 auch eine D/A (Digital-Analog)-Wandlereinheit (in den Zeichnungen nicht dargestellt) auf der stromabwärts gelegenen Seite der Berechnungseinheit 62 enthalten.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Schaltungskonfiguration der magnetischen Detektionseinheit 2 eine Wheatstone-Brückenschaltung C sein, in der vier Widerstandseinheiten, nämlich eine erste Widerstandseinheit R1, eine zweite Widerstandseinheit R2, eine dritte Widerstandseinheit R3 und eine vierte Widerstandseinheit R4, brückenverschaltet sind, oder zwei Widerstandseinheiten, nämlich die erste Widerstandseinheit R1 und die zweite Widerstandseinheit R2, halb brückenverschaltet sein können. Die erste bis vierte Widerstandseinheit R1 ~ R4 kann ein einzelnes magnetoresistives Element (AMR-Element, GMR-Element, TMR-Element oder Ähnliches) oder ein Hall-Element enthalten, oder kann eine Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen (AMR-Elemente, GMR-Elemente, TMR-Elemente oder Ähnliches) oder Hall-Elementen enthalten.
Die Wheatstone-Brückenschaltung C, die in der magnetischen Detektionseinheit 2 enthalten ist, enthält einen Stromversorgungsanschluss V einen Masseanschluss G, die beiden Ausgangsanschlüsse E1 und E2, die erste Widerstandseinheit R1 und die zweite Widerstandseinheit R2, die in Reihe geschaltet sind, und die dritte Widerstandseinheit R3 und die vierte Widerstandseinheit R4, die in Reihe geschaltet sind. Je ein Ende der ersten Widerstandseinheit R1 und der dritten Widerstandseinheit R3 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V verbunden. Das andere Ende der ersten Widerstandseinheit R1 ist mit einem Ende der zweiten Widerstandseinheit R2 und dem Ausgangsanschluss E1 verbunden. Das andere Ende der dritten Widerstandseinheit R3 ist mit einem Ende der vierten Widerstandseinheit R4 und dem Ausgangsanschluss E2 verbunden. Die anderen Enden der zweiten Widerstandseinheit R2 und der vierten Widerstandseinheit R4 sind mit dem Masseanschluss G verbunden. Eine Stromversorgungsspannung einer vorbestimmten Größe ist an den Stromversorgungsanschluss V angelegt, und der Masseanschluss G ist mit Masse verbunden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können die ersten bis vierten Widerstandseinheiten R1 bis R4, die in der Wheatstone-Brückenschaltung C enthalten sind, ein MR-Element wie ein AMR-Element, ein GMR-Element, ein TMR-Element oder Ähnliches oder ein Hall-Element enthalten. GMR-Elemente und TMR-Elemente enthalten eine magnetisierungsfixierte Schicht, in der die Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht, in der sich die Magnetisierungsrichtung entsprechend der Richtung eines eingeprägten Magnetfeldes ändert, und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der magnetisierungsfixierten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist. AMR-Vorrichtungen enthalten eine magnetische Schicht mit Formanisotropie.
MR-Elemente wie GMR-Elemente oder TMR-Elemente, die die ersten bis vierten Widerstandseinheiten R1 ~ R4 bilden, können eine Mehrzahl von ersten Elektroden 71, eine Mehrzahl von MR-Filmen 80 und eine Mehrzahl von zweiten Elektroden 72 aufweisen. Die Mehrzahl von ersten Elektroden 71 ist auf einem Substrat (nicht dargestellt) vorgesehen. Die ersten Elektroden 71 werden auch als untere Leitungselektroden bezeichnet. Jede erste Elektrode 71 hat eine längliche Form. Zwischen zwei ersten Elektroden 71, die in Längsrichtung der ersten Elektroden 71 benachbart sind, ist ein Spalt gebildet. MR-Filme 80 sind auf der Oberseite der ersten Elektroden 71 in der Nähe beider Enden in Längsrichtung vorgesehen. Der MR-Film 80 hat in der Draufsicht eine im Wesentlichen kreisförmige Form und umfasst eine freie Schicht 81, eine nichtmagnetische Schicht 82, eine magnetisierungsfixierte Schicht 83 und eine antiferromagnetische Schicht 84, die in dieser Reihenfolge von der Seite der ersten Elektrode 71 aus geschichtet sind. Die freie Schicht 81 ist elektrisch mit der ersten Elektrode 71 verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 84 ist aus einem antiferromagnetischen Material gemacht und hat die Aufgabe, die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfixierten Schicht 83 zu fixieren, indem sie eine Austauschverbindung mit der magnetisierungsfixierten Schicht 83 bildet. Die Mehrzahl der zweiten Elektroden 72 ist auf der Mehrzahl der MR-Filme 80 vorgesehen. Jede zweite Elektrode 72 hat eine längliche Form, ist auf zwei ersten Elektroden 71 angeordnet, die in Längsrichtung der ersten Elektroden 71 nebeneinander liegen, und verbindet elektrisch die antiferromagnetischen Schichten 84 der beiden nebeneinander liegenden MR-Filme 80. Die zweiten Elektroden 72 werden auch als obere Leitungselektroden bezeichnet. Der MR-Film 80 kann eine Struktur aufweisen, bei der die freie Schicht 81, die nichtmagnetische Schicht 82, die magnetisierungsfixierte Schicht 83 und die antiferromagnetische Schicht 84 in dieser Reihenfolge von der Seite der zweiten Elektrode 72 aus geschichtet sind. Darüber hinaus kann die antiferromagnetische Schicht 84 weggelassen werden, indem die magnetisierungsfixierte Schicht 83 eine laminierte ferromagnetische Struktur einer ferromagnetischen Schicht / nichtmagnetischen Zwischenschicht / ferromagnetischen Schicht aufweist, wobei beide ferromagnetischen Schichten antiferromagnetisch gekoppelt sind, um eine sogenannte selbst-gepinnte fixierte Schicht (Synthetic Ferri Pinned Schicht oder SFP-Schicht) zu bilden.
In einem TMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht 82 eine Tunnelbarrierenschicht. In einem GMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht 82 eine nichtmagnetische leitfähige Schicht. In einem TMR-Element oder GMR-Element ändert sich der Widerstandswert entsprechend dem Winkel, der durch die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 81 in Bezug auf die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfixierten Schicht 83 gebildet ist, und der Widerstandswert wird ein Minimum, wenn dieser Winkel 0° ist (die Magnetisierungsrichtungen sind parallel zueinander), und der Widerstandswert wird ein Maximum, wenn dieser Winkel 180° ist (die Magnetisierungsrichtungen sind antiparallel zueinander).
Wenn die ersten bis vierten Widerstandseinheiten R1 ~ R4 aus TMR-Elementen oder GMR-Elementen zusammengesetzt sind, sind in der Wheatstone-Brückenschaltung C der magnetischen Detektionseinheit 2 die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfixierten Schichten 83 der ersten Widerstandseinheit R1 und der zweiten Widerstandseinheit R2 parallel zur X-Richtung, und die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfixierten Schicht 83 der ersten Widerstandseinheit R1 und die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfixierten Schicht 83 der zweiten Widerstandseinheit R2 sind antiparallel zueinander. Ferner sind die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfixierten Schichten 83 der dritten Widerstandseinheit R3 und der vierten Widerstandseinheit R4 parallel zur X-Richtung, und die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsfixierten Schicht 83 der dritten Widerstandseinheit R3 und die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfixierten Schicht 83 der vierten Widerstandseinheit R4 sind antiparallel zueinander. In der magnetischen Detektionseinheit 2 ändert sich die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 entsprechend der Änderung der Magnetfeldstärke des Magnetfeldes in der X-Richtung, das von dem Leiter 5 erzeugt wird, und ein Signal, das zur Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 korrespondiert, wird an die Signalverarbeitungseinheit 6 als das Sensorsignal S ausgegeben. Ein Differenzdetektor (in den Zeichnungen weggelassen) verstärkt das Signal, das zu der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 korrespondiert, und gibt das Ergebnis an die A/D-Wandlereinheit 61 der Signalverarbeitungseinheit 6 als das Sensorsignal S aus.
Die A/D-Wandlereinheit 61 wandelt das von der magnetischen Detektionseinheit 2 ausgegebene Sensorsignal S (analoges, auf den Strom bezogenes Signal) in ein digitales Signal um, und dieses digitale Signal wird in die Berechnungseinheit 62 eingegeben. Die Berechnungseinheit 62 führt eine Berechnungsverarbeitung des digitalen Signals durch, das von der A/D-Wandlereinheit 61 aus dem analogen Signal umgewandelt wurde. Die Berechnungseinheit 62 weist beispielsweise einen Mikrocomputer, ein ASIC (Application Specific Integrated Circuit) oder Ähnliches auf.
Im ersten Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels, wie in den 11A ~ 11D gezeigt, kann ein Schlitzbereich 42, der in Y-Richtung durchdringt, in dem plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 ausgebildet sein. Der Schlitzbereich 42 kann so ausgebildet sein, dass seine Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur X-Richtung verläuft (siehe 11A), oder er kann so ausgebildet sein, dass seine Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur Z-Richtung verläuft (siehe 11B und 11C), oder er kann so ausgebildet sein, dass seine Längsrichtung die X- und Z-Richtung kreuzt (siehe 11D). In dem plattenfurmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 kann ein Schlitzbereich 42 ausgebildet sein (siehe 11A, 11B und 11D), oder es können mehrere Schlitzbereiche 42 ausgebildet sein (siehe 11C). Der Schlitzbereich 42 kann so ausgebildet sein, dass er die magnetische Detektionseinheit 2, wenn entlang der Y Richtung gesehen, überlappt, d.h. dass zumindest ein Teil der magnetischen Detektionseinheit 2 von dem Schlitzbereich 42 freigelegt ist (siehe 11A, 11B und 11D), oder er kann so ausgebildet sein, dass er die magnetische Detektionseinheit 2 nicht überlappt (siehe 11C).
Im ersten Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels durchdringt das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung den plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 in der Dickenrichtung, wenn der Schlitzbereich 42 nicht in dem plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 ausgebildet ist (siehe 12A). Selbst wenn das magnetische Störfeld H_Y in Y-Richtung auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt, deren Empfindlichkeitsachse in X-Richtung verläuft, wird normalerweise keine nennenswerte Wirkung erhalten. Wenn jedoch die Empfindlichkeitsachse der magnetischen Detektionseinheit 2 aufgrund von Montagefehlern der magnetischen Detektionseinheit 2 im Stromsensor 1 von der X-Richtung in die ± Y-Richtung abweicht, bewirkt ein plattenfurmiger Abschirmungsabschnitt 41, in dem der Schlitzbereich 42 nicht ausgebildet ist, dass das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung in Dickenrichtung des plattenformigen Abschirmungsabschnitts 41 eindringt, so dass zu befürchten ist, dass der Stromsensor 1 durch das magnetische Störfeld H_Y beeinträchtigt sein kann.
Da andererseits der Schlitzbereich 42 in dem plattenfurmigen Abschirmungsabschnitt 41 ausgebildet ist, kann das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung auf beiden Seiten des Schlitzbereichs 42 gestreut sein (beide Seiten in der kurzen Richtung des Schlitzbereichs 42 bei Betrachtung entlang der Y-Richtung). Wenn der Schlitzbereich 42 so ausgebildet ist, dass er die magnetische Detektionseinheit 2, wenn entlang der Y-Richtung gesehen, überlappt, ist es daher möglich zu verhindern, dass das magnetische Störfeld H_Y in Richtung der magnetischen Detektionseinheit 2 entlang der Y-Richtung auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt (siehe 12B).
Wenn der Schlitzbereich 42 so ausgebildet ist, dass er die magnetische Detektionseinheit 2 wenn entlang der Y-Richtung gesehen, nicht überlappt, ist es schwierig zu verhindern, dass das magnetische Störfeld H_Y in Richtung der magnetischen Detektionseinheit 2 entlang der YRichtung auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt, aber es ist möglich, die Auswirkungen des magnetischen Störfeldes H_Y, das von der Außenseite der magnetischen Abschirmung 4 umläuft und durch die magnetische Abschirmung 4 induziert wird, auf den Stromsensor 1 zu unterdrücken (siehe 12C).
In dem in 11A gezeigten Aspekt kann die Länge L₄₂ in der Längsrichtung (X-Richtung) des Schlitzbereichs 42 kürzer oder länger als die Länge L_OG des Kernspalts CG in der X-Richtung sein oder gleich der Länge L_OG sein. In dem in den 11A ~ 11D dargestellten Aspekt sollte die Länge W₄₂ des Schlitzbereichs 42 in der kurzen Richtung beispielsweise etwa 1 ~ 4 mm und vorzugsweise etwa 2~3 mm sein. Wenn die Länge W₄₂ weniger als 1 mm ist, kann das magnetische Störfeld H_Y nicht effektiv durch den Schlitzbereich 42 gestreut werden, und es besteht die Sorge, dass das magnetische Störfeld H_Y den plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 in der Dickenrichtung durchdringt. Wenn die Länge W₄₂ mehr als 4 mm ist, besteht außerdem die Sorge, dass das magnetische Störfeld Hy in Y-Richtung durch den Schlitzbereich 42 hindurchtreten und auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirken kann.
Bei dem ersten Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die magnetische Abschirmung 4 so vorgesehen, dass sie den Kernspalt CG des Magnetisierungskerns 2, wenn aus der Y-Richtung gesehen, überlappt, und dadurch ist es möglich, dass das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung in dem Magnetisierungskern 2 und der magnetischen Abschirmung 4 induziert wird, so dass es möglich ist, die Wirkung des magnetischen Störfeldes Hx zu unterdrücken. Folglich kann mit dem ersten Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Strom, der durch den Leiter 5 fließt, mit hoher Genauigkeit detektiert werden.
Es wird ein zweiter Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben. Die gleichen Referenznummern werden für die gleichen Konfigurationen wie die im ersten Aspekt gegeben, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen. Wie in den 13 ~ 16 gezeigt, ist der zweite Aspekt des Stromsensors 1 mit einer magnetischen Detektionseinheit 2, die Magnetismus detektieren kann, einem Magnetisierungskern 3, einer magnetischen Abschirmung 4 und einem Leiter 5, durch den ein Strom in Z-Richtung fließt, versehen.
Die magnetische Abschirmung 4 umfasst einen ersten Abschirmungsabschnitt 43 und einen zweiten Abschirmungsabschnitt 44, die sich in der Y-Richtung erstrecken und mit den beiden Endabschnitten 41A und 41B des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41 in der Z-Richtung durchgehend sind. Die Länge L₄₁ des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41 in der X-Richtung ist die gleiche wie die Länge L₄₃ des ersten Abschirmungsabschnitts 43 in der X-Richtung und die Länge des zweiten Abschirmungsabschnitts 44 in der X-Richtung. Das heißt, die magnetische Abschirmung 4 hat, wenn entlang der X-Richtung gesehen, im Wesentlichen eine U-Form.
In dem zweiten Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst die magnetische Abschirmung 4 den ersten Abschirmungsabschnitt 43 und den zweiten Abschirmungsabschnitt 44, die mit beiden Endabschnitten 41A und 41B des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41 in der Z-Richtung durchgehend sind. Der erste Abschirmungsabschnitt 43 und der zweite Abschirmungsabschnitt 44 erstrecken sich in der -Y-Richtung von beiden Endabschnitten 41A und 41B des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41. Da die magnetische Abschirmung 4 den ersten Abschirmungsabschnitt 43 und den zweiten Abschirmungsabschnitt 44 umfasst, wird das magnetische Störfeld H_Y in der YRichtung in dem ersten Abschirmungsabschnitt 43 und dem zweiten Abschirmungsabschnitt 44 induziert (siehe 17A), so dass es möglich ist, zu verhindern, dass das magnetische Störfeld H_Y auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt. Des Weiteren, da das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung von dem vierten Kernbereich 34 oder dem fünften Kernbereich 35 des Magnetisierungskerns 3 in den ersten Abschirmungsabschnitt 43 und den zweiten Abschirmungsabschnitt 44 induziert wird (siehe 17B), kann verhindert werden, dass das magnetische Störfeld Hx auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt.
Die Längen T₄₃ und T₄₄ des ersten Abschirmungsabschnitts 43 und des zweiten Abschirmungsabschnitts 44 in der Y- Richtung sind nicht besonders begrenzt, solange diese nicht mit dem Leiter 5 in Kontakt kommen, aber, wenn entlang der Z-Richtung gesehen, ist es vorzuziehen, dass die Länge zumindest groß genug ist, um den Kernspalt CG vollständig zu überlappen (siehe 16). Indem der erste Abschirmungsabschnitt 43 und der zweite Abschirmungsabschnitt 44 den Kernspalt CG, wenn entlang der Z-Richtung gesehen, vollständig überlappen, kann wirksam verhindert werden, dass sowohl das magnetische Störfeld Hx in X-Richtung als auch das magnetische Störfeld H_Y in Y-Richtung auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirken. Die Längen T₄₃ und T₄₄ können z.B. etwa 6 ~ 10 mm sein. Die Länge T₄₃ des ersten Abschirmungsabschnitts 43 in Y-Richtung und die Länge T₄₄ des zweiten Abschirmungsabschnitts 44 in YRichtung können einander gleich oder verschieden voneinander sein.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel haben beide Endabschnitte 41Aund 41B des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41 und die durchgehenden Abschnitte des ersten Abschirmungsabschnitts 43 und des zweiten Abschirmungsabschnitts 44 alle eine gekrümmte Form (gerundete Form), aber dies soll nur zur Veranschaulichung dienen und nicht einschränken. Beispielsweise können diese durchgehenden Abschnitte eine gebogene Form (eine Form mit Ecken) oder eine abgeschrägte C-Form mit abgeschrägten Ecken haben.
Im zweiten Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels, wie in den 18A~ 18D gezeigt, kann ein in Y-Richtung durchgehender Schlitzbereich 42 in dem plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 ausgebildet sein. Der Schlitzbereich 42 kann so ausgebildet sein, dass seine Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur X-Richtung verläuft (siehe 18A), oder er kann so ausgebildet sein, dass seine Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur Z-Richtung verläuft (siehe 18B und 18C), oder er kann so ausgebildet sein, dass seine Längsrichtung die X- und Z-Richtung kreuzen (siehe 18D). In dem plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 kann ein Schlitzbereich 42 ausgebildet sein (siehe 18A, 18B und 18D), oder es kann eine Mehrzahl von Schlitzbereichen 42 ausgebildet sein (siehe 18C). Der Schlitzbereich 42 kann so geformt sein, dass er die magnetische Detektionseinheit 2 überlappt, wenn entlang der Y-Richtung gesehen, das heißt, dass zumindest ein Teil der magnetischen Detektionseinheit 2 von dem Schlitzbereich 42 freigelegt ist (siehe 18A, 18B und 18D), oder er kann so geformt sein, dass er die magnetische Detektionseinheit 2 nicht überlappt (siehe 18C).
Im zweiten Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung leicht in den ersten Abschirmungsabschnitt 43 und den zweiten Abschirmungsabschnitt 44 induziert, aber wenn der Schlitzbereich 42 nicht in dem plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 ausgebildet ist, wird ein Teil des magnetischen Störfeldes H_Y in der Y- Richtung in die Dickenrichtung des plattenfurmigen Abschirmungsabschnitts 41 der magnetischen Abschirmung 4 übertragen (siehe 17A). Infolgedessen besteht die Sorge, dass der Stromsensor 1 durch das magnetische Störfeld H_Y beeinträchtigt werden könnte.
Andererseits ist es durch das Ausbilden des Schlitzbereichs 42 in dem plattenfurmigen Abschirmungsabschnitt 41 möglich, das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung auf beide Seiten des Schlitzbereichs 42 (beide Seiten in der kurzen Richtung (Z-Richtung) des Schlitzbereichs 42, wenn entlang der Y- Richtung gesehen) zu verteilen, und es wird einfacher, das magnetische Störfeld H_Y effektiver auf den ersten Abschirmungsabschnitt 43 und den zweiten Abschirmungsabschnitt 44 zu induzieren. Folglich kann, wenn der Schlitzbereich 42 so ausgebildet ist, dass er die magnetische Detektionseinheit 2 überlappt, wenn entlang der Y Richtung gesehen, das magnetische Störfeld H_Y in Richtung der magnetischen Detektionseinheit 2 entlang der Y-Richtung wirksam daran gehindert werden, auf die magnetische Detektionseinheit 2 einzuwirken (siehe 19).
Wenn der Schlitzbereich 42 so ausgebildet ist, dass er die magnetische Detektionseinheit 2, wenn entlang der Y-Richtung gesehen, nicht überlappt, kann verhindert werden, dass das magnetische Störfeld H_Y, das von der Außenseite der magnetischen Abschirmung 4 umläuft und auf die magnetische Abschirmung 4 induziert wird, den Stromsensor 1 beeinträchtigt (siehe 12C).
In dem in 18A gezeigten Aspekt kann die Länge L₄₂ in der Längsrichtung (X-Richtung) des Schlitzbereichs 42 kürzer oder länger als die Länge L_OG des Kernspalts CG in der X-Richtung sein oder gleich der Länge L_OG sein. Bei dem in den 18A ~ 18D dargestellten Aspekt kann die Länge W₄₂ des Schlitzbereichs 42 in der kurzen Richtung beispielsweise etwa 1 ~ 4 mm und vorzugsweise etwa 2 - 3 mm sein. Wenn die Länge W₄₂ weniger als 1 mm ist, ist die Wirkung der Streuung des magnetischen Störfeldes H_Y durch den Schlitzbereich 42 reduziert, und es besteht die Sorge, dass das magnetische Störfeld H_Y, das durch den plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 in der Dickenrichtung übertragen wird, auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt. Des Weiteren, wenn die Länge W₄₂ mehr als 4 mm ist, besteht die Gefahr, dass das magnetische Störfeld H_Y in Y-Richtung durch den Schlitzbereich 42 hindurchgeht und auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt.
Im zweiten Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit der oben beschriebenen Konfiguration kann das magnetische Störfeld H_Y in derRichtung auf den ersten Abschirmungsabschnitt 43 und den zweiten Abschirmungsabschnitt 44 induziert werden, indem die magnetische Abschirmung 4 den ersten Abschirmungsabschnitt 43 und den zweiten Abschirmungsabschnitt 44, die zu beiden Endabschnitten 41A und 41B des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41 durchgehend sind, umfasst. Des Weiteren wird das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung auf den plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 und den Magnetisierungskern 3 induziert. Folglich ist es mit dem zweiten Aspekt des Stromsensors 1 möglich, das Auftreten von Detektionsfehlern aufgrund des magnetischen Störfelds Hx in der X-Richtung und des magnetischen Störfelds H_Y in der Y-Richtung zu verhindern.
Ein dritter Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird beschrieben. Die gleichen Referenznummern sind für die gleichen Konfigurationen wie die in den ersten und zweiten Aspekten gegeben, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen. Wie in den 20 ~ 22 gezeigt, ist der dritte Aspekt des Stromsensors 1 mit einer magnetischen Detektionseinheit 2, die Magnetismus detektieren kann, einem Magnetisierungskern 3, einer magnetischen Abschirmung 4 und einem Leiter 5, durch den ein Strom in der Z-Richtung fließt, versehen.
Der Magnetisierungskern 3 umfasst einen ersten Kernbereich 31, einen zweiten Kernbereich 32 und einen dritten Kernbereich 33, der sich an die beiden Endabschnitte 31A und 31B des ersten Kernbereichs 31 anschließt, einen vierten Kernbereich 34, der sich entlang der X-Richtung erstreckt und sich an eine vorbestimmte Position 321 des zweiten Kernbereichs 32 in der Y-Richtung anschließt, und einen fünften Kernbereich 35, der sich entlang der X-Richtung erstreckt und sich an eine vorbestimmte Position 331 des dritten Kernbereichs 33 in der Y-Richtung anschließt. Der zweite Kernbereich 32 erstreckt sich weiter in der YRichtung von dem durchgehenden Abschnitt 321 mit dem vierten Kernbereich 34, und der dritte Kernbereich 33 erstreckt sich weiter in der Y-Richtung von dem durchgehenden Abschnitt 331 mit dem fünften Kernbereich 35. Das heißt, der vierte Kernbereich 34 schließt sich nicht an den Endabschnitt 32A des zweiten Kernbereichs 32 an, und der fünfte Kernbereich 35 schließt sich nicht an den Endabschnitt 33A des dritten Kernbereichs 33 an. Der vierte Kernbereich 34 und der fünfte Kernbereich 35 erstrecken sich entlang der X-Richtung, so dass ihre Endflächen nahe beieinander liegen. Der Spalt (Raum) zwischen der Endfläche des vierten Kernbereichs 34 und der Endfläche des fünften Kernbereichs 35 ist der Kernspalt CG.
In dem dritten Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist es dadurch, dass sich der zweite Kernbereich 32 entlang der Y-Richtung von dem durchgehenden Abschnitt 321 des zweiten Kernbereichs 32 mit dem vierten Kernbereich 34 erstreckt, und dass sich der dritte Kernbereich 33 entlang der Y-Richtung von dem durchgehenden Abschnitt 331 mit dem fünften Kernbereich 35 in dem dritten Kernbereich 33 erstreckt, möglich, das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung auf der Seite des ersten Kernbereichs 31 des Magnetisierungskerns 3 und auf der Seite des Endabschnitts 32A des zweiten Kernbereichs 32 oder der Seite des Endabschnitts 33A des dritten Kernbereichs 33 zu induzieren, und es ist möglich, den Einfluss des magnetischen Störfelds Hx zu verhindern.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel haben der durchgehende Abschnitt zwischen dem Endabschnitt 31A des ersten Kernbereichs 31 und dem zweiten Kernbereich 32 des Magnetisierungskerns 3, der durchgehende Abschnitt zwischen dem Endabschnitt 31B des ersten Kernbereichs 31 und dem dritten Kernbereich 33, der durchgehende Abschnitt 321 des zweiten Kernbereichs 32 und des vierten Kernbereich 34, und der durchgehende Abschnitt 331 zwischen dem dritten Kernbereich 33 und dem fünften Kernbereich 35 alle eine gebogene Form (eine Form mit Ecken), aber dies soll nur zur Veranschaulichung dienen und nicht einschränken. Beispielsweise können diese durchgehenden Abschnitte eine gebogene Form (gerundete Form) oder eine abgeschrägte C-Form mit abgeschrägten Ecken haben.
Wenn der Magnetisierungskern 3 so positioniert ist, dass sich der erste Kernbereich 31 nach unten erstreckt und sich der zweite Kernbereich 32 und der dritte Kernbereich 33 von den beiden Endabschnitten 31A und 31B des ersten Kernbereichs 31 nach oben erstrecken, ist der plattenförmige Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 oberhalb des vierten Kernbereichs 34 und des fünften Kernbereichs 35 angeordnet, um zwischen dem zweiten Kernbereich 32 und dem dritten Kernbereich 33 in X-Richtung eingeschlossen zu sein. In dem dritten Aspekt des Stromsensors 1 mit einer solchen Konfiguration sind die Länge T₃₂₂ entlang der Y-Richtung zum Endabschnitt 32A von dem durchgehenden Abschnitt 321 des vierten Kernbereichs 34 in dem zweiten Kernbereich 32 und die Länge T₃₃₂ entlang der Y-Richtung zum Endabschnitt 33A von dem durchgehenden Abschnitt 331 des fünften Kernbereichs 35 in dem dritten Kernbereich nicht besonders begrenzt. Beispielsweise können die Längen T₃₂₂ und T₃₃₂ so beschaffen sein, dass der Endabschnitt 32Ades zweiten Kernbereichs 32 und der Endabschnitt 33A des dritten Kernbereichs 33 mehr nach oben ragen als der plattenförmige Abschirmungsabschnitt 41, oder die Länge kann so beschaffen sein, dass der plattenförmige Abschirmungsabschnitt 41 mehr nach oben ragt als der Endabschnitt 32A des zweiten Kernbereichs 32 und der Endabschnitt 33A des dritten Kernbereichs 33. Darüber hinaus können die Längen T₃₂₂ und T₃₃₂ so beschaffen sein, dass die obere Fläche des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41 und die beiden Endabschnitte 32A und 33A auf derselben Ebene (der XZ-Ebene) liegen.
Die Länge G₃₄ des Spalts zwischen der magnetischen Abschirmung 4 (plattenförmiger Abschirmungsabschnitt 41) und dem Magnetisierungskern 3 (vierter Kernbereich 34 und fünfter Kernbereich 35) in der Y-Richtung kann z.B. 3 mm oder weniger sein und kann etwa 1 ~ 2 mm sein. Wenn die Länge G₃₄ des Spalts 3 mm übersteigt, kann das magnetische Störfeld H_Y in YRichtung von der Außenseite der Endfläche der magnetischen Abschirmung 4 in Z-Richtung umlaufen zur magnetischen Detektionseinheit 2 hin und auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirken. Außerdem wird, wenn die Länge G₃₄ des Spalts relativ kurz ist (z.B. weniger als 1 mm), ein magnetischer Pfad von dem Magnetisierungskern 3 durch die magnetische Abschirmung 4 hindurch gebildet und Magnetfluss fließt leicht zu der magnetischen Abschirmung 4, so dass der Magnetisierungskern 3 leicht magnetisch gesättigt wird und es besteht eine Sorge, dass der Magnetfluss, der von der magnetischen Detektionseinheit 2 detektiert werden soll, abnehmen kann.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die magnetische Abschirmung 4 so angeordnet, dass der plattenförmige Abschirmungsabschnitt 41 den Kernspalt CG vollständig überlappt, wenn entlang der Y-Richtung gesehen. Das heißt, die Länge L₄₁ in der X-Richtung und die Länge W₄₁ in der Z-Richtung des plattenfurmigen Abschirmungsabschnitts 41 der magnetischen Abschirmung 4 kann mindestens so groß sein wie die Länge L_OG in der X-Richtung und die Länge in der Z-Richtung des Kernspalts CG, dh. mindestens so groß wie die Breite W₃ des Magnetisierungskerns 3 in der Z-Richtung. Beispielsweise kann die Länge L₄₁ des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41 in der X-Richtung mindestens die Länge L_OG des Kernspalts CG in der X-Richtung plus 4 mm und nicht mehr als die Länge L₃ des Magnetisierungskerns in der X-Richtung sein, und die Länge W₄₁ in der Z-Richtung kann mindestens so groß sein wie die Breite W₃ des Magnetisierungskerns 3 in der Z-Richtung und kann etwa die Breite W₃ des Magnetisierungskerns 3 in der Z-Richtung plus 8 mm sein. Der dritte Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausfuhrungsbeispiels ist nicht auf diesen Aspekt beschränkt. Beispielsweise muss der plattenförmige Abschirmungsabschnitt 41 den Kernspalt CG nicht vollständig überlappen, solange die magnetische Abschirmung 4 verhindern kann, dass das magnetische Störfeld H_Y in Y-Richtung auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt.
Im dritten Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels, wie in den 23A~ 23D gezeigt, kann ein Schlitzbereich 42, der in der Y-Richtung eindringt, in dem plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 ausgebildet sein. Der Schlitzbereich 42 kann so ausgebildet sein, dass seine Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur X-Richtung verläuft (siehe 23A), kann so ausgebildet sein, dass seine Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur Z-Richtung verläuft (siehe 23B und 23C), oder kann so ausgebildet sein, dass seine Längsrichtung die X- und Z-Richtung kreuzt (siehe 23D). In dem plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 kann ein Schlitzbereich 42 gebildet sein (siehe 23A, 23B und 23D), oder es kann eine Mehrzahl von Schlitzbereichen 42 gebildet sein (siehe 23C). Der Schlitzbereich 42 kann so ausgebildet sein, dass er die magnetische Detektionseinheit 2, wenn entlang der Y-Richtung gesehen, überlappt, d.h. dass zumindest ein Teil der magnetischen Detektionseinheit 2 von dem Schlitzbereich 42 freigelegt ist (siehe 23A, 23B und 23D), oder er kann so ausgebildet sein, dass er die magnetische Detektionseinheit 2 nicht überlappt (siehe 23C).
Im dritten Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels, wenn der Schlitzbereich 42 nicht in dem plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 ausgebildet ist, dringt ein Teil des magnetischen Störfeldes H_Y in der Y-Richtung in Dickenrichtung des Abschirmungsabschnitts 41 der magnetischen Abschirmung 4 ein (siehe 12A). Infolgedessen kann der Stromsensor 1 durch das magnetische Störfeld H_Y beeinträchtigt werden.
Andererseits kann das magnetische Störfeld H_Y in Y-Richtung durch den im plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 ausgebildeten Schlitzbereich 42 auf beide Seiten des Schlitzbereichs 42 gestreut werden (in der kurzen Richtung (Z-Richtung) des Schlitzbereichs 42 wenn entlang der Y-Richtung gesehen). Folglich ist es möglich, wenn der Schlitzbereich 42 so ausgebildet ist, dass er die magnetische Detektionseinheit 2 überlappt, wenn entlang der Y-Richtung gesehen, wirksam zu verhindern, dass das magnetische Störfeld H_Y in Richtung der magnetischen Detektionseinheit 2 entlang der Y-Richtung auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt (siehe 12B).
Wenn der Schlitzbereich 42 so geformt ist, dass er die magnetische Detektionseinheit 2, wenn entlang der Y-Richtung gesehen, nicht überlappt, kann verhindert werden, dass das magnetische Störfeld H_Y, das von der Außenseite der magnetischen Abschirmung 4 umläuft und auf die magnetische Abschirmung 4 induziert wird, den Stromsensor 1 beeinträchtigt (siehe 12C).
In dem in 23A gezeigten Aspekt kann die Länge L₄₂ des Schlitzbereichs 42 in der Längsrichtung (X-Richtung) kürzer oder länger als die Länge L_OG des Kernspalts in der X-Richtung sein, oder kann gleich der Länge L_OG sein. In dem in 23A ~ 23D gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Länge W₄₂ des Schlitzbereichs 42 in der kurzen Richtung zum Beispiel etwa 1~4 mm und vorzugsweise etwa 2 ~ 3 mm sein. Wenn die Länge W₄₂ weniger als 1 mm ist , ist die Wirkung der Streuung des magnetischen Störfeldes H_Y durch den Schlitzbereich 42 reduziert, und es besteht eine Sorge, dass das magnetische Störfeld H_Y, das durch den plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 in der Dickenrichtung übertragen wird, auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt. Des Weiteren, wenn die Länge W₄₂ mehr als 4 mm ist, kann das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung durch den Schlitzbereich 42 hindurchtreten und auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirken.
Gemäß dem dritten Aspekt des Stromsensors 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration ist es möglich, den Einfluss des magnetischen Störfelds H_X in der X-Richtung und des magnetischen Störfelds H_Y in der Y-Richtung zu verhindern, so dass der durch den Leiter 5 fließende Strom mit hoher Genauigkeit detektiert werden kann.
Ein vierter Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird nun beschrieben. Die gleichen Referenznummern werden für die gleichen Konfigurationen wie in den ersten bis dritten Aspekten vergeben, und dessen detaillierte Beschreibung wird weggelassen. Wie in den 24 ∼ 26 gezeigt, ist der vierte Aspekt des Stromsensors 1 mit einer magnetischen Detektionseinheit 2, die in der Lage ist, Magnetismus zu detektieren, einem Magnetisierungskern 3, einer magnetischen Abschirmung 4 und einem Leiter 5, durch den ein Strom in der Z-Richtung fließt, versehen.
Der Magnetisierungskern 3 hat einen ersten Kernbereich 31, der im Wesentlichen parallel zur Z-Richtung verläuft, und einen zweiten Kernbereich 32 und einen dritten Kernbereich 33, die sich in Y-Richtung (+Y-Richtung) erstrecken und durchgehend mit den beiden Endabschnitten 31A und 31B des ersten Kernbereichs 31 in X-Richtung sind. Ein Spalt (Raum), der zwischen der Nähe des Endes des zweiten Kernbereichs 32 und der Nähe des Endes des dritten Kernbereichs 33, die einander in X-Richtung gegenüberliegen, eingebettet ist, ist der Kernspalt CG. Das heißt, der Magnetisierungskern 3 hat einen Kernspalt CG und ist ein im Wesentlichen U-förmiger Kern, wenn entlang der Z-Richtung gesehen. Im vierten Aspekt tritt der von dem Leiter 5 erzeugte und auf den Magnetisierungskern 3 fokussierte Magnetfluss aus dem Ende des zweiten Kernbereichs 32 oder dem Ende des dritten Kernbereichs 33 aus und wird von dem Ende des dritten Kernbereichs 33 oder dem Ende des zweiten Kernbereichs 32 absorbiert, aber „die Umgebung des Endes des zweiten Kernbereichs 32“ und „die Umgebung des Endes des dritten Kernbereichs 33“ können als der Bereich definiert werden, in dem der oben beschriebene Magnetfluss am Ende des zweiten Kernbereichs 32 und am Ende des dritten Kernbereichs 33 austritt, oder als der Bereich, in dem der oben beschriebene Magnetfluss am Ende des zweiten Kembereichs 32 und am Ende des dritten Kernbereichs 33 absorbiert wird. Der Bereich, in dem dieser Magnetfluss austritt oder absorbiert wird, kann z.B. durch eine magnetische Simulation ermittelt werden.
Die Länge L_OG des Kernspalts CG in der X-Richtung (der Abstand in der X-Richtung zwischen der Nähe des Endes des zweiten Kernbereichs 32 und der Nähe des Endes des dritten Kernbereichs 33) kann z.B. 6 mm oder mehr sein, und kann etwa 6~12 mm sein. Wenn die Länge L_OG 6 mm oder mehr ist, kann die Wirkung des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels, der mit der magnetischen Abschirmung 4 versehen ist, d.h. die Wirkung der magnetischen Abschirmung 4, die verhindert, dass das Störmagnetfeld auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt, effektiv erreicht werden.
Die magnetische Abschirmung 4 umfasst einen ersten Abschirmungsabschnitt 43 und einen zweiten Abschirmungsabschnitt 44, die sich entlang der Y-Richtung erstrecken und mit den beiden Endabschnitten 41A und 41B des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41 in der Z-Richtung durchgehend sind. Die Länge L₄₁ des pkttenformigen Abschirmungsabschnitts 41 in der X-Richtung ist die gleiche wie die Länge L₄₃ des ersten Abschirmungsabschnitts 43 in der X-Richtung und die Länge des zweiten Abschirmungsabschnitts 44 in der X-Richtung. Das heißt, die magnetische Abschirmung 4 hat im Wesentlichen eine U-Form, wenn entlang der X-Richtung gesehen.
Im vierten Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst die magnetische Abschirmung 4 einen ersten Abschirmungsabschnitt 43 und einen zweiten Abschirmungsabschnitt 44, die mit beiden Endabschnitten 41A und 41B des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41 in der Z-Richtung durchgehend sind. Der erste Abschirmungsabschnitt 43 und der zweite Abschirmungsabschnitt 44 erstrecken sich in der -Y-Richtung von beiden Endabschnitten 41A und 41B des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41. Indem die magnetische Abschirmung 4 den ersten Abschirmungsabschnitt 43 und den zweiten Abschirmungsabschnitt 44 umfasst, wird das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung auf den ersten Abschirmungsabschnitt 43 und den zweiten Abschirmungsabschnitt 44 induziert (siehe 17A), so dass es möglich ist, zu verhindern, dass das magnetische Störfeld H_Y auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt. Des Weiteren, da das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung auf den ersten Abschirmungsabschnitt 43 und den zweiten Abschirmungsabschnitt 44 von dem vierten Kernbereich 34 oder dem fünften Kernbereich 35 des Magnetisierungskerns 3 induziert wird (siehe 17B), ist es möglich zu verhindern, dass das magnetische Störfeld Hx auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt.
Der erste Abschirmungsabschnitt 43 und der zweite Abschirmungsabschnitt 44 weisen Ausnehmungen 45 und 46 auf, die in +Y-Richtung im Wesentlichen in der Mitte in X-Richtung ausgespart sind. Die Längen L₄₅ und L₄₆ der Ausnehmungen 45 und 46 in X-Richtung sind nicht besonders begrenzt, können aber größer sein als die Dicke des Leiters 5. Im vierten Aspekt des Stromsensors 1 ist der Leiter 5 so vorgesehen, dass er sich in der Z-Richtung mit der Dickenrichtung als X-Richtung erstreckt. Durch die Anordnung eines Teils des Leiters 5 in den Ausnehmungen 45 und 46 kann die Wirkung des ersten Abschirmungsabschnitts 43 und des zweitenAbschirmungsabschnitts 44, die verhindern, dass das magnetische Störfeld H_Y in derY-Richtung auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt, erreicht werden, ohne die Gesamtgröße des Stromsensors 1 zu erhöhen.
Der Leiter 5 ist so vorgesehen, dass er sich in der Z-Richtung erstreckt mit seiner Dickenrichtung als die X-Richtung und seiner Breitenrichtung als die Y-Richtung. Durch diese Anordnung des Leiters 5 kann die Größe des Stromsensors 1 in der X-Richtung kompakt gestaltet werden. Andererseits wird die Größe des Stromsensors 1 in der Y-Richtung groß, wenn der Leiter 5 auf diese Weise angeordnet ist, aber durch Aussparungen 45 und 46, die in dem ersten Abschirmungsabschnitt 43 und dem zweiten Abschirmungsabschnitt 44 vorgesehen sind, und durch Anordnen eines Teils des Leiters 5 in den Aussparungen 45 und 46 kann verhindert werden, dass die Größe des Stromsensors 1 in der Y-Richtung zunimmt.
Im vierten Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels, wie in den 27A~ 27D gezeigt, kann ein Schlitzbereich 42, der in der Y-Richtung durchdringt, in dem plattenformigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 ausgebildet sein. Der Schlitzbereich 42 kann so ausgebildet sein, dass seine Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur X-Richtung verläuft (siehe 27A), oder kann so ausgebildet sein, dass seine Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur Z-Richtung verläuft (siehe 27B und 27C), oder kann so ausgebildet sein, dass seine Längsrichtung die X-Richtung und die Z-Richtung kreuzt (siehe 27D). In dem plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 kann ein Schlitzbereich 42 ausgebildet sein (siehe 27A, 27B und 27D), oder es kann eine Mehrzahl von Schlitzbereichen 42 ausgebildet sein (siehe 27C). Der Schlitzbereich 42 kann so ausgebildet sein, dass er die magnetische Detektionseinheit 2 überlappt, wenn in Y-Richtung gesehen, d.h. zumindest ein Teil der magnetischen Detektionseinheit 2 ist von dem Schlitzbereich 42 freigelegt (siehe 27A, 27B und 27D), oder kann so ausgebildet sein, dass er die magnetische Detektionseinheit 2 nicht überlappt (siehe 27C).
Im vierten Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels durchdringt ein Teil des magnetischen Störfeldes H_Y in der Y-Richtung in der Dickenrichtung des Abschirmungsabschnitts 41 der magnetischen Abschirmung 4, wenn der Schlitzbereich 42 nicht in dem plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 ausgebildet ist (siehe 17A). Infolgedessen besteht eine Sorge, dass der Stromsensor 1 durch das magnetische Störfeld H_Y beeinträchtigt wird.
Andererseits kann das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung durch den im plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 ausgebildeten Schlitzbereich 42 aufbeide Seiten des Schlitzbereichs 42 gestreut werden (beide Seiten in der kurzen Richtung (der Z-Richtung) des Schlitzbereichs 42, wenn entlang der Y-Richtung gesehen). Wenn der Schlitzbereich 42 so ausgebildet ist, dass er die magnetische Detektionseinheit 2, wenn in der Y-Richtung gesehen, überlappt, ist es daher möglich, wirksam zu verhindern, dass das magnetische Störfeld H_Y in Richtung der magnetischen Detektionseinheit 2 in Y-Richtung auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt (siehe 19).
Wenn der Schlitzbereich 42 so ausgebildet ist, dass er die magnetische Detektionseinheit 2, wenn entlang der Y-Richtung gesehen, nicht überlappt, kann verhindert werden, dass das magnetische Störfeld, das von der Außenseite der magnetischenAbschirmung 4 umläuft und durch die magnetische Abschirmung 4 induziert wird, einen Einfluss auf den Stromsensor 1 hat (siehe 12C).
In dem in 27A gezeigten Aspekt kann die Länge L₄₂ in der Längsrichtung (X-Richtung) des Schlitzbereichs 42 kürzer oder länger als die Länge L_OG des Kernspalts CG in der X-Richtung sein oder kann gleich L_OG sein. Bei dem in den 27A - 27D dargestellten Aspekt kann die Länge W₄₂ des Schlitzbereichs 42 in der kurzen Richtung beispielsweise etwa 1~4 mm und vorzugsweise etwa 2~3 mm sein. Wenn die Länge W₄₂ weniger als 1 mm ist, ist die Wirkung der Streuung des magnetischen Störfeldes H_Y durch den Schlitzbereich 42 reduziert, und es besteht eine Sorge, dass das magnetische Störfeld H_Y, das durch den plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischenAbschirmung 4 in der Dickenrichtung übertragen wird, auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirken könnte. Des Weiteren, wenn die Länge W₄₂ 4 mm überschreitet, besteht eine Sorge, dass das magnetische Störfeld Hy in Y-Richtung durch den Schlitzbereich 42 hindurchgeht und auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt.
Mit dem vierten Aspekt des Stromsensors 1, der die oben beschriebene Konfiguration aufweist, ist es möglich, den Einfluss des magnetischen Störfeldes Hx in der X-Richtung und des magnetischen Störfeldes H_Y in der Y-Richtung zu unterdrücken, so dass es möglich ist, den Strom, der durch den Leiter 5 fließt, mit hoher Genauigkeit zu detektieren.
Ein fünfter Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausfuhrungsbeispiels wird nun beschrieben. Die gleichen Referenznummern werden den gleichen Konfigurationen wie in den ersten bis vierten Aspekten gegeben, und deren detaillierte Beschreibung wird weggelassen. Wie in den 28 ~ 30 gezeigt, ist der fünfte Aspekt des Stromsensors 1 mit einer magnetischen Detektionseinheit 2, die Magnetismus detektieren kann, einem Magnetisierungskern 3, einer magnetischen Abschirmung 4 und einem Leiter 5, durch den ein Strom in der Z-Richtung fließt, versehen.
Im fünften Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst die magnetische Abschirmung 4 einen ersten Abschirmungsabschnitt 43 und einen zweiten Abschirmungsabschnitt 44, die mit beiden Endabschnitten 41A und 41B des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41 in der Z-Richtung durchgangig sind. Der erste Abschirmungsabschnitt 43 und der zweite Abschirmungsabschnitt 44 erstrecken sich in der -Y Richtung von beiden Endabschnitten 41A und 41B des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41. Indem die magnetische Abschirmung 4 den ersten Abschirmungsabschnitt 43 und den zweiten Abschirmungsabschnitt 44 umfasst, wird das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung auf den ersten Abschirmungsabschnitt 43 und den zweiten Abschirmungsabschnitt 44 induziert (siehe 17A), so dass es möglich ist, zu verhindern, dass das magnetische Störfeld H_Y auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt. Des Weiteren, da das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung auf den ersten Abschirmungsabschnitt 43 und den zweiten Abschirmungsabschnitt 44 von dem vierten Kernbereich 34 oder dem fünften Kernbereich 35 des Magnetisierungskerns 3 induziert wird (siehe 17B), ist es möglich, zu verhindern, dass das magnetische Störfeld Hx auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt.
Die Länge L₄₁ des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41 in der X-Richtung ist länger als die Länge L₄₃ des ersten Abschirmungsabschnitts 43 in der X-Richtung und die Länge des zweiten Abschirmungsabschnitts 44 in der X-Richtung. Die Länge L₄₃ des ersten Abschirmungsabschnitts 43 in der X-Richtung und die Länge des zweiten Abschirmungsabschnitts 44 in der X-Richtung können gleich der Länge L_OG des Kernspalts CG in der X-Richtung sein oder können länger oder kürzer als die Länge L_OG sein.
Im fünften Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann, wie in den 31A bis 31D gezeigt, ein in Y-Richtung durchgehender Schlitzbereich 42 in dem plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 ausgebildet sein. Der Schlitzbereich 42 kann so ausgebildet sein, dass seine Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur X-Richtung verläuft (siehe 31A), oder kann so ausgebildet sein, dass seine Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur Z-Richtung verläuft (siehe 31B und 31C), oder kann so ausgebildet sein, dass seine Längsrichtung die X-Richtung und die Z-Richtung kreuzt (siehe 31D). In dem plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 kann ein Schlitzbereich 42 ausgebildet sein (siehe 31A, 31B und 31D), oder es kann eine Mehrzahl von Schlitzbereichen 42 ausgebildet sein (siehe 31C). Der Schlitzbereich 42 kann so ausgebildet sein, dass er die magnetische Detektionseinheit 2, wenn entlang der Y-Richtung gesehen, überlappt, d.h. dass zumindest ein Teil der magnetischen Detektionseinheit 2 von dem Schlitzbereich 42 freigelegt ist (siehe 31A, 31B und 31D), oder er kann so ausgebildet sein, dass er die magnetische Detektionseinheit 2 nicht überlappt (siehe 31C).
Im fünften Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels, wenn der Schlitzbereich 42 nicht im plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 ausgebildet ist, durchdringt ein Teil des magnetischen Störfeldes H_Y in der Y-Richtung in der Dickenrichtung des Abschirmungsabschnitts 41 der magnetischen Abschirmung 4 (siehe 17A). Infolgedessen kann der Stromsensor 1 durch das magnetische Störfeld H_Y beeinträchtigt werden.
Andererseits ist es durch den im plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 ausgebildeten Schlitzbereich 42 möglich, das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung auf beide Seiten des Schlitzbereichs 42 (beide Seiten in der kurzen Richtung (der Z-Richtung) des Schlitzbereichs 42, wenn entlang der Y-Richtung gesehen) zu streuen. Deshalb, wenn der Schlitzbereich 42 so ausgebildet ist, dass er die magnetische Detektionseinheit 2, wenn entlang der Y-Richtung gesehen, überlappt, ist es möglich, wirksam zu verhindern, dass das magnetische Störfeld H_Y in Richtung der magnetischen Detektionseinheit 2 entlang der Y-Richtung auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt (siehe 19).
Wenn der Schlitzbereich 42 so ausgebildet ist, dass er die magnetische Detektionseinheit 2, wenn entlang der Y-Richtung gesehen, nicht überlappt, kann verhindert werden, dass das magnetische Störfeld, das von der Außenseite der magnetischen Abschirmung 4 umläuft und durch die magnetische Abschirmung 4 induziert wird, einen Einfluss auf den Stromsensor 1 hat (siehe 12C).
In dem in 31A gezeigten Aspekt kann die Länge L₄₂ in der Längsrichtung (X-Richtung) des Schlitzbereichs 42 kürzer oder länger als die Länge L_OG des Kernspalts CG in der X-Richtung sein oder kann gleich L_OG sein. In dem in den 31A~ 31D dargestellten Aspekt kann die Länge W₄₂ des Schlitzbereichs 42 in der kurzen Richtung beispielsweise etwa 1~4 mm und vorzugsweise etwa 2~3 mm sein. Wenn die Länge W₄₂ weniger als 1 mm ist, ist die Wirkung der Streuung des magnetischen Störfeldes H_Y durch den Schlitzbereich 42 reduziert, und es besteht eine Sorge, dass das magnetische Störfeld H_Y, das durch den plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 in der Dickenrichtung übertragen wird, auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirken könnte. Des Weiteren, wenn die Länge W₄₂ 4 mm überschreitet, besteht eine Sorge, dass das magnetische Störfeld H_Y in Y-Richtung durch den Schlitzbereich 42 hindurchgeht und auf die magnetische Detektionseinheit 2 einwirkt.
Gemäß dem fünften Aspekt des Stromsensors 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration ist es möglich, den Einfluss des magnetischen Störfelds Hx in der X-Richtung und des magnetischen Störfelds H_Y in der Y-Richtung zu unterdrücken, so dass der durch den Leiter 5 fließende Strom mit hoher Genauigkeit detektiert werden kann.
Der Stromsensor 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels, der die oben beschriebene Konfiguration aufweist, kann in einem elektrischen Steuergerät bereitgestellt werden. Beispiele für elektrische Steuergeräte in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen ein Batteriemanagementsystem in einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) oder einem Elektrofahrzeug (EV) oder Ähnlichem, einen Inverter, einen Konverter oder Ähnliches. Der Stromsensor 1 gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird zur Messung eines EingangsVAusgangsstroms von einer Stromquelle und zur Ausgabe von Informationen über den gemessenen Strom an ein elektrisches Steuergerät oder Ähnlichem verwendet.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel wurde beschrieben, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern und wurde nicht beschrieben, um die vorliegende Erfindung einzuschränken. Daher soll jedes Element, das in dem obigen Ausführungsbeispiel offenbart ist, alle Designänderungen und Äquivalente umfassen, die in den technischen Bereich der vorliegenden Erfindung fallen.
In dem dritten Aspekt des Stromsensors 1 gemäß des obigen Ausführungsbeispiels (siehe 20 und Ähnliche) kann die magnetische Abschirmung 4 mit beiden Enden des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts 41 in der Z-Richtung durchgehend sein und einen ersten Abschirmungsabschnitt und einen zweiten Abschirmungsabschnitt aufweisen, der sich entlang der Y-Richtung erstreckt.
[Beispiele]
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Versuchsbeispielen näher beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf die nachstehend beschriebenen Versuchsbeispiele beschränkt ist.
[Testbeispiel 1]
In dem Stromsensor 1 mit der in 1 gezeigten Struktur wurden ein Ausgangssignal des Stromsensors 1, wenn das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung 0 mT (Millitesla) ist, und ein Ausgangssignal des Stromsensors 1, wenn das magnetische Störfeld H_x in der X-Richtung 10 mT ist , jeweils durch Simulation gefunden, und der Fehler (EX, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung verursacht wird, wurde berechnet (Probe 1). In ähnlicher Weise wurden ein Ausgangssignal des Stromsensors 1, wenn das magnetische Störfeld H_Y in Y-Richtung 0 mT (Millitesla) ist, und ein Ausgangssignal des Stromsensors 1, wenn das magnetische Störfeld H_Y in Y-Richtung 10 mT ist , jeweils durch Simulation ermittelt, und der Fehler (EY, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld H_Y in Y-Richtung verursacht wird, wurde berechnet (Probe 1). Die Simulationsergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
[Testbeispiel 2]
Der Fehler (EX, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung verursacht wird, und der Fehler (EY, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung verursacht wird, wurden auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 oben berechnet, außer dass der Stromsensor 1 mit der in 11A gezeigten Struktur verwendet wurde (Probe 2). Die Simulationsergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
[Testbeispiel 3]
Der Fehler (EX, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung verursacht wird, und der Fehler (EY, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld H_Y in der YRichtung verursacht wird, wurden auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 oben berechnet, außer dass der Stromsensor 1 mit der in 23A gezeigten Struktur verwendet wurde (Probe 3). Die Simulationsergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
[Testbeispiel 4]
Der Fehler (EX, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung verursacht wird, und der Fehler (EY, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld H_Y in der YRichtung verursacht wird, wurden auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 oben berechnet, außer dass der Stromsensor 1 mit der in 13 gezeigten Struktur verwendet wurde (Probe 4). Die Simulationsergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
[Testbeispiel 5]
Der Fehler (EX, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung verursacht wird, und der Fehler (EY, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld Hy in der Y-Richtung verursacht wird, wurden auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 oben berechnet, außer dass der Stromsensor 1 mit der in 18A gezeigten Struktur verwendet wurde (Probe 5). Die Simulationsergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
[Testbeispiel 6]
Der Fehler (EX, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung verursacht wird, und der Fehler (EY, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung verursacht wird, wurden auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 oben berechnet, außer dass der Stromsensor 1 mit der in 18B gezeigten Struktur verwendet wurde (Probe 6). Die Simulationsergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
[Testbeispiel 7]
Der Fehler (EX, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung verursacht wird, und der Fehler (EY, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung verursacht wird, wurden auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 oben berechnet, außer dass der Stromsensor 1 mit der in 18C gezeigten Struktur verwendet wurde (Probe 7). Die Simulationsergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
[Testbeispiel 8]
Der Fehler (EX, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung verursacht wird, und der Fehler (EY, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung verursacht wird, wurden auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 oben berechnet, außer dass der Stromsensor 1 mit der in 24 gezeigten Struktur verwendet wurde (Probe 8). Die Simulationsergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
[Testbeispiel 9]
Der Fehler (EX, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld H_X in der X-Richtung verursacht wird, und der Fehler (EY, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung verursacht wird, wurden auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 oben berechnet, außer dass der Stromsensor 1 mit der in 28 gezeigten Struktur verwendet wurde (Probe 9). Die Simulationsergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
[Testbeispiel 10]

Der Fehler (EX, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung verursacht wird, und der Fehler (EY, %) des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld H_Y in der Y-Richtung verursacht wird, wurden auf dieselbe Weise wie im obigen Testbeispiel 1 berechnet, mit der Ausnahme, dass keine magnetische Abschirmung 4 enthalten ist (Probe 10). Die Simulationsergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. [Tabelle 1]

	EX (%)	EY (%)
Probe 1	1.89	1.96
Probe 2	1.24	1.45
Probe 3	1.24	1.45
Probe 4	0.90	1.45
Probe 5	0.97	1.43
Probe 6	0.93	1.41
Probe 7	0.88	1.41
Probe 8	0.72	1.50
Probe 9	1.08	1.64
Probe 10	4.66	1.67

Aus den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen wird deutlich, dass im Vergleich zu Testbeispiel 10 (Probe 10), bei dem der Stromsensor ohne die magnetische Abschirmung 4 verwendet wurde, in den Testbeispielen 1 bis 9 (Probe 1-9), bei denen der Stromsensor 1 mit der magnetischen Abschirmung 4 verwendet wurde, der Fehler des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der zumindest durch das störende Magnetfeld H_X in X-Richtung verursacht werden kann, reduziert werden kann.
D wurde aus den Ergebnissen des Testbeispiels 1 (Probe 1), des Testbeispiels 2 (Probe 2) und des Testbeispiels 3 (Probe 3) geklärt, dass durch die Ausbildung des Schlitzbereichs 42 in dem plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 der magnetischen Abschirmung 4 der Fehler des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung und das magnetische Störfeld H_Y in der YRichtung verursacht werden kann, reduziert werden kann.
Des Weiteren wurde aus den Ergebnissen des Testbeispiels 1 (Probe 1) und des Testbeispiels 4 (Probe 4) klargestellt, dass dadurch, dass die magnetische Abschirmung 4 den plattenförmigen Abschirmungsabschnitt 41 und den ersten Abschirmungsabschnitt 43 und den zweiten Abschirmungsabschnitt 44 umfasst, die mit den beiden Endabschnitten 41A und 41B in deren Z-Richtung durchgangig sind, der Fehler des Ausgangssignals des Stromsensors 1, der durch das magnetische Störfeld Hx in der X-Richtung und das magnetische Störfeld H_Y in der YRichtung verursacht werden kann, reduziert werden kann.
[Testbeispiel 11]
In dem Stromsensor 1 (Probe 11), der die in 13 gezeigte Struktur hat und Siliziumstahl (50H230, hergestellt von Nippon Steel Co., Ltd., Eisenverlust: 2,3 W/kg) als ein konstituierendes Material des Magnetisierungskerns 3 und der magnetischen Abschirmung 4 verwendet, wurde der Betrag der Dämpfung (dB) der magnetischen Flussdichte, die auf das magnetische Detektionselement 2 einwirkt, wenn die Frequenz des Wechselstroms, der durch den Leiter 5 fließt, innerhalb des Bereichs von 1 Hz bis 100 kHz geändert wurde, durch Simulation gefunden. Die Ergebnisse sind in 32 dargestellt.
[Testbeispiel 12]
In dem Stromsensor 1 (Probe 12), der die gleiche Struktur wie der Stromsensor 1 des Testbeispiels 11 (Probe 11) hat, mit Ausnahme der Verwendung von Siliziumstahl (50H470, hergestellt von Nippon Steel Co., Ltd., Eisenverlust: 4,7 W/kg) als das konstituierende Material der magnetischen Abschirmung 4, wurde der Betrag der Dämpfung (dB) der magnetischen Flussdichte, die auf das magnetische Detektionselement 2 einwirkt, wenn die Frequenz des Wechselstroms, der durch den Leiter 5 fließt, innerhalb des Bereichs von 1 Hz bis 100 kHz geändert wurde, durch Simulation ermittelt. Die Ergebnisse sind in 32 dargestellt.
[Testbeispiel 13]
In dem Stromsensor 1 (Probe 13), der die gleiche Struktur wie der Stromsensor 1 des Testbeispiels 11 (Probe 11) hat, mit Ausnahme der Verwendung von Siliziumstahl (50H700, hergestellt von Nippon Steel Co., Ltd., Eisenverlust: 7,0 W/kg) als das konstituierende Material der magnetischen Abschirmung 4, wurde der Betrag der Dämpfung (dB) der magnetischen Flussdichte, die auf das magnetische Detektionselement 2 einwirkt, wenn die Frequenz des Wechselstroms, der durch den Leiter 5 fließt, innerhalb des Bereichs von 1 Hz bis 100 kHz geändert wurde, durch Simulation ermittelt. Die Ergebnisse sind in 32 dargestellt.
[Testbeispiel 14]
In dem Stromsensor 1 (Probe 14), der die gleiche Struktur wie der Stromsensor 1 des Testbeispiels 11 (Probe 11) hat, mit Ausnahme der Verwendung von Siliziumstahl (50H1000, hergestellt von Nippon Steel Co., Ltd., Eisenverlust: 10,0 W/kg) als das konstituierende Material der magnetischen Abschirmung 4, wurde der Betrag der Dämpfung (dB) der magnetischen Flussdichte, die auf das magnetische Detektionselement 2 einwirkt, wenn die Frequenz des Wechselstroms, der durch den Leiter 5 fließt, innerhalb des Bereichs von 1 Hz bis 100 kHz geändert wurde, durch Simulation ermittelt. Die Ergebnisse sind in 32 dargestellt.
Wie in 32 gezeigt, wurde deutlich, dass die Frequenzeigenschaften des Stromsensors 1 verbessert werden können, indem der Eisenverlust des konstituierenden Materials des Magnetisierungskerns 3 kleiner ist als der Eisenverlust des konstituierenden Materials der magnetischen Abschirmung 4. Deshalb kann, da der Magnetisierungskern 3 aus einem Material gemacht ist, das einen geringeren Eisenverlust aufweist als das Material der magnetischen Abschirmung 4, das Ausgangssignal des Stromsensors 1 stabilisiert werden, auch wenn ein Wechselstrom durch den Leiter 5 fließt.
Bezugszeichenliste

1: Stromsensor
2: Magnetische Detektionseinheit
3: Magnetisierungskern
4: Magnetische Abschirmung
5: Leiter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201978542 [0004]

Claims

Stromsensor (1) zum Detektieren von Magnetismus, der von einem Leiter (5) erzeugt wird, in dem ein Strom in einer ersten Richtung (Z) fließt, wobei der Stromsensor (1) umfasst: eine magnetische Detektionseinheit (2), die in der Lage ist, den Magnetismus zu detektieren; einen Magnetisierungskern (3); und eine magnetische Abschirmung (4), wobei der Magnetisierungskern (3) einen ersten Kernbereich (31), der im Wesentlichen parallel zu der ersten Richtung (Z) ist, und einen zweiten Kernbereich (32) und einen dritten Kernbereich (33) enthält die jeweils von Endabschnitten (31A, 31B) des ersten Kernbereichs (31) in einer zweiten Richtung (X) die orthogonal zu der ersten Richtung (Z) ist, durchgehend sind; der zweite Kernbereich (32) und der dritte Kernbereich (33) sich jeweils von den Endabschnitten (31A, 31B) des ersten Kembereichs (31) erstrecken, um einer dritten Richtung (Y) zu folgen, die orthogonal zu der ersten Richtung (Z) und der zweiten Richtung (X) ist, die magnetische Detektionseinheit (2) eine Empfindlichkeitsrichtung in der zweiten Richtung (X) hat und in einem Kernspalt (CG) positioniert ist, der zwischen der Nähe eines Endabschnitts (32A) des zweiten Kernbereichs (32) und der Nähe eines Endabschnitts (33A) des dritten Kernbereichs (33) in der dritten Richtung (Y) angeordnet ist, und die magnetische Abschirmung (4) einen plattenförmigen Abschirmungsabschnitt (41) aufweist, der so positioniert ist, dass er den Kernspalt (CG), wenn entlang der dritten Richtung (Y) gesehen, überlappt.
Stromsensor (1) nach Anspruch 1, wobei der Magnetisierungskern (3) ferner einen vierten Kernbereich (34) einschließt, der mit der Nähe des Endabschnitts (32A) des zweiten Kernbereichs (32) durchgehend ist, und einen fünften Kernbereich (35) umfasst, der mit der Nähe des Endabschnitts (33A) des dritten Kernbereichs (33) durchgehend, wobei sich der vierte Kernbereich (34) und der fünfte Kernbereich (35) so erstrecken, dass sie sich in der zweiten Richtung (X) einander annähern.
Stromsensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Leiter (5) ein plattenförmiger Körper ist, der sich in der ersten Richtung (Z) erstreckt, und eine Dickenrichtung des Leiters (5) die dritte Richtung (Y) ist.
Stromsensor (1) nach Anspruch 1, wobei der Leiter (5) ein plattenförmiger Körper ist, der sich in der ersten Richtung (Z) erstreckt, und eine Dickenrichtung des Leiters (5) die zweite Richtung (X) ist.
Stromsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die magnetische Abschirmung (4) einen ersten Abschirmungsabschnitt (43) und einen zweiten Abschirmungsabschnitt (44) enthält, die sich entlang der dritten Richtung (Y) erstrecken und jeweils mit Enden des plattenförmigen Abschirmungsabschnitts (41) entlang der ersten Richtung (Z) durchgehend sind, und die magnetische Detektionseinheit (2) in dem Kernspalt (CG) positioniert ist, der zwischen dem ersten Abschirmungsabschnitt (43) und dem zweiten Abschirmungsabschnitt (44) angeordnet ist, wenn entlang der ersten Richtung (Z) gesehen.
Stromsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in dem plattenförmigen Abschirmungsabschnitt ein in der dritten Richtung (Z) durchgehender Schlitzbereich (42) ausgebildet ist.
Stromsensor (1) nach Anspruch 6, wobei eine Längsrichtung des Schlitzbereichs (42), wenn entlang der dritten Richtung (Y) gesehen im Wesentlichen mit der ersten Richtung (Z) übereinstimmt.
Stromsensor (1) nach Anspruch 6, wobei eine Längsrichtung des Schlitzbereichs (42), wenn entlang der dritten Richtung (Y) gesehen, im Wesentlichen mit der zweiten Richtung (X) übereinstimmt.
Stromsensor (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Schlitzbereich (42) einer von einer Mehrzahl von in dem plattenförmigen Abschirmungsabschnitt (41) ausgebildeten Schlitzbereichen ist.
Stromsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Eisenverlust des konstituierenden Materials der magnetischen Abschirmung (4) größer ist als der Eisenverlust des konstituierenden Materials des Magnetisierungskerns (3).
Stromsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die magnetische Detektionseinheit (2) ein magnetoresistives Element oder ein Hall-Element enthält.
Stromsensor (1) nach Anspruch 11, wobei das magnetoresistive Element ein GMR-Element oder ein TMR-Element ist.
Stromsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Leiter (5) vorgesehen ist, um den durch den ersten Kernbereich (31), den zweiten Kernbereich (32) und den dritten Kernbereich (33) des Magnetisierungskerns (3) gebildeten Spalt entlang der ersten Richtung (Z) zu durchdringen.
Elektrisches Steuergerät mit dem Stromsensor (1) nach Anspruch 13.