DE102021129837A1

DE102021129837A1 - Stromsensor, und elektrisches steuergerät mit dem stromsensor

Info

Publication number: DE102021129837A1
Application number: DE102021129837.7A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Hirano; Makoto Takahashi; Ryoichi Menju
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2022-08-04
Also published as: JP7243747B2; US11543469B2; JP2022117289A; US20220244325A1; CN114814326A

Abstract

Ein Stromsensor (1) umfasst einen magnetischen Detektor (2) und einen ersten weichmagnetischen Körper (4). Der magnetische Detektor (2) ist so konfiguriert, dass er einem magnetischen Fluss (Bm) ausgesetzt ist, der erzeugt wird, wenn ein Strom (Im) durch einen Leiter (5) entlang einer ersten Achsenrichtung (Z-Achse) fließt, wobei der magnetische Fluss (Bm) in einer zweiten Achsenrichtung (X-Achse) verläuft. Der erste weichmagnetische Körper (4) umfasst einen ersten Abschnitt (41), einen zweiten Abschnitt (42), der zwischen dem Leiter (5) und dem ersten Abschnitt (41) angeordnet ist, und einen dritten Abschnitt (43), der den ersten Abschnitt (41) und den zweiten Abschnitt (42) magnetisch miteinander koppelt. Der erste weichmagnetische Körper (4) ist sowohl von dem Leiter (5) als auch von dem magnetischen Detektor (2) beabstandet, wobei der erste Abschnitt (41), der zweite Abschnitt (42) und der dritte Abschnitt (43) den magnetischen Detektor (2) entlang einer ersten Ebene (YZ) orthogonal zur zweiten Achsenrichtung (X-Achse) umgeben.

Description

HINTERGRUND
Die Technologie bezieht sich auf einen Stromsensor und ein elektrisches Steuergerät, das den Stromsensor enthält.
Stromsensoren werden in Fahrzeugen, einschließlich Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEVs) und Elektrofahrzeugen (EVs), verwendet, um eine Menge an verbliebener Leistung einer Batterie zu messen, den Antriebsstrom eines Motors zu messen oder als elektrisches Steuergerät für einen Konverter oder einen Inverter zu dienen. Einige Stromsensoren sind dafür bekannt, dass sie einen Magnetsensor mit einem magnetischen Detektorelement enthalten, das so konfiguriert ist, dass es ein Magnetfeld detektiert, das durch einen Strom erzeugt wird, der durch einen Leiter wie eine Stromschiene fließt. Solche Stromsensoren können beispielsweise ein magnetoresistives Element wie ein anisotropes magnetoresistives Element (AMR), ein riesenmagnetoresistives Element (GMR) oder ein magnetoresistives Tunnelelement (TMR) oder das magnetische Detektorelement wie ein Hall-Element umfassen. Die Stromsensoren sind so konfiguriert, dass sie den durch den Leiter, z. B. die Stromschiene, fließenden Strom berührungslos detektieren, indem sie das magnetoresistive Element oder das magnetische Detektorelement verwenden.
Zum Beispiel offenbart die ungeprüfte japanische Patentanmeldeveröffentlichung (JP-A) Nr. 2019-078542 einen Stromsensor mit einem ringförmigen Magnetkern, der einen Spalt aufweist, und einen Magnetsensor mit einem magnetischen Detektorelement, das in dem Spalt angeordnet ist. Der in JP-ANr. 2019-078542 offenbarte Stromsensor ist in der Lage, einen von einem Leiter erzeugten magnetischen Fluss auf den Magnetkern zu konzentrieren und den durch den Magnetkern konzentrierten magnetischen Fluss an das in dem Spalt angeordnete magnetische Detektorelement anzulegen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Aspekt der Technologie sieht einen Stromsensor mit einem magnetischen Detektor und einem ersten weichmagnetischen Körper vor. Der magnetische Detektor ist so konfiguriert, dass er einem magnetischen Fluss ausgesetzt wird, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch einen Leiter entlang einer ersten Achsenrichtung fließt, wobei der magnetische Fluss in einer zweiten Achsenrichtung verläuft. Der erste weichmagnetische Körper umfasst einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt, der zwischen dem Leiter und dem ersten Abschnitt angeordnet ist, und einen dritten Abschnitt, der den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt magnetisch miteinander koppelt. Der erste weichmagnetische Körper ist sowohl von dem Leiter als auch von dem magnetischen Detektor beabstandet, wobei der erste Abschnitt, der zweite Abschnitt und der dritte Abschnitt den magnetischen Detektor entlang einer ersten Ebene orthogonal zur zweiten Achsenrichtung umgeben.
Ein Aspekt der Technologie sieht einen Stromsensor mit einem Leiter, einem magnetischen Detektor, einem ersten weichmagnetischen Körper und einem zweiten weichmagnetischen Körper vor. Der Leiter umfasst einen ersten Leiterabschnitt und einen zweiten Leiterabschnitt, die sich jeweils in einer ersten Achsenrichtung erstrecken. Der erste Leiterabschnitt ist so konfiguriert, dass er einen ersten magnetischen Fluss in einer zweiten Achsenrichtung erzeugt, wenn ein Strom in einer ersten Richtung durch ihn hindurchfließt. Der zweite Leiterabschnitt ist so konfiguriert, dass er einen zweiten magnetischen Fluss in der zweiten Achsenrichtung erzeugt, wenn der Strom in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung durch ihn fließt. Der Magnetdetektor ist so konfiguriert, dass er dem ersten Magnetfluss und dem zweiten Magnetfluss ausgesetzt ist. Der erste weichmagnetische Körper umfasst einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt. Der zweite Abschnitt liegt dem ersten Abschnitt in der ersten Achsenrichtung gegenüber. Der dritte Abschnitt koppelt den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt magnetisch miteinander. Der erste weichmagnetische Körper ist sowohl von dem Leiter als auch von dem magnetischen Detektor beabstandet, wobei der erste Abschnitt, der zweite Abschnitt und der dritte Abschnitt den magnetischen Detektor entlang einer ersten Ebene orthogonal zur zweiten Achsenrichtung umgeben. Der zweite weichmagnetische Körper umgibt den magnetischen Detektor, den ersten Leiterabschnitt und den zweiten Leiterabschnitt entlang einer dritten Ebene orthogonal zur ersten Achsenrichtung.
Ein Aspekt der Technologie sieht ein elektrisches Steuergerät vor, das den Stromsensor gemäß einem der Aspekte der Technologie oder den Stromsensor gemäß einem anderen der Aspekte der Technologie enthält.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen dienen dem weiteren Verständnis der Technologie und sind eingefügt in und bilden einen Bestandteil dieser Beschreibung. Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Technologie zu erklären.

1 ist ein perspektivisches Schaubild, das ein Beispiel für eine Gesamtkonfiguration eines Stromsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Technologie veranschaulicht.
2A ist eine schematische Querschnittsansicht des in 1 veranschaulichten Stromsensors.
2B ist eine vergrößerte schematische Ansicht eines Abschnitts des in 1 veranschaulichten Stromsensors.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration des in 1 veranschaulichten Stromsensors veranschaulicht.
4 ist ein Schaltplan, der eine Schaltungskonfiguration eines in 1 veranschaulichten magnetischen Detektors schematisch veranschaulicht.
5 ist ein perspektivisches Schaubild, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel eines magnetoresistiven Elements veranschaulicht, das in dem in 1 veranschaulichten magnetischen Detektor enthalten ist.
6 ist ein schematisches Querschnittsschaubild, das ein Beispiel für eine Querschnittskonfiguration des in 5 veranschaulichten magnetoresistiven Elements veranschaulicht.
7 ist ein erstes erklärendes Schaubild zur Beschreibung von Beispielen für die Funktionsweise und die Auswirkungen des in 1 veranschaulichten Stromsensors.
8 ist ein erklärendes Schaubild zur Beschreibung des Verhaltens eines Stromsensors gemäß einem Referenzbeispiel.
9 ist ein zweites erklärendes Schaubild zur Beschreibung der beispielhaften Funktionsweisen und Auswirkungen des in 1 veranschaulichten Stromsensors.
10 ist ein drittes erklärendes Schaubild zur Beschreibung der beispielhaften Funktionsweisen und Auswirkungen des in 1 veranschaulichten Stromsensors.
11 ist ein viertes erklärendes Schaubild zur Beschreibung der beispielhaften Funktionsweisen und Auswirkungen des in 1 veranschaulichten Stromsensors.
12 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors gemäß einem Modifikationsbeispiel eines Ausführungsbeispiels der Technologie.
13 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors gemäß einem Modifikationsbeispiel eines Ausführungsbeispiels der Technologie.
14 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors gemäß einem Modifikationsbeispiel eines Ausführungsbeispiels der Technologie.
15 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors gemäß einem Modifikationsbeispiel eines Ausführungsbeispiels der Technologie.
16 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors gemäß einem Modifikationsbeispiel eines Ausführungsbeispiels der Technologie.
17 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors gemäß einem Modifikationsbeispiel eines Ausführungsbeispiels der Technologie.
18 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors gemäß einem Modifikationsbeispiel eines Ausführungsbeispiels der Technologie.
19 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors gemäß einem Modifikationsbeispiel eines Ausführungsbeispiels der Technologie.
20 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors gemäß einem Modifikationsbeispiel eines Ausführungsbeispiels der Technologie.
21 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors gemäß einem Modifikationsbeispiel eines Ausführungsbeispiels der Technologie.
22A ist ein perspektivisches Schaubild, das ein Beispiel für die Gesamtkonfiguration eines Stromsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Technologie veranschaulicht.
22B ist ein planares Schaubild, das ein Konfigurationsbeispiel einer magnetischen Abschirmung des in 22A veranschaulichten Stromsensors veranschaulicht.
23 ist ein erklärendes Schaubild, das beispielhafte Funktionsweisen des in 22A veranschaulichten Stromsensors veranschaulicht.
24 ist ein perspektivisches Schaubild, das ein Beispiel für die Gesamtkonfiguration eines Stromsensors gemäß einem Modifikationsbeispiel eines Ausführungsbeispiels der Technologie veranschaulicht.
25 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines elektrischen Steuergeräts gemäß eines Ausführungsbeispiels der Technologie veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Von einem Stromsensor, der einen Magnetsensor enthält, wird erwartet, dass seine Messgenauigkeit durch ein Störmagnetfeld weniger beeinträchtigt wird.
Es ist wünschenswert, einen Stromsensor, der weniger anfällig für ein Störmagnetfeld ist und einen Strom mit hoher Genauigkeit detektieren kann, sowie ein elektrisches Steuergerät mit einem solchen Stromsensor bereitzustellen.
Im Folgenden werden einige Ausführungsbeispiele und Modifikationsbeispiele der Technologie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Man beachte, dass sich die folgende Beschreibung auf veranschaulichende Beispiele der Offenbarung bezieht und nicht als Einschränkung der Technologie zu verstehen ist. Faktoren wie z. B. numerische Werte, Formen, Materialien, Komponenten, Positionen der Komponenten und die Art und Weise, wie die Komponenten miteinander gekoppelt sind, sind nur veranschaulichend und nicht als Einschränkung der Technologie zu verstehen. Ferner sind Elemente in den folgenden Ausführungsbeispielen, die nicht in einem der allgemeinsten unabhängigen Ansprüche der Offenbarung aufgeführt sind, optional und können je nach Bedarf bereitgestellt werden. Die Zeichnungen sind schematisch und nicht als maßstabsgetreu anzusehen. Gleichartige Elemente werden mit denselben Bezugsnummern bezeichnet, um redundante Beschreibungen zu vermeiden. Man beachte, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge erfolgt.
0. Hintergrund
1. Erstes Ausführungsbeispiel
Ein Beispiel für einen Stromsensor, der in der Nähe eines Leiters angeordnet ist.
2. Zweites Ausführungsbeispiel
Ein Beispiel für einen Stromsensor, der in der Nähe eines Leiters angeordnet ist.
3. Drittes Ausführungsbeispiel
Ein Beispiel für ein elektrisches Steuergerät mit einem Stromsensor.
[0. Hintergrund]
Bei dem in JP-ANr. 2019-078542 oben beschriebenen Stromsensor hat das vom Leiter erzeugte Magnetfeld hohe Intensität, wodurch der Magnetkern leichter magnetisch gesättigt wird. Infolgedessen kann sich die Ausgangslinearität des Magnetsensors verschlechtern. Die Verschlechterung der Ausgangslinearität des Magnetsensors kann durch Vergrößerung des Spalts des Magnetkerns oder durch Vergrößerung des Volumens des Magnetkerns verbessert werden. Die Vergrößerung des Spalts des Magnetkerns kann jedoch dazu führen, dass ein Magnetdetektor leichter einem anderen Magnetfeld als dem vom Leiter erzeugten Magnetfeld ausgesetzt wird, was zu einer Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit des Stromsensors führt. Im Folgenden kann ein anderes Magnetfeld als das vom Leiter erzeugte Magnetfeld als „magnetisches Störfeld“ bezeichnet werden.
Der Anmelder stellt einen Stromsensor und ein elektrisches Steuergerät zur Verfügung, die es jeweils ermöglichen, den Einfluss eines magnetischen Störfeldes auf einen magnetischen Detektor zu reduzieren und eine hohe Messgenauigkeit zu erreichen.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
[Konfiguration des Stromsensors 1]
Zunächst wird unter Bezugnahme auf die FIGen. 1 bis 6 eine Konfiguration eines Stromsensors 1 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Technologie beschrieben. 1 ist ein perspektivisches Schaubild, das ein Beispiel für eine Gesamtkonfiguration des Stromsensors 1 veranschaulicht. Der Stromsensor 1 umfasst beispielsweise einen magnetischen Detektor 2, einen flusskonzentrierenden Kern 3 und eine magnetische Abschirmung 4 (siehe 1). Der Stromsensor 1 kann z. B. in der Nähe eines Leiters 5 angeordnet sein. Der Leiter 5 kann sich z. B. in einer Z-Achsenrichtung erstrecken. Ein vom Stromsensor 1 zu detektierender Strom Im soll durch den Leiter 5 in der Z-Achsenrichtung fließen. 2A ist eine schematische Querschnittsansicht des Stromsensors 1 in einer XY-Ebene orthogonal zur Z-Achsenrichtung. 2B ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht des magnetischen Detektors 2 und der magnetischen Abschirmung 4 in einer YZ-Ebene im Stromsensor 1. Wenn im Stromsensor 1 der Strom Im durch den Leiter 5 in einer +Z-Richtung entlang der Z-Achsenrichtung fließt, wird ein magnetischer Fluss Bm um den Leiter 5 induziert. Der magnetische Fluss Bm fließt zum Beispiel durch das Innere des flusskonzentrierenden Kerns 3. Der magnetische Fluss Bm wird zum Beispiel an den magnetischen Detektor 2 in einer -X-Richtung entlang einer X-Achsenrichtung angelegt. Mit anderen Worten, der magnetische Detektor 2 kann so angeordnet sein, dass der magnetische Fluss Bm in der -X-Richtung durch ihn hindurchtreten kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Richtung entlang der Breite (im Folgenden „Breitenrichtung“) des Leiters 5 die X-Achsenrichtung, und eine Richtung entlang der Dicke (im Folgenden „Dickenrichtung“) des Leiters 5 ist eine Y-Achsenrichtung. Die Z-Achsenrichtung kann gemäß einer Ausführungsform der Technologie einem spezifischen aber nicht einschränkenden Beispiel einer „ersten Achsenrichtung“ entsprechen. Die X-Achsenrichtung kann gemäß einer Ausführungsform der Technologie einem spezifischen aber nicht einschränkenden Beispiel einer „zweiten Achsenrichtung“ entsprechen. Die Y-Achsenrichtung kann gemäß einer Ausführungsform der Technologie einem spezifischen aber nicht einschränkenden Beispiel einer „dritten Achsenrichtung“ entsprechen.
[Leiter 5]
Der Leiter 5 kann zum Beispiel ein hoch elektrisch leitendes, nichtmagnetisches Material wie Kupfer (Cu) umfassen. Der Leiter 5 kann ein allgemein plattenförmiger Körper sein, dessen Länge sich beispielsweise in Z-Achsenrichtung und dessen Dicke sich beispielsweise in Y-Achsenrichtung erstreckt. Der Leiter 5 kann sich durch einen Raum erstrecken, der von dem flusskonzentrierenden Kern 3 umgeben ist, der ungefähr die Form eines Doughnuts hat.
[flusskonzentrierender Kern 3]
Der flusskonzentrierende Kern 3 kann ein weichmagnetischer Körper sein, der den magnetischen Fluss Bm konzentriert, damit der magnetische Fluss Bm durch ihn hindurchgehen kann. Wie in 2A veranschaulicht, kann der flusskonzentrierende Kern 3 so vorgesehen sein, um den Leiter 5 z. B. entlang der XY-Ebene orthogonal zur Z-Achsenrichtung zu umgeben. Man beachte, dass „um den Leiter 5 zu umgeben“ konzeptionell nicht nur eine Konfiguration umfasst, in der sich der flusskonzentrierende Kern 3 vollständig um den Leiter 5 herum in eine doughnutartige Form erstreckt, sondern auch eine Konfiguration, in der sich der flusskonzentrierende Kern 3 teilweise um den Leiter 5 herum in eine teilweise ausgeschnittene doughnutartige Form erstreckt. Der flusskonzentrierende Kern 3 kann einen ersten Kernteil 31, einen zweiten Kernteil 32, einen dritten Kernteil 33, einen vierten Kernteil 34 und einen fünften Kernteil 35 umfassen. Der erste Kernteil 31, der vierte Kernteil 34 und der fünfte Kernteil 35 können sich beispielsweise jeweils in X-Achsenrichtung, d. h. in Breitenrichtung des Leiters 5, erstrecken. Der zweite Kernteil 32 und der dritte Kernteil 33 können sich beispielsweise jeweils in Y-Achsenrichtung, d. h. in der Dickenrichtung des Leiters 5, erstrecken. Der erste Kernteil 31 kann dem vierten Kernteil 34 und dem fünften Kernteil 35 in Y-Achsenrichtung gegenüberliegen. Der zweite Kernteil 32 und der dritte Kernteil 33 können einander in X-Achsenrichtung gegenüberliegen. Das zweite Kernteil 32 kann vorgesehen sein, um ein erstes Ende in der X-Achsenrichtung des ersten Kernteils 31 und ein erstes Ende in der X-Achsenrichtung des vierten Kernteils 34 miteinander zu koppeln. Das vierte Kernteil 34 kann eine Endfläche 3T1 an einem zweiten Ende in seiner X-Achsenrichtung aufweisen, das dem ersten Ende in seiner X-Achsenrichtung gegenüberliegt. Das dritte Kernteil 33 kann vorgesehen sein, um ein zweites Ende in der X-Achsenrichtung des ersten Kernteils 31, das dem ersten Ende in dessen X-Achsenrichtung gegenüberliegt, und ein erstes Ende in der X-Achsenrichtung des fünften Kernteils 35 miteinander zu koppeln. Der fünfte Kernteil 35 kann eine Endfläche 3T2 an einem zweiten Ende in seiner X-Achsenrichtung aufweisen, das dem ersten Ende in seiner X-Achsenrichtung gegenüberliegt. Die Endfläche 3T1 und die Endfläche 3T2 können voneinander beabstandet sein und einander gegenüberliegen. Ein zwischen den Endflächen 3T1 und 3T2 definierter Raum kann einen Kernspalt CG bilden. Der Kernspalt CG kann eine Breite W3 in X-Achsenrichtung haben. 2A veranschaulicht einen Beispielfall, bei dem der erste Kernteil 31, der zweite Kernteil 32, der dritte Kernteil 33, der vierte Kernteil 34 und der fünfte Kernteil 35 so gekoppelt sind, dass sie jeweils physisch in Kontakt mit einem oder mehreren benachbarten der Kernteile 31 bis 35 stehen; Ausführungsformen der Technologie sind jedoch nicht auf ein solches Beispiel beschränkt. Beispielsweise müssen der erste Kernteil 31, der zweite Kernteil 32, der dritte Kernteil 33, der vierte Kernteil 34 und der fünfte Kernteil 35 nur magnetisch miteinander gekoppelt sein und müssen nicht notwendigerweise jeweils physisch in Kontakt mit den benachbarten der Kernteile 31 bis 35 stehen.
In dem in 2A veranschaulichten flusskonzentrierenden Kern 3 kann ein Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten Kernteil 31 und dem zweiten Kernteil 32, ein Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten Kernteil 31 und dem dritten Kernteil 33, ein Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Kernteil 32 und dem vierten Kernteil 34 und ein Verbindungsabschnitt zwischen dem dritten Kernteil 33 und dem fünften Kernteil 35 jeweils eine gekrümmte Form haben. Die Ausführungsformen der Technologie sind jedoch nicht auf ein solches Beispiel beschränkt. Zum Beispiel können diese Verbindungsabschnitte jeweils eine gebogene Form oder eine Form mit abgeschrägten Rändern haben.
Der flusskonzentrierende Kern 3 kann gemäß einer Ausführungsform der Technologie einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel eines „zweiten weichmagnetischen Körpers“ entsprechen. Die XY-Ebene kann gemäß einer Ausführungsform der Technologie einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel einer „dritte Ebene“ entsprechen.
[Magnetischer Detektor 2]
Der magnetische Detektor 2 kann z.B. im Kernspalt CG, d.h. im Raum zwischen der Endfläche 3T1 und der Endfläche 3T2, angeordnet sein. In dem Stromsensor 1 wird der magnetische Fluss Bm von dem Leiter 5 erzeugt, wenn der Strom Im durch den Leiter 5 fließt, und der erzeugte magnetische Fluss Bm wird auf den flusskonzentrierenden Kern 3 mit dem Kernspalt CG konzentriert. Der gesamte flusskonzentrierende Kern 3 kann einen Pfad des magnetischen Flusses Bm bilden, d.h. einen magnetischen Pfad. Der im Kernspalt CG vorgesehene magnetische Detektor 2 ist somit im magnetischen Pfad oder im Pfad des auf den flusskonzentrierenden Kern 3 zu konzentrierenden magnetischen Flusses angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bedeutet die Anordnung des magnetischen Detektors 2 im Kernspalt CG, dass nur zumindest ein Teil des magnetischen Detektors 2 im magnetischen Pfad des magnetischen Flusses Bm angeordnet sein muss. Mit anderen Worten, der gesamte magnetische Detektor 2 kann sich im Kernspalt CG befinden oder nur ein Abschnitt des magnetischen Detektors 2 kann sich im Kernspalt CG befinden. Einzelheiten einer Konfiguration des magnetischen Detektors 2 werden später beschrieben.
[Magnetische Abschirmung 4]
Die magnetische Abschirmung 4 kann ein Bestandteil sein, das den magnetischen Detektor 2 magnetisch von einem Störmagnetfeld abschirmt. Mit anderen Worten, die magnetische Abschirmung 4 kann ein weichmagnetischer Körper sein, der den Einfluss eines unerwünschten Magnetfeldes (Magnetflusses) von außen, das nicht der zu detektierende Magnetfluss Bm ist, auf den magnetischen Detektor 2 abschwächt. Wie in 2B veranschaulicht, umgibt die magnetische Abschirmung 4 den magnetischen Detektor 2 entlang der YZ-Ebene orthogonal zur X-Achsenrichtung, folglich weist sie insgesamt eine doughnutartige Form auf. Es ist zu beachten, dass „den Magnetdetektor 2 umgeben“ konzeptionell nicht nur eine Konfiguration umfasst, in der sich die magnetische Abschirmung 4 vollständig um den Magnetdetektor 2 in eine doughnutartige Form erstreckt, sondern auch eine Konfiguration, in der sich die magnetische Abschirmung 4 teilweise um den Magnetdetektor 2 in eine teilweise aufgeschnittene doughnutartige Form erstreckt. Die magnetische Abschirmung 4 kann sowohl von dem Leiter 5 als auch von dem magnetischen Detektor 2 beabstandet sein, wobei sie weder mit dem Leiter 5 noch mit dem magnetischen Detektor 2 physisch in Kontakt ist.
Die magnetische Abschirmung 4 kann zum Beispiel einen ersten Abschirmteil 41, einen zweiten Abschirmteil 42, einen dritten Abschirmteil 43 und einen vierten Abschirmteil 44 umfassen. Der erste Abschirmteil 41 und der zweite Abschirmteil 42 können sich jeweils entlang einer XZ-Ebene erstrecken, die die Z-Achsenrichtung und die X-Achsenrichtung einschließt. Der dritte Abschirmteil 43 und der vierte Abschirmteil 44 können sich beispielsweise in Y-Achsenrichtung, d. h. in Dickenrichtung des Leiters 5, erstrecken. Der erste Abschirmteil 41 und der zweite Abschirmteil 42 können in Y-Achsenrichtung einander gegenüberliegen. Der erste Abschirmteil 41 kann z. B. auf einer Seite angeordnet sein, die dem Leiter 5 in Y-Achsenrichtung, vom Kernspalt CG aus gesehen, gegenüberliegt. Der zweite Abschirmteil 42 kann zwischen dem Leiter 5 und dem ersten Abschirmteil 41 angeordnet sein. Der zweite Abschirmteil 42 kann zwischen beispielsweise dem Kernspalt CG und dem Leiter 5 in Y-Achsenrichtung vorhanden sein. Darüber hinaus kann der magnetische Detektor 2 so angeordnet sein, um sowohl den ersten Abschirmteil 41 als auch den zweiten Abschirmteil 42 zu überlappen, wenn man ihn in Y-Achsenrichtung orthogonal zur XZ-Ebene betrachtet. Der dritte Abschirmteil 43 und der vierte Abschirmteil 44 können in Z-Achsenrichtung einander gegenüberliegen. Der dritte Abschirmteil 43 kann vorgesehen sein, um ein erstes Ende 411 in der Z-Achsenrichtung des ersten Abschirmteils 41 und ein erstes Ende 421 in der Z-Achsenrichtung des zweiten Abschirmteils 42 magnetisch miteinander zu koppeln. Der vierte Abschirmteil 44 kann vorgesehen sein, um ein zweites Ende 412 in der Z-Achsenrichtung des ersten Abschirmteils 41, das dem ersten Ende 411 gegenüberliegt, und ein zweites Ende 422 in der Z-Achsenrichtung des zweiten Abschirmteils 42, das dem ersten Ende 421 gegenüberliegt, magnetisch miteinander zu koppeln. 2B veranschaulicht einen Beispielfall, bei dem der erste Abschirmteil 41, der zweite Abschirmteil 42, der dritte Abschirmteil 43 und der vierte Abschirmteil 44 so gekoppelt sind, um jeweils physisch in Kontakt mit benachbarten der Abschirmteile 41 bis 44 zu stehen; Ausführungsformen der Technologie sind jedoch nicht auf ein solches Beispiel beschränkt. Beispielsweise müssen sich der erste Abschirmteil 41, der zweite Abschirmteil 42, der dritte Abschirmteil 43 und der vierte Abschirmteil 44 nur in einem Zustand befinden, in dem sie magnetisch miteinander gekoppelt sind, und müssen nicht notwendigerweise jeweils physisch in Kontakt mit den benachbarten der Abschirmteile 41 bis 44 stehen. Der Zustand des magnetisch gekoppelt seins bezieht sich hier auf einen Zustand, in dem zwei benachbarte Abschirmteile so nahe beieinander angeordnet sind, dass sie beispielsweise einen Abstand von 0,05 mm oder weniger zueinander haben. Wenn zwei Abschirmteile, die magnetisch miteinander gekoppelt werden sollen, in einem Abstand von beispielsweise 0,1 mm oder mehr voneinander angeordnet sind, sind die beiden Abschirmteile magnetisch voneinander getrennt, was eine Verringerung der magnetischen Abschirmwirkung bewirkt.
Im Beispiel von 2A können eine Breite W41 des ersten Abschirmteils 41 und eine Breite W42 des zweiten Abschirmteils 42 im Wesentlichen gleich sein. Die Breiten W41 und W42 sind die jeweiligen Abmessungen des ersten Abschirmteils 41 und des zweiten Abschirmteils 42 in X-Achsenrichtung. Die Breiten W41 und W42 können jeweils kleiner sein als beispielsweise die Breite W3 des Kernspalts CG des flusskonzentrierenden Kerns 3 (d. h. W41 < W3 und W42 < W3). Es ist zu beachten, dass die Breiten W41 und W42 z. B. jeweils auf einen Bereich von einschließlich 2 mm bis einschließlich 10 mm und die Breite W3 z. B. auf einen Bereich von einschließlich 4 mm bis einschließlich 12 mm eingestellt sein können.
In der in 2B veranschaulichten magnetischen Abschirmung 4 kann ein Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten Abschirmteil 41 und dem dritten Abschirmteil 43, ein Verbindungsabschnitt zwischen dem dritten Abschirmteil 43 und dem zweiten Abschirmteil 42, ein Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Abschirmteil 42 und dem vierten Abschirmteil 44 und ein Verbindungsabschnitt zwischen dem vierten Abschirmteil 44 und dem ersten Abschirmteil 41 jeweils eine gekrümmte Form haben. Die Ausführungsformen der Technologie sind jedoch nicht auf ein solches Beispiel beschränkt. Beispielsweise können diese Verbindungsabschnitte jeweils eine gebogene Form oder eine Form mit abgeschrägten Rändern haben.
Die magnetische Abschirmung 4 kann gemäß einer Ausführungsform der Technologie einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel für einen „ersten weichmagnetischen Körper“ entsprechen. Die YZ-Ebene kann gemäß einer Ausführungsform der Technologie einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel einer „ersten Ebene“ entsprechen. Die XZ-Ebene kann gemäß einer Ausführungsform der Technologie einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel einer „zweiten Ebene“ entsprechen.
Der flusskonzentrierende Kern 3 und die magnetische Abschirmung 4 können z. B. jeweils ein weichmagnetisches Material wie Siliziumstahl, elektromagnetischer Stahl, Reineisen (SUY) oder Permalloy als Hauptbestandteil enthalten. Es ist für den flusskonzentrierenden Kern 3 einfacher als für die magnetische Abschirmung 4, durch das Anlegen des magnetischen Flusses Bm magnetisiert zu werden. Daher kann in einem Beispiel ein Material mit relativ geringer Restmagnetisierung, wie FeSi oder Permalloy, für den flusskonzentrierenden Kern 3 verwendet sein. Im Gegensatz dazu ist es für die magnetische Abschirmung 4 schwieriger als für den flusskonzentrierenden Kern 3, mit dem magnetischen Fluss Bm magnetisiert zu werden. Daher kann für die magnetische Abschirmung 4 ein Material verwendet werden, das eine relativ hohe Restmagnetisierung aufweist, wie z. B. reines Eisen.
In einem Beispiel kann das Material der magnetischen Abschirmung 4 einen höheren Kernverlust aufweisen als das Material des flusskonzentrierenden Kerns 3. Der magnetische Fluss Bm, der von dem Leiter 5 erzeugt wird, wenn ein vorbestimmter Strom Im durch den Leiter 5 fließt, fließt durch den flusskonzentrierenden Kern 3 und die magnetische Abschirmung 4. Wenn die Frequenz des durch den Leiter 5 fließenden Stroms Im zunimmt, wird eine Frequenzantwort der magnetischen Abschirmung 4, die ein Material mit relativ hohem Kernverlust enthält, niedriger, was eine relative Verringerung des durch die magnetische Abschirmung 4 fließenden magnetischen Flusses Bm bewirkt. Wenn die Frequenz des Stroms Im zunimmt, wird eine Frequenzantwort des flusskonzentrierenden Kerns 3, der ein relativ verlustarmes Kernmaterial enthält, ebenfalls niedriger, wodurch es für den magnetischen Fluss Bm schwieriger wird, durch ihn zu fließen. Aufgrund der relativen Verringerung des magnetischen Flusses Bm, der durch die magnetische Abschirmung 4 fließt, nimmt der magnetische Fluss Bm, der durch den flusskonzentrierenden Kern 3 fließt, jedoch relativ zu. Es wird davon ausgegangen, dass dies zu einer besseren Stabilisierung der magnetischen Flussdichte des magnetischen Flusses Bm führt, der an den magnetischen Detektor 2 angelegt wird, als in einem Fall, in dem der Stromsensor 1 die magnetische Abschirmung 4 nicht enthält. Wenn eine Differenz zwischen dem Kernverlust des Einsatzmaterials der magnetischen Abschirmung 4 und dem Kernverlust des Einsatzmaterials des flusskonzentrierenden Kerns 3 zunimmt, wird die Frequenzantwort verbessert, um es zu ermöglichen, die Dämpfung der magnetischen Flussdichte des magnetischen Flusses Bm zu unterdrücken, der an den magnetischen Detektor 2 angelegt wird. Dadurch ist es möglich, ein Antwortverhalten des Stromsensors 1 auf einen alternierenden Strom zu stabilisieren. In einem Beispiel kann der Unterschied zwischen dem Kernverlust des Einsatzmaterials der magnetischen Abschirmung 4, und dem Kernverlust des Einsatzmaterials des flusskonzentrierenden Kerns 3, 2,0 W/kg oder mehr betragen. In einem spezifischeren, aber nicht einschränkenden Beispiel kann die Differenz in einem Bereich von einschließlich 4,5 W/kg bis einschließlich 10,0 W/kg liegen. Der Kernverlust kann nach dem Epstein-Testverfahren auf der Grundlage von JIS-C-2550 als Größe des Kernverlustes pro Gewichtseinheit (Mittelwert der Größen in einer Rollrichtung und einer dazu senkrechten Richtung) bei sinusförmiger Anregung, bei der eine maximale magnetische Flussdichte bei einer Frequenz von 50 Hz 1,5 T ist, bestimmt werden. Es ist zu beachten, dass das Einsatzmaterial des flusskonzentrierenden Kerns 3, dieselbe Art von Material sein kann wie das der magnetischen Abschirmung 4, oder eine andere Art von Material als das der magnetischen Abschirmung 4 sein kann. Beispielsweise können sowohl der flusskonzentrierende Kern 3 als auch die magnetische Abschirmung 4 elektromagnetischen Stahl enthalten, und in einem solchen Fall kann der elektromagnetische Stahl, der in der magnetischen Abschirmung 4 enthalten ist, einen höheren Kernverlust aufweisen als der elektromagnetische Stahl, der in dem flusskonzentrierenden Kern 3 enthalten ist.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration des Stromsensors 1 veranschaulicht. Der Stromsensor 1 kann sowohl einen Signalprozessor 60 als auch den magnetischen Detektor 2 umfassen (siehe 3). Der Signalprozessor 60 kann beispielsweise einen Analog-Digital (A/D)-Konverter 61 und einen Rechner 62 umfassen. Der A/D-Konverter 61 kann ein vom Magnetdetektor 2 ausgegebenes analoges Signal in ein digitales Signal umwandeln. Der Rechner 62 kann eine arithmetische Verarbeitung des digitalen Signals durchführen, das aus der digitalen Umwandlung durch den A/D-Konverter 61 resultiert. Es ist zu beachten, dass der Signalprozessor 60 außerdem einen Digital-Analog-Konverter (D/A)-Konverter enthalten kann, der dem Rechner 62 nachgeschaltet ist. Mit dem D/A-Konverter ist der Signalprozessor 60 in der Lage, ein Ergebnis der vom Rechner 62 durchgeführten arithmetischen Verarbeitung als analoges Signal auszugeben.
4 ist ein Schaltplan, der schematisch eine Schaltungskonfiguration des in 1 veranschaulichten magnetischen Detektors 2 veranschaulicht. Wie in 4 veranschaulicht, kann der Magnetdetektor 2 beispielsweise eine Wheatstone-Brückenschaltung C mit einem ersten Widerstand R1, einem zweiten Widerstand R2, einem dritten Widerstand R3 und einem vierten Widerstand R4 enthalten, die in einer Brückenkonfiguration gekoppelt sind. Der magnetische Detektor 2 kann jedoch eine Schaltung enthalten, in der zwei Widerstände, d. h. der erste Widerstand R1 und der zweite Widerstand R2, in einer Halbbrückenschaltung gekoppelt sind. Die ersten bis vierten Widerstände R1 bis R4 können jeweils ein einzelnes magnetoresistives Element (MR-Element) oder ein einzelnes Hall-Element enthalten, oder sie können jeweils eine Mehrzahl von MR-Elementen oder eine Mehrzahl von Hall-Elementen enthalten. Beispiele für das MR-Element umfassen ein anisotropes magnetoresistives Element (AMR), ein riesenmagnetoresistives Element (GMR) und ein magnetoresistives Tunnelelement (TMR).
Die Wheatstone-Brückenschaltung C im magnetischen Detektor 2 kann umfassen: einen Stromversorgungsanschluss V; einen Masseanschluss G; zwei Ausgangsanschlüsse E1 und E2; den ersten Widerstand R1 und den zweiten Widerstand R2, die in Reihe miteinander gekoppelt sind; und den dritten Widerstand R3 und den vierten Widerstand R4, die in Reihe miteinander gekoppelt sind. Ein erstes Ende des ersten Widerstands R1 und ein erstes Ende des dritten Widerstands R3 können mit dem Stromversorgungsanschluss V gekoppelt sein. Ein zweites Ende des ersten Widerstands R1 kann mit einem ersten Ende des zweiten Widerstands R2 und dem Ausgangsanschluss E1 gekoppelt sein. Ein zweites Ende des dritten Widerstands R3 kann mit einem ersten Ende des vierten Widerstands R4 und dem Ausgangsanschluss E2 gekoppelt sein. Ein zweites Ende des zweiten Widerstands R2 und ein zweites Ende des vierten Widerstands R4 können mit dem Masseanschluss G gekoppelt sein. Der Masseanschluss G kann an eine Masse gekoppelt sein.
5 ist ein perspektivisches Schaubild, das ein schematisches Konfigurationsbeispiel des MR-Elements, wie das GMR-Element oder das TMR-Element, veranschaulicht, das in jedem der in 4 veranschaulichten ersten bis vierten Widerstände R1 bis R4 enthalten ist. Wie in 5 veranschaulicht, kann das MR-Element, das in jedem der ersten bis vierten Widerstände R1 bis R4 enthalten ist, beispielsweise eine Mehrzahl von ersten Elektroden 71, eine Mehrzahl von MR-Filmen 80 und eine Mehrzahl von zweiten Elektroden 72 umfassen. Die ersten Elektroden 71 können z. B. auf einem Substrat angeordnet sein. Die ersten Elektroden 71 können auch als untere Leitungselektroden bezeichnet werden. Die ersten Elektroden 71 können jeweils eine lange, schlanke Form haben. Jeweils zwei erste Elektroden 71, die in ihrer Längsrichtung einander benachbart sind, können einen Zwischenraum aufweisen. Die MR-Filme 80 können auf der Oberseite jeder ersten Elektrode 71 in deren Längsrichtung an Positionen nahe den gegenüberliegenden Enden der ersten Elektrode 71 vorgesehen sein. 6 ist eine schematische Querschnittsansicht, das ein Beispiel einer Querschnittskonfiguration des in 5 veranschaulichten MR-Elements veranschaulicht, das in jedem der ersten bis vierten Widerstände R1 bis R4 enthalten ist. Der MR-Film 80 kann in der Draufsicht eine allgemein kreisförmige Form haben. Wie in 6 veranschaulicht, kann der MR-Film 80 eine freie Schicht 81, eine nichtmagnetische Schicht 82, eine magnetisierte Schicht 83 und eine antiferromagnetische Schicht 84 umfassen, die in dieser Reihenfolge von der Seite der ersten Elektrode 71 aus angeordnet sind. Die freie Schicht 81 kann elektrisch mit der ersten Elektrode 71 gekoppelt sein. Die antiferromagnetische Schicht 84 enthält ein antiferromagnetisches Material. Die antiferromagnetische Schicht 84 kann die Rolle spielen, eine Austauschkopplung mit der magnetisierten Schicht 83 herzustellen und dadurch die Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Schicht 83 zu fixieren. Die zweiten Elektroden 72 können auf den MR-Schichten 80 angeordnet sein. Die zweiten Elektroden 72 können jeweils eine lange, schlanke Form haben und können die jeweiligen antiferromagnetischen Schichten 84 zweier benachbarter MR-Filme 80, die auf zwei ersten Elektroden 71 in Längsrichtung der ersten Elektroden 71 nebeneinander angeordnet sind, elektrisch koppeln. Die zweiten Elektroden 72 können auch als obere Leitungselektroden bezeichnet werden. Es ist zu beachten, dass der MR-Film 80 eine Konfiguration aufweisen kann, bei der die freie Schicht 81, die nichtmagnetische Schicht 82, die magnetisierte Schicht 83 und die antiferromagnetische Schicht 84 in dieser Reihenfolge von der Seite der zweiten Elektrode 72 aus angeordnet sind. Alternativ kann die antiferromagnetische Schicht 84 weggelassen werden, indem die magnetisierte Schicht 83 als eine fixierte Schicht eines so genannten selbstfixierten Typs konfiguriert wird, d.h. eine so genannte synthetische ferri-fixierte (SFP) Schicht mit einer gestapelten ferrimagnetischen Struktur, die einen Stapel aus einer ferromagnetischen Schicht/einer nichtmagnetischen Zwischenschicht/einer ferromagnetischen Schicht enthält, in der die beiden ferromagnetischen Schichten antiferromagnetisch miteinander gekoppelt sind.
Bei dem TMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht 82 eine Tunnelbarrierenschicht. Im GMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht 82 eine nichtmagnetische, elektrisch leitende Schicht. Der Widerstand des TMR-Elements und des GMR-Elements ändert sich jeweils in Abhängigkeit von dem Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 81 mit der Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Schicht 83 bildet. Der Widerstand hat einen minimalen Wert, wenn der vorgenannte Winkel 0° beträgt, d.h. wenn die jeweiligen Magnetisierungsrichtungen der freien Schicht 81 und der magnetisierten Schicht 83 parallel zueinander sind, und einen maximalen Wert, wenn der vorgenannte Winkel 180° beträgt, d.h. wenn die jeweiligen Magnetisierungsrichtungen der freien Schicht 81 und der magnetisierten Schicht 83 antiparallel zueinander sind.
In einem Fall, in dem der erste bis vierte Widerstand R1 bis R4 jeweils das TMR-Element oder das GMR-Element enthalten, sind in der Wheatstone-Brückenschaltung C im Magnetdetektor 2 die Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Schicht 83 im ersten Widerstand R1 und die der magnetisierten Schicht 83 im zweiten Widerstand R2 parallel zur X-Achsenrichtung und antiparallel zueinander. Ferner sind die Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Schicht 83 im dritten Widerstand R3 und die der magnetisierten Schicht 83 im vierten Widerstand R4 parallel zur X-Achsenrichtung und antiparallel zueinander. Im Magnetdetektor 2 ändert sich eine Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 als Reaktion auf eine Änderung der Intensität eines vom Leiter 5 erzeugten Magnetfelds in Richtung der X-Achse, und ein der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 entsprechendes Signal wird als Sensorsignal S an den Signalprozessor 60 ausgegeben. In einem Beispiel kann das der Potenzialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 entsprechende Signal durch einen Differenzdetektor verstärkt werden, und das verstärkte Signal kann als das Sensorsignal S an den A/D-Konverter 61 des Signalprozessors 60 ausgegeben werden.
Der A/D-Konverter 61 kann das vom Magnetdetektor 2 ausgegebene Sensorsignal S (ein auf den Strom bezogenes analoges Signal) in ein digitales Signal umwandeln, und der Rechner 62 kann das digitale Signal empfangen. Der Rechner 62 kann eine arithmetische Verarbeitung des digitalen Signals durchführen, das aus der Umwandlung des analogen Signals durch den A/D-Konverter 61 resultiert. Der Rechner 62 kann zum Beispiel, ohne Einschränkung, einen Mikrocomputer oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) enthalten.
[Beispiel für Funktionsweisen und Auswirkungen des Stromsensors 1]
Gemäß dem Stromsensor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die magnetische Abschirmung 4 so vorgesehen, dass sie den im Kernspalt CG des flusskonzentrierenden Kerns 3 angeordneten magnetischen Detektor 2 umgibt. Dadurch wird der Einfluss eines magnetischen Flusses eines unerwünschten Störmagnetfeldes aus der Umgebung auf den magnetischen Detektor 2 abgeschwächt. Beispielsweise verlaufen eine Magnetfeldkomponente Hy und eine Magnetfeldkomponente Hz des magnetischen Störfeldes, die jeweils in Y-Achsenrichtung und Z-Achsenrichtung verlaufen, hauptsächlich durch die magnetische Abschirmung 4, wie beispielsweise in 7 veranschaulicht. Infolgedessen werden die Magnetfeldkomponenten Hy und Hz, die durch den Magnetdetektor 2 in dem von der magnetischen Abschirmung 4 umgebenen Raum verlaufen, reduziert. Man beachte, dass 7 ein erstes erklärendes Schaubild zur Beschreibung von Beispielen für die Funktionsweise und Auswirkungen des Stromsensors 1 ist. Beispielsweise wird die Magnetfeldkomponente Hz in zwei entsprechende Flüsse aufgeteilt, die durch den ersten Abschirmungsteil 41 und den zweiten Abschirmungsteil 42 verlaufen, die einander in Y-Achsenrichtung gegenüberliegen und sich entlang der XZ-Ebene erstrecken. Die Magnetfeldkomponente Hy wird ebenfalls in zwei entsprechende Flüsse aufgeteilt, die durch der dritte Abschirmteil 43 und der vierte Abschirmteil 44 verlaufen, die sich in Z-Achsenrichtung gegenüberliegen und sich in der XY-Ebene erstrecken. In 7 ist ein Pfad der Magnetfeldkomponente Hz schematisch durch einen durchgezogenen Pfeil und ein Pfad der Magnetfeldkomponente Hy schematisch durch einen gestrichelten Pfeil veranschaulicht.
8 veranschaulicht ein Referenzbeispiel eines Stromsensors 101 ohne die magnetische Abschirmung 4. In diesem Fall fließt die magnetische Feldkomponente Hy intensiv zum magnetischen Detektor 2, nachdem sie den flusskonzentrierenden Kern 3 durchlaufen hat. Man beachte, dass der Stromsensor 101 im Wesentlichen eine gleiche Konfiguration wie der Stromsensor 1 hat, mit der Ausnahme, dass die magnetische Abschirmung 4 weggelassen ist.
Im Gegensatz dazu wird bei dem Stromsensor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es beispielsweise in 9 veranschaulicht ist, die Magnetfeldkomponente Hy, die in den flusskonzentrierenden Kern 3 hineingeflossen und aus diesem durch jede der Endflächen 3T1 und 3T2 herausgeflossen ist, in zwei entsprechende Flüsse aufgeteilt, um in den ersten Abschirmteil 41 und den zweiten Abschirmteil 42 zu fließen. Infolgedessen heben sich eine Magnetfeldkomponente Hy in einer +Y-Richtung und eine Magnetfeldkomponente Hy in einer -Y-Richtung gegenseitig auf, wodurch ein Bereich R erzeugt wird, in dem die Magnetfeldkomponente Hy im Wesentlichen nicht vorhanden ist. Die Anordnung der ersten bis vierten Widerstände R1 bis R4 des Magnetdetektors 2 in dem Bereich R ermöglicht es daher, den Einfluss der Magnetfeldkomponente Hy auf den Magnetdetektor 2 zu verringern. Man beachte, dass 9 ein zweites erklärendes Schaubild zur Beschreibung der beispielhaften Funktionsweisen und Auswirkungen des Stromsensors 1 ist.
Der Stromsensor 1 trägt auch dazu bei, dass die Magnetfeldkomponente Hx in X-Achsenrichtung des magnetischen Störfeldes den magnetischen Detektor 2 nicht erreicht. Ein Grund dafür ist, dass, wie in 10 veranschaulicht, die Magnetfeldkomponente Hx in zwei jeweilige Flüsse aufgeteilt wird, um in den ersten Abschirmteil 41 und den zweiten Abschirmteil 42 der magnetischen Abschirmung 4 durch die jeweiligen ersten Enden in der Breitenrichtung des ersten Abschirmteils 41 und des zweiten Abschirmteils 42 zu fließen, und um aus dem ersten Abschirmteil 41 und dem zweiten Abschirmteil 42 durch ihre jeweiligen zweiten Enden in der Breitenrichtung zu fließen. Man beachte, dass 10 ein drittes erklärendes Schaubild zur Beschreibung der beispielhaften Funktionsweisen und Auswirkungen des Stromsensors 1 ist.
Beim Stromsensor 1 und beim Stromsensor 101 macht es ein Anstieg des durch den Leiter 5 fließenden Stroms Im einfacher für den flusskonzentrierenden Kern 3 magnetisch gesättigt zu werden. Dies kann die Ausgangslinearität des magnetischen Detektors 2 verschlechtern und somit eine genaue Messung des zu detektierenden Stroms behindern. Um dies zu vermeiden, könnte das Volumen des Magnetkerns 3, der ein weichmagnetischer Körper ist, vergrößert werden. Dies führt jedoch zu einer unerwünschten Vergrößerung der Abmessungen der Stromsensoren 1 und 101. Als weitere Technik zur Vermeidung der magnetischen Sättigung des flusskonzentrierenden Kerns 3 könnte beispielsweise die Breite W3 des Kernspalts CG vergrößert werden, um dadurch den magnetischen Widerstand des Magnetkreises zu erhöhen. In einem solchen Fall würde der Magnetdetektor 2 jedoch leichter durch ein magnetisches Störfeld beeinflusst werden, wenn die magnetische Abschirmung 4 nicht wie beim Stromsensor 101 vorgesehen ist. Im Hinblick darauf ist die magnetische Abschirmung 4 bei dem Stromsensor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Kernspalt CG angeordnet. Dadurch ist es möglich, den Einfluss des magnetischen Störfeldes auf den magnetischen Detektor 2 abzuschwächen und gleichzeitig eine magnetische Sättigung des flusskonzentrierenden Kerns 3 zu vermeiden, indem die Breite W3 des Kernspalts CG vergrößert und dadurch der magnetische Widerstand des Magnetkreises erhöht wird.
Darüber hinaus bietet der Stromsensor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Effekt, die Einflüsse einer Restmagnetisierung des Flusskonzentrationskerns 3 und einer Restmagnetisierung der magnetischen Abschirmung 4 zu reduzieren. Als Ergebnis der Anwendung des magnetischen Flusses Bm auf den flusskonzentrierenden Kern 3 und die magnetische Abschirmung 4, die weichmagnetische Körper sind, entwickeln sich Restmagnetisierungen in dem flusskonzentrierenden Kern 3 und der magnetischen Abschirmung 4, wie in 11 veranschaulicht. Zum Beispiel entwickelt sich im flusskonzentrierenden Kern 3 eine Restmagnetisierung 3Mr in der -X-Richtung im ersten Kernteil 31, und eine Restmagnetisierung 3Mr in der +X-Richtung entwickelt sich in jedem des vierten Kernteils 34 und des fünften Kernteils 35. Infolgedessen entsteht im Kernspalt CG ein magnetischer Restfluss 3Br in +X-Richtung. In der magnetischen Abschirmung 4 entwickelt sich beispielsweise eine Restmagnetisierung 41Mr in +X-Richtung im ersten Abschirmteil 41 und eine Restmagnetisierung 42Mr in +X-Richtung im zweiten Abschirmteil 42. Infolgedessen entwickelt sich im Kernspalt CG ein Restmagnetfluss 41Br um den ersten Abschirmteil 41 und ein Restmagnetfluss 42Br um den zweiten Abschirmteil 42. Der magnetische Restfluss 41Br und der magnetische Restfluss 42Br werden an den magnetischen Detektor 2 in der -X-Richtung angelegt. Daher heben sich in der Nähe des magnetischen Detektors 2 der magnetische Restfluss 3Br in der +X-Richtung und die magnetischen Restflüsse 41Br und 42Br in der -X-Richtung gegenseitig auf, was zu einer ausreichenden Verringerung der magnetischen Restflüsse führt, die im Wesentlichen auf den magnetischen Detektor 2 einwirken. Dadurch kann der magnetische Detektor 2 den zu detektierenden magnetischen Fluss Bm genau detektieren, ohne wesentlich durch die Restmagnetisierungen 3Mr des flusskonzentrierenden Kerns 3 oder die Restmagnetisierungen 41Mr und 42Mr der magnetischen Abschirmung 4 beeinflusst zu werden. Ein Bereich, in dem sich der Restmagnetfluss 3Br des flusskonzentrierenden Kerns 3 und die Restmagnetflüsse 41Br und 42Br der magnetischen Abschirmung 4 gegenseitig aufheben, ist an einer oder zwei Stellen möglich. Eine geeignete Auswahl der Materialien und Abmessungen des ersten Abschirmteils 41 und des zweiten Abschirmteils 42 ist ausreichend. Man beachte, dass 11 ein viertes erläuterndes Schaubild zur Beschreibung der beispielhaften Funktionsweisen und Auswirkungen des Stromsensors 1 ist.
Wie oben beschrieben, ermöglicht es der Stromsensor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, den Einfluss eines magnetischen Flusses eines unerwünschten störenden Magnetfeldes aus der Umgebung auf den magnetischen Detektor 2 zu verringern, während der zu detektierende magnetische Fluss Bm den magnetischen Detektor 2 erreichen kann. Dadurch ist es möglich, den magnetischen Fluss Bm mit hoher Genauigkeit zu detektieren und die Größe des durch den Leiter 5 fließenden Stroms Im mit hoher Genauigkeit zu messen.
[Modifikationsbeispiel des ersten Ausführungsbeispiels]
[Modifikationsbeispiel 1-1]
12 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors 1A gemäß einem ersten Modifikationsbeispiel (Modifikationsbeispiel 1-1) des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. In dem Stromsensor 1 des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels, wie in 2A veranschaulicht, können beispielsweise die jeweiligen Breiten W41 und W42 des ersten Abschirmteils 41 und des zweiten Abschirmteils 42 der magnetischen Abschirmung 4 jeweils kleiner sein als die Breite W3 des Kernspalts CG des flusskonzentrierenden Kerns 3 (d.h. W41 < W3 und W42 < W3). Im Gegensatz dazu können bei dem Stromsensor 1A gemäß Modifikationsbeispiel 1-1, wie in 12 veranschaulicht, die jeweiligen Breiten W41 und W42 des ersten Abschirmteils 41 und des zweiten Abschirmteils 42 der magnetischen Abschirmung 4 jeweils größer sein als die Breite W3 des Kernspalts CG des flusskonzentrierenden Kerns 3 (d.h. W41 > W3 und W42 > W3). Somit können ein erstes Ende in der X-Achsenrichtung des ersten Abschirmteils 41 und ein erstes Ende in der X-Achsenrichtung des zweiten Abschirmteils 42 einen Abschnitt des vierten Kernteils 34 in der Y-Achsenrichtung überlappen, und ein zweites Ende in der X-Achsenrichtung des ersten Abschirmteils 41 und ein zweites Ende in der X-Achsenrichtung des zweiten Abschirmteils 42 können einen Abschnitt des fünften Kernteils 35 in der Y-Achsenrichtung überlappen. Der Stromsensor 1A kann eine Konfiguration haben, die im Wesentlichen der des Stromsensors 1 entspricht, mit Ausnahme des oben beschriebenen Unterschieds. Man beachte, dass die Breiten W41 und W42 jeweils z. B. auf einen Bereich von einschließlich 5 mm bis einschließlich 11 mm und die Breite W3 z. B. auf einen Bereich von einschließlich 4 mm bis einschließlich 10 mm eingestellt sein können.
Gemäß dem Stromsensor 1A des Modifikationsbeispiels 1-1 kann die Breite W41 des ersten Abschirmteils 41 und die Breite W42 des zweiten Abschirmteils 42 größer sein als die Breite W3 des Kernspalts CG. In diesem Fall kann verhindert werden, dass eine Komponente des magnetischen Störfeldes, wie z.B. die Magnetfeldkomponente Hx entlang der X-Achsenrichtung, den magnetischen Detektor 2 beeinträchtigt. Mit anderen Worten, es ist möglich, die Abschirmwirkung gegen die Magnetfeldkomponente Hx zu verstärken. Diese Konfiguration führt jedoch dazu, dass sich der magnetische Fluss Bm, der durch den magnetischen Detektor 2 in X-Achsenrichtung fließt, im Vergleich zu demjenigen im Stromsensor 1 gemäß dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel abschwächt.
[Modifikationsbeispiel 1-2]
13 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors 1B gemäß einem zweiten Modifikationsbeispiel (Modifikationsbeispiel 1-2) des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. In dem Stromsensor 1 des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels, wie in 2A veranschaulicht, kann beispielsweise die Breite W41 des ersten Abschirmteils 41 der magnetischen Abschirmung 4 im Wesentlichen gleich der Breite W42 des zweiten Abschirmteils 42 sein (d.h. W41 = W42). Im Gegensatz dazu kann bei dem Stromsensor 1B gemäß Modifikationsbeispiel 1-2, wie in 13 veranschaulicht, die Breite W42 des zweiten Abschirmteils 42 der magnetischen Abschirmung 4 größer sein als die Breite W41 des ersten Abschirmteils 41 (d.h., W41 < W42). Die Breite W42 des zweiten Abschirmteils 42 kann jedoch kleiner sein als die Breite W3 des Kernspalts CG des flusskonzentrierenden Kerns 3 (d. h. W42 < W3). In dieser Hinsicht ist der Stromsensor 1B der gleiche wie der Stromsensor 1. Ferner können die Breite W41 des ersten Abschirmteils 41 und die Breite W3 des Kernspalts CG im Stromsensor 1B im Wesentlichen die gleichen sein wie im Stromsensor 1. Man beachte, dass die Breite W42 z. B. auf einen Bereich von einschließlich 5 mm bis einschließlich 11 mm eingestellt sein kann. Der Stromsensor 1B kann im Wesentlichen eine gleiche Konfiguration wie der Stromsensor 1 haben, mit der Ausnahme, dass die Breite W42 des zweiten Abschirmteils 42 größer ist als die Breite W41 des ersten Abschirmteils 41.
Gemäß dem Stromsensor 1B des Modifikationsbeispiels 1-2 kann die Breite W42 des zweiten Abschirmteils 42 größer als die Breite W41 des ersten Abschirmteils 41 und kleiner als die Breite W3 des Kernspalts CG sein. Mit anderen Worten: W41 < W42 < W3 kann erfüllt sein. In diesem Fall ist es beispielsweise möglich, den Einfluss der Restmagnetisierungen auf den magnetischen Detektor 2 im Vergleich zum Stromsensor 1 und zum Stromsensor 1A weiter zu reduzieren.
[Modifikationsbeispiel 1-3]
14 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors 1C gemäß einem dritten Modifikationsbeispiel (Modifikationsbeispiel 1-3) des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. In dem Stromsensor 1 des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels, wie in 2A veranschaulicht, kann beispielsweise die Breite W41 des ersten Abschirmteils 41 der magnetischen Abschirmung 4 im Wesentlichen gleich der Breite W42 des zweiten Abschirmteils 42 sein (d.h. W41 = W42). Im Gegensatz dazu kann die Breite W41 des ersten Abschirmteils 41 der magnetischen Abschirmung 4 bei dem Stromsensor 1C gemäß Modifikationsbeispiel 1-3, wie in 14 veranschaulicht, größer sein als die Breite W42 des zweiten Abschirmteils 42 (d.h. W41 > W42). Die Breite W41 des ersten Abschirmteils 41 kann jedoch kleiner sein als die Breite W3 des Kernspalts CG des flusskonzentrierenden Kerns 3 (d. h. W41 < W3). In dieser Hinsicht ist der Stromsensor 1C der gleiche wie der Stromsensor 1. Ferner können die Breite W42 des zweiten Abschirmteils 42 und die Breite W3 des Kernspalts CG im Stromsensor 1C im Wesentlichen die gleichen sein wie im Stromsensor 1. Man beachte, dass die Breite W41 z. B. auf einen Bereich von einschließlich 5 mm bis einschließlich 11 mm eingestellt sein kann. Der Stromsensor 1C kann im Wesentlichen eine gleiche Konfiguration wie der Stromsensor 1 haben, mit der Ausnahme, dass die Breite W41 des ersten Abschirmteils 41 größer ist als die Breite W42 des zweiten Abschirmteils 42.
Gemäß dem Stromsensor 1C aus Modifikationsbeispiel 1-3 kann die Breite W41 des ersten Abschirmteils 41 größer als die Breite W42 des zweiten Abschirmteils 42 und kleiner als die Breite W3 des Kernspalts CG sein. Mit anderen Worten: W42 < W41 < W3 kann erfüllt sein. In diesem Fall ist es beispielsweise möglich, den Einfluss der Restmagnetisierungen auf den magnetischen Detektor 2 im Vergleich zu den Stromsensoren 1 und 1A weiter zu reduzieren. Außerdem kann im Vergleich zu den Stromsensoren 1 und 1B verhindert werden, dass eine Komponente des magnetischen Störfeldes, wie z. B. die Magnetfeldkomponente Hx in X-Achsenrichtung, den magnetischen Detektor 2 beeinträchtigt. Der Stromsensor 1A des Modifikationsbeispiels 1-1 hat jedoch eine höhere Abschirmwirkung gegen die Magnetfeldkomponente Hx als der Stromsensor 1C des Modifikationsbeispiels 1-3. Andererseits ist es im Stromsensor 1C des Modifikationsbeispiels 1-3 für den magnetischen Fluss Bm, der durch den magnetischen Detektor 2 fließt, schwieriger, sich abzuschwächen als im Stromsensor 1A des Modifikationsbeispiels 1-1.
[Modifikationsbeispiel 1-4]
15 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors 1D gemäß einem vierten Modifikationsbeispiel (Modifikationsbeispiel 1-4) des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. In dem Stromsensor 1C gemäß dem oben beschriebenen Modifikationsbeispiel 1-3 kann der zweite Abschirmteil 42 in Y-Achsenrichtung zwischen dem Kernspalt CG und dem Leiter 5 angeordnet sein. Im Gegensatz dazu kann bei dem Stromsensor 1D gemäß Modifikationsbeispiel 1-4 der zweite Abschirmteil 42 im Kernspalt CG angeordnet sein. Der Stromsensor 1D gemäß Modifikationsbeispiel 1-4 kann im Wesentlichen eine gleiche Konfiguration aufweisen wie der Stromsensor 1C gemäß Modifikationsbeispiel 1-3, mit der Ausnahme, dass der zweite Abschirmteil 42 im Kernspalt CG angeordnet ist.
Mit dem Stromsensor 1D des Modifikationsbeispiels 1-4 ist es im Vergleich zu den Stromsensoren 1 bis 1C beispielsweise möglich, den Einfluss der Restmagnetisierungen auf den Magnetdetektor 2 weiter zu reduzieren. Allerdings ist die Abschirmwirkung des Stromsensors 1D gegenüber der Magnetfeldkomponente Hx geringer als bei den Stromsensoren 1Aund 1C. Außerdem ist es im Stromsensor 1D für den magnetischen Fluss Bm, der durch den magnetischen Detektor 2 fließt, leichter, sich abzuschwächen als in den Stromsensoren 1, 1B und 1C.
[Modifikationsbeispiel 1-5]
16 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors 1E gemäß einem fünften Modifikationsbeispiel (Modifikationsbeispiel 1-5) des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. In dem Stromsensor 1D gemäß Modifikationsbeispiel 1-4 kann die Breite W41 des ersten Abschirmteils 41 größer als die Breite W42 des zweiten Abschirmteils 42 und kleiner als die Breite W3 des Kernspalts CG sein (d.h. W42 < W41 < W3). Im Gegensatz dazu kann die Breite W42 des zweiten Abschirmteils 42 der magnetischen Abschirmung 4 bei dem Stromsensor 1E gemäß Modifikationsbeispiel 1-5, wie in 16 veranschaulicht, größer sein als die Breite W41 des ersten Abschirmteils 41 und kleiner als die Breite W3 des Kernspalts CG (d.h. W41 < W42 < W3). Abgesehen von diesem Punkt ist der Stromsensor 1E gemäß Modifikationsbeispiel 1-5 im Wesentlichen gleich aufgebaut wie der Stromsensor 1D gemäß Modifikationsbeispiel 1-4.
Mit dem Stromsensor 1E des Modifikationsbeispiels 1-4 ist es im Vergleich zu den Stromsensoren 1 bis 1C beispielsweise möglich, den Einfluss der Restmagnetisierungen auf den Magnetdetektor 2 weiter zu reduzieren. Allerdings hat der Stromsensor 1E eine geringere Abschirmwirkung gegen die Magnetfeldkomponente Hx als die Stromsensoren 1A und 1C. Außerdem kann sich der magnetische Fluss Bm, der durch den magnetischen Detektor 2 fließt, im Stromsensor 1E leichter abschwächen als in den Stromsensoren 1, 1B und 1C.
[Modifikationsbeispiel 1-6]
17 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors 1F gemäß einem sechsten Modifikationsbeispiel (Modifikationsbeispiel 1-6) des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. Bei dem Stromsensor 1D gemäß dem oben beschriebenen Modifikationsbeispiel 1-4 kann der zweite Abschirmteil 42 im Kernspalt CG angeordnet sein. Im Gegensatz dazu kann bei dem Stromsensor 1F gemäß Modifikationsbeispiel 1-6 der erste Abschirmteil 41 im Kernspalt CG angeordnet sein. Der Stromsensor 1F gemäß Modifikationsbeispiel 1-6 kann im Wesentlichen eine gleiche Konfiguration aufweisen wie der Stromsensor 1D gemäß Modifikationsbeispiel 1-4, mit der Ausnahme, dass der erste Abschirmteil 41 im Kernspalt CG angeordnet ist.
Mit dem Stromsensor 1F des Modifikationsbeispiels 1-6 ist es beispielsweise im Vergleich zum Stromsensor 1D möglich, die Abschirmwirkung gegen die magnetische Feldkomponente Hx weiter zu verstärken und die Dämpfung des magnetischen Flusses Bm, der den magnetischen Detektor 2 durchläuft, weiter zu unterdrücken.
[Modifikationsbeispiel 1-7]
18 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors 1G gemäß einem siebten Modifikationsbeispiel (Modifikationsbeispiel 1-7) des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. In dem Stromsensor 1E gemäß dem oben beschriebenen Modifikationsbeispiel 1-5 kann der zweite Abschirmteil 42 in dem Kernspalt CG angeordnet sein. Im Gegensatz dazu kann bei dem Stromsensor 1G gemäß Modifikationsbeispiel 1-7 der erste Abschirmteil 41 im Kernspalt CG angeordnet sein. Der Stromsensor 1G gemäß Modifikationsbeispiel 1-7 kann im Wesentlichen eine gleiche Konfiguration aufweisen wie der Stromsensor 1E gemäß Modifikationsbeispiel 1-5, mit der Ausnahme, dass der erste Abschirmteil 41 im Kernspalt CG angeordnet ist.
Mit dem Stromsensor 1G des Modifikationsbeispiels 1-7 ist beispielsweise im Vergleich zum Stromsensor 1E möglich, die Abschirmwirkung gegen die magnetische Feldkomponente Hx weiter zu erhöhen und die Dämpfung des magnetischen Flusses Bm, der den magnetischen Detektor 2 durchläuft, weiter zu unterdrücken.
[Modifikationsbeispiel 1-8]
19 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Stromsensors 1H gemäß einem achten Modifikationsbeispiel (Modifikationsbeispiel 1-8) des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. Der Stromsensor 1 des ersten Ausführungsbeispiels kann die magnetische Abschirmung 4 enthalten, die sich vollständig um den magnetischen Detektor 2 herum in eine doughnutartige Form erstreckt. Im Gegensatz dazu kann der Stromsensor 1H gemäß Modifikationsbeispiel 1-8, wie in 19 veranschaulicht, eine magnetische Abschirmung 4A anstelle der magnetischen Abschirmung 4 aufweisen. Die magnetische Abschirmung 4A umfasst nicht den vierten Abschirmteil 44 von den ersten bis vierten Abschirmteilen 41 bis 44, so dass sie teilweise offen ist und in der YZ-Ebene eine U-Form aufweist. Auch in dem Stromsensor 1H gemäß Modifikationsbeispiel 1-8 ist es möglich, den Einfluss des magnetischen Störfeldes auf den magnetischen Detektor 2 durch das Vorhandensein der magnetischen Abschirmung 4A, die die ersten bis dritten Abschirmteile 41 bis 43 umfasst, zu reduzieren.
[Modifikationsbeispiel 1-9]
20 ist ein perspektivisches Schaubild, das das Aussehen eines Stromsensors 11 gemäß einem neunten Modifikationsbeispiel (Modifikationsbeispiel 1-9) des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels veranschaulicht. Der Stromsensor 1 des ersten Ausführungsbeispiels kann den flusskonzentrierenden Kern 3 enthalten, der die ersten bis fünften Kernteile 31 bis 35 umfasst, die den Leiter 5 umgeben. Im Gegensatz dazu kann der Stromsensor 11 gemäß Modifikationsbeispiel 1-9 einen flusskonzentrierenden Kern 3A anstelle des flusskonzentrierenden Kerns 3 enthalten. Wie in 20 veranschaulicht, enthält der flusskonzentrierende Kern 3A weder das vierte Kernteil 34 noch das fünfte Kernteil 35 von den ersten bis fünften Kernteilen 31 bis 35, so dass er teilweise offen ist und in der XY-Ebene eine U-Form aufweist. Der Stromsensor 1I gemäß Modifikationsbeispiel 1-9 umfasst auch die magnetische Abschirmung 4 und ermöglicht es somit, den Einfluss des magnetischen Störfeldes auf den magnetischen Detektor 2 zu reduzieren. Man beachte, dass der Stromsensor 1I anstelle der magnetischen Abschirmung 4 die in 19 veranschaulichte magnetische Abschirmung 4A enthalten kann.
[Modifikationsbeispiel 1-10]
21 ist ein perspektivisches Schaubild, das das Aussehen eines Stromsensors 1J gemäß einem zehnten Modifikationsbeispiel (Modifikationsbeispiel 1-10) des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels veranschaulicht. Der Stromsensor 1J gemäß dem Modifikationsbeispiel 1-10 kann einen weichmagnetischen Körper 3B anstelle des flusskonzentrierenden Kerns 3 enthalten. Der weichmagnetische Körper 3B kann zwei plattenförmige Elemente 36 und 37 umfassen, die sich entlang der XZ-Ebene erstrecken. Die plattenförmigen Teile 36 und 37 können jeweils ein weichmagnetisches Material als Hauptbestandteil enthalten. Die plattenförmigen Elemente 36 und 37 können einander gegenüberliegen, wobei die magnetische Abschirmung 4 und der magnetische Detektor 2 in Y-Achsenrichtung zwischen ihnen angeordnet sein können. Der Stromsensor 1J gemäß Modifikationsbeispiel 1-10 umfasst auch die magnetische Abschirmung 4 und ermöglicht es somit, den Einfluss des magnetischen Störfeldes auf den magnetischen Detektor 2 zu reduzieren. Man beachte, dass der Stromsensor 1J anstelle der magnetischen Abschirmung 4 auch die in 19 veranschaulichte magnetische Abschirmung 4A enthalten kann.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
[Konfiguration des Stromsensors 6]
Eine Konfiguration eines Stromsensors 6 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Technologie wird unter Bezugnahme auf die 22A und 22B beschrieben. 22A ist ein perspektivisches Schaubild, das ein Beispiel für eine Gesamtkonfiguration des Stromsensors 6 veranschaulicht. Der Stromsensor 6 umfasst beispielsweise einen magnetischen Detektor 7, einen flusskonzentrierenden Kern 8, eine magnetische Abschirmung 9 und einen Leiter 10 (siehe 22A).
[Leiter 10]
Der Leiter 10 kann einen ersten Abschnitt 11, einen zweiten Abschnitt 12, einen dritten Abschnitt 13, einen vierten Abschnitt 14 und einen fünften Abschnitt 15 umfassen, die z. B. in dieser Reihenfolge miteinander gekoppelt sind. Der Leiter 10 kann z. B. ein hoch elektrisch leitendes, nichtmagnetisches Material wie Kupfer (Cu) umfassen. Der erste Abschnitt 11, der dritte Abschnitt 13 und der fünfte Abschnitt 15 können sich z. B. jeweils entlang der XY-Ebene erstrecken. Der zweite Abschnitt 12 und der vierte Abschnitt 14 können sich jeweils entlang der XZ-Ebene erstrecken, um in Bezug auf den ersten Abschnitt 11, den dritten Abschnitt 13 und den fünften Abschnitt 15 aufrecht zu sein. Der zweite bis vierte Abschnitt 12 bis 14 können einen zurückgeklappten Abschnitt bilden.
Der zweite Abschnitt 12 kann einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel für einen „ersten Leiterabschnitt“ gemäß einer Ausführungsform der Technologie entsprechen. Der vierte Abschnitt 14 kann einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel für einen „zweiten Leiterabschnitt“ gemäß einer Ausführungsform der Technologie entsprechen.
[Magnetischer Detektor 7]
Der magnetische Detektor 7 kann in einem Raum angeordnet werden, der durch den aus den zweiten bis vierten Abschnitten 12 bis 14 des Leiters 10 gebildeten zurückgeklappten Abschnitt definiert ist. Mit anderen Worten, der magnetische Detektor 7 kann in einem Raum angeordnet werden, der von den zweiten bis vierten Abschnitten 12 bis 14 umgeben ist. Der magnetische Detektor 7 kann im Wesentlichen eine gleiche Konfiguration haben wie der magnetische Detektor 2, der in dem vorangehenden ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
[Magnetische Abschirmung 9]
Die magnetische Abschirmung 9 kann ein magnetisches Abschirmelement sein, das den magnetischen Detektor 7 entlang der YZ-Ebene umgibt. Das heißt, die magnetische Abschirmung 9 kann ein weichmagnetischer Körper sein, der den Einfluss eines unerwünschten Magnetfeldes (Magnetflusses) von außen, das nicht der zu detektierende Magnetfluss Bm ist, auf den magnetischen Detektor 7 abschwächt.
Die magnetische Abschirmung 9 kann in dem Raum angeordnet werden, der von den zweiten bis vierten Abschnitten 12 bis 14 des Leiters 10 umgeben ist. Die magnetische Abschirmung 9 kann in dem Raum angeordnet sein, der weiterhin von dem flusskonzentrierenden Kern 8 umgeben ist. 22B ist ein ebenes Schaubild entlang der YZ-Ebene, das ein Konfigurationsbeispiel der magnetischen Abschirmung 9 des in 22A veranschaulichten Stromsensors 6 veranschaulicht. Die magnetische Abschirmung 9 kann eine Konfiguration aufweisen, die im Wesentlichen derjenigen der magnetischen Abschirmung 4 entspricht, die in dem vorangehenden ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. In einem Beispiel, wie in 22B veranschaulicht, kann die magnetische Abschirmung 9 den magnetischen Detektor 7 entlang der YZ-Ebene orthogonal zur X-Achsenrichtung umgeben und somit insgesamt eine doughnutartige Form aufweisen. Man beachte, dass „den Magnetdetektor 7 umgeben“ konzeptionell nicht nur eine Konfiguration umfasst, in der sich die magnetische Abschirmung 9 vollständig um den Magnetdetektor 7 herum in eine doughnutartige Form erstreckt, sondern auch eine Konfiguration, in der sich die magnetische Abschirmung 9 teilweise um den Magnetdetektor 7 herum in eine teilweise ausgeschnittene doughnutartige Form erstreckt. Die magnetische Abschirmung 9 kann sowohl von dem Leiter 10 als auch von dem magnetischen Detektor 7 beabstandet sein, wobei sie weder mit dem Leiter 10 noch mit dem magnetischen Detektor 7 physisch in Kontakt ist.
Die magnetische Abschirmung 9 kann zum Beispiel einen ersten Abschirmteil 91, einen zweiten Abschirmteil 92, einen dritten Abschirmteil 93 und einen vierten Abschirmteil 94 umfassen. Der erste Abschirmteil 91 und der zweite Abschirmteil 92 können sich jeweils entlang der XY-Ebene erstrecken, die die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung umfasst. Der dritte Abschirmteil 93 und der vierte Abschirmteil 94 können sich jeweils beispielsweise in Z-Achsenrichtung erstrecken, in der sich der zweite Abschnitt 12 und der vierte Abschnitt 14 des Leiters 10 erstrecken können. Der erste Abschirmteil 91 und der zweite Abschirmteil 92 können in der Z-Achsenrichtung einander gegenüberliegen. Der erste Abschirmteil 91 kann beispielsweise in Z-Achsenrichtung zwischen dem dritten Abschnitt 13 des Leiters 10 und dem magnetischen Detektor 7 angeordnet sein. Der zweite Abschirmteil 92 kann auf einer Seite angeordnet sein, die vom magnetischen Detektor 7 aus gesehen dem dritten Abschnitt 13 des Leiters 10 gegenüberliegt. Ferner kann der Magnetdetektor 7 so angeordnet sein, dass er in der Z-Achsenrichtung orthogonal zur XY-Ebene betrachtet sowohl den ersten Abschirmteil 91 als auch den zweiten Abschirmteil 92 überlappt. Der dritte Abschirmungsteil 93 und der vierte Abschirmungsteil 94 können in der Y-Achsenrichtung einander gegenüberliegen. Der dritte Abschirmteil 93 kann vorgesehen sein, um ein erstes Ende 911 in Y-Achsenrichtung des ersten Abschirmteils 91 und ein erstes Ende 921 in Y-Achsenrichtung des zweiten Abschirmteils 92 magnetisch miteinander zu koppeln. Der vierte Abschirmteil 94 kann vorgesehen sein, um ein zweites Ende 912 in Y-Achsenrichtung des ersten Abschirmteils 91, das dem ersten Ende 911 gegenüberliegt, und ein zweites Ende 922 in Y-Achsenrichtung des zweiten Abschirmteils 92, das dem ersten Ende 921 gegenüberliegt, magnetisch miteinander zu koppeln. 22B veranschaulicht ein Fallbeispiel, bei dem jeder des ersten Abschirmteils 91, des zweiten Abschirmteils 92, des dritten Abschirmteils 93 und des vierten Abschirmteils 94 so mit benachbarten Abschirmteilen gekoppelt ist, dass sie in physischem Kontakt damit stehen; die Ausführungsformen der Technologie sind jedoch nicht auf ein solches Beispiel beschränkt. Beispielsweise muss sich jeder des ersten Abschirmteils 91, des zweiten Abschirmteils 92, des dritten Abschirmteils 93 und des vierten Abschirmteils 94 nur in einem Zustand befinden, in dem er magnetisch mit benachbarten Abschirmteilen gekoppelt ist, und muss nicht notwendigerweise in physischem Kontakt mit ihnen stehen. Der hier beschriebene Zustand der magnetischen Kopplung mit benachbarten Abschirmteilen bezieht sich auf einen Zustand, in dem sie in einer solchen Nähe zu benachbarten Abschirmteilen angeordnet sind, dass sie beispielsweise einen Abstand von 0,05 mm oder weniger zu jedem benachbarten Abschirmteil haben. Wenn zwei Abschirmteile, die magnetisch miteinander gekoppelt werden sollen, in einem Abstand von beispielsweise 0,1 mm oder mehr voneinander angeordnet sind, sind die beiden Abschirmteile magnetisch voneinander getrennt, was zu einer Verringerung der magnetischen Abschirmwirkung führt.
Die magnetische Abschirmung 9 kann einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel für einen „ersten weichmagnetischen Körper“ gemäß einer Ausführungsform der Technologie entsprechen. Der erste Abschirmteil 91 kann einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel eines „ersten Abschnitts“ gemäß einer Ausführungsform der Technologie entsprechen. Der zweite Abschirmteil 92 kann einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel eines „zweiten Abschnitts“ gemäß einer Ausführungsform der Technologie entsprechen. Der dritte Abschirmteil 93 kann einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel eines „dritten Abschnitts“ gemäß einer Ausführungsform der Technologie entsprechen. Der vierte Abschirmteil 94 kann einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel eines „vierten Abschnitts“ gemäß einer Ausführungsform der Technologie entsprechen.
[Flusskonzentrierender Kern 8]
Der flusskonzentrierende Kern 8 kann ein weichmagnetischer Körper sein, der den magnetischen Fluss Bm so konzentriert, dass der magnetische Fluss Bm durch ihn hindurchtreten kann. Der flusskonzentrierende Kern 8 kann beispielsweise so vorgesehen sein, dass er den magnetischen Detektor 7, die magnetische Abschirmung 9 und die zweiten und vierten Abschnitte 12 und 14 des Leiters 10 entlang der XZ-Ebene orthogonal zur Y-Achsenrichtung umgibt. Der flusskonzentrierende Kern 8 kann im Wesentlichen das gleiche Material wie das des flusskonzentrierenden Kerns 3 enthalten, der in der vorangehenden ersten Beispielsausführung beschrieben ist.
Der flusskonzentrierende Kern 8 kann einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel für einen „zweiten weichmagnetischen Körper“ gemäß einer Ausführungsform der Technologie entsprechen.
Der flusskonzentrierende Kern 8 und die magnetische Abschirmung 9 können z.B. jeweils ein weichmagnetisches Material wie Siliziumstahl, elektromagnetischen Stahl, Reineisen (SUY) oder Permalloy als Hauptbestandteil enthalten. Für den flusskonzentrierenden Kern 8 ist es einfacher, durch das Anlegen des magnetischen Flusses Bm magnetisiert zu werden als für die magnetische Abschirmung 9. Daher kann in einem Beispiel ein Material mit relativ geringer Restmagnetisierung, wie FeSi oder Permalloy, für den flusskonzentrierenden Kern 8 verwendet sein. Im Gegensatz dazu ist es für die magnetische Abschirmung 9 schwieriger, mit dem magnetischen Fluss Bm magnetisiert zu werden als für den flusskonzentrierenden Kern 8. Daher kann für die magnetische Abschirmung 9 ein Material verwendet werden, das eine relativ hohe Restmagnetisierung aufweist, wie z. B. reines Eisen.
In einem Beispiel kann das Material der magnetischen Abschirmung 9 einen höheren Kernverlust aufweisen als das Material des flusskonzentrierenden Kerns 8.
[Beispiel für Funktionsweisen und Auswirkungen des Stromsensors 6]
23 veranschaulicht in einer -Z-Richtung gesehen einen Querschnitt entlang der XY-Ebene des Stromsensors 6. Wenn im Stromsensor 6 ein Strom Im durch den zweiten Abschnitt 12 des Leiters 10 in der +Z-Richtung fließt, wird ein magnetischer Fluss Bm1 um den zweiten Abschnitt 12 erzeugt. Der magnetische Fluss Bm1 wird an den magnetischen Detektor 7 in der -X-Richtung entlang der X-Achsenrichtung angelegt. Der Strom Im fließt vom zweiten Abschnitt 12 durch den dritten Abschnitt 13, um in der Richtung -Z durch den vierten Abschnitt 14 zu fließen. Infolgedessen wird ein magnetischer Fluss Bm2 um den vierten Abschnitt 14 erzeugt. Der magnetische Fluss Bm2 wird an den magnetischen Detektor 7 in der -X-Richtung entlang der X-Achsenrichtung angelegt. Daher werden in der Nähe des magnetischen Detektors 7 der magnetische Fluss Bm1 und der magnetische Fluss Bm2 zu einem magnetischen Fluss hoher Dichte Bm kombiniert, und der magnetische Fluss Bm wird an den magnetischen Detektor 7 angelegt. Gemäß des Stromsensors 6 ist es daher möglich, einen Stromwert mit hoher Empfindlichkeit zu detektieren, selbst wenn der Strom Im relativ schwach ist.
Gemäß des Stromsensors 6 ist die magnetische Abschirmung 9 vorgesehen, um den magnetischen Detektor 7 zu umgeben. Dadurch wird der Einfluss des magnetischen Flusses eines unerwünschten störenden Magnetfeldes aus der Umgebung auf den magnetischen Detektor 7 abgeschwächt. Der Stromsensor 6 ermöglicht es somit, den magnetischen Fluss Bm mit hoher Genauigkeit zu detektieren und die Größe des durch den Leiter 10 fließenden Stroms Im mit hoher Genauigkeit zu messen.
[Modifikationsbeispiel 2-1]
24 ist ein perspektivisches Schaubild, das das Aussehen eines Stromsensors 6A gemäß einem ersten Modifikationsbeispiel (Modifikationsbeispiel 2-1) des oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels veranschaulicht. Der Stromsensor 6 des oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels kann die magnetische Abschirmung 9 enthalten, die sich vollständig um den magnetischen Detektor 7 herum in eine doughnutartige Form erstreckt. Im Gegensatz dazu kann der Stromsensor 6A gemäß Modifikationsbeispiel 2-1, wie in 24 veranschaulicht, eine magnetische Abschirmung 9A anstelle der magnetischen Abschirmung 9 aufweisen. Die magnetische Abschirmung 9A kann in einer doughnutartigen Form mit einem ausgeschnittenen Abschnitt K9A sein, der folglich teilweise offen ist, um in der YZ-Ebene eine U-Form aufzuweisen. Im Stromsensor 6A gemäß Modifikationsbeispiel 2-1 ermöglicht das Vorhandensein der magnetischen Abschirmung 9A eine Verringerung des Einflusses des magnetischen Störfeldes auf den magnetischen Detektor 7 im Vergleich zu einem Fall, in dem die magnetische Abschirmung 9A nicht vorgesehen ist.
[3. drittes Ausführungsbeispiel]
25 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines elektrischen Steuergeräts 110 mit einem Stromsensor 111 und anderen Komponenten veranschaulicht. Jeder der Stromsensoren 1, 1A bis 1J, 6 und 6A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, den Modifikationsbeispielen davon, dem zweiten Ausführungsbeispiel und dem Modifikationsbeispiel davon ist als der in 25 veranschaulichte Stromsensor 111 an das elektrische Steuergerät 110 montierbar.
Das elektrische Steuergerät 110 umfasst den Stromsensor 111 wie oben beschrieben und kann außerdem eine Stromversorgungseinheit 112 und eine Steuerschaltung 113 umfassen. Der Stromsensor 111 kann so konfiguriert sein, dass er einen Strom misst, der von der Stromversorgungseinheit 112 ausgegeben oder in diese eingegeben wird. Daten, die sich auf einen von dem Stromsensor 111 gemessenen Stromwert beziehen, können an die Steuerschaltung 113 übertragen werden. Die Steuerschaltung 113 kann z. B. einen Betrieb des Stromsensors 111 und einen Betrieb der Stromversorgungseinheit 112 steuern. Die Steuerschaltung 113 kann z. B. einen Ausgangsstrom von der Stromversorgungseinheit 112 auf der Grundlage der Daten des Stromsensors 111 einstellen. Jeder der in den vorstehenden Ausführungsbeispielen und Modifikationsbeispielen beschriebenen Stromsensoren 1, 1A bis 1J, 6 und 6A ist auf den Stromsensor 111 anwendbar. Beispiele für das elektrische Steuergerät gemäß einer Ausführungsform der Technologie umfassen, ohne Einschränkung, ein Batteriemanagementsystem, einen Inverter und einen Konverter für Fahrzeuge, einschließlich eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (HEV) und eines Elektrofahrzeugs (EV).
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele und Modifikationsbeispiele sollen das Verständnis der Technologie erleichtern und sind nicht dazu gedacht, die Technologie einzuschränken. Jedes in den vorstehenden Ausführungsbeispielen und Modifikationsbeispielen offengelegte Element ist daher so auszulegen, dass es alle Konstruktionsänderungen und Äquivalente umfasst, die in den technischen Anwendungsbereich der Technologie fallen. Mit anderen Worten, die Technologie ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele und Modifikationsbeispiele beschränkt und kann auf vielfältige Weise modifiziert werden.
Die Technologie umfasst jede mögliche Kombination einiger oder aller der verschiedenen Ausführungsformen und der hierin beschriebenen und hierin integrierten Modifikationen.
Es ist möglich, mindestens die folgenden Konfigurationen aus den vorstehenden Ausführungsformen und Modifikationsbeispielen der Technologie zu erreichen.
(1)
Ein Stromsensor umfassend:

einen magnetischen Detektor, der so konfiguriert ist, dass er einem magnetischen Fluss ausgesetzt wird, der erzeugt werden soll, wenn ein Strom durch einen Leiter entlang einer ersten Achsenrichtung fließt, der magnetische Fluss in einer zweiten Achsenrichtung verläuft; und
einen ersten weichmagnetischen Körper mit einem ersten Abschnitt, einem zweiten Abschnitt, der zwischen dem Leiter und dem ersten Abschnitt angeordnet ist, und einem dritten Abschnitt, der den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt magnetisch miteinander koppelt, der erste weichmagnetische Körper sowohl von dem Leiter als auch von dem magnetischen Detektor beabstandet ist, wobei der erste Abschnitt, der zweite Abschnitt und der dritte Abschnitt den magnetischen Detektor entlang einer ersten Ebene orthogonal zu der zweiten Achsenrichtung umgeben.

(2)
Der Stromsensor nach (1), bei dem sich der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt jeweils entlang einer zweiten Ebene erstrecken, die die erste Achsenrichtung und die zweite Achsenrichtung umfasst.
(3)
Der Stromsensor nach (2), bei dem sich der dritte Abschnitt in einer dritten Achsenrichtung im Wesentlichen orthogonal zur zweiten Ebene erstreckt.
(4)
Der Stromsensor nach einem der Punkte (1) bis (3), bei dem der magnetische Detektor so angeordnet ist, dass er sowohl den ersten als auch den zweiten Abschnitt überlappt, gesehen in einer dritten Achsenrichtung, die im Wesentlichen orthogonal zu einer zweiten Ebene verläuft, die die erste Achsenrichtung und die zweite Achsenrichtung umfasst.
(5)
Der Stromsensor nach einem der Punkte (1) bis (4), bei dem
der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt jeweils ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen, die in der ersten Achsenrichtung einander gegenüberliegen, und
der dritte Abschnitt vorgesehen ist, um das erste Ende des ersten Abschnitts und das erste Ende des zweiten Abschnitts magnetisch miteinander zu koppeln.
(6)
Der Stromsensor gemäß (5), bei dem der erste weichmagnetische Körper ferner einen vierten Abschnitt aufweist, der dem dritten Abschnitt in der ersten Achsenrichtung gegenüberliegt und dazu vorgesehen ist, das zweite Ende des ersten Abschnitts und das zweite Ende des zweiten Abschnitts magnetisch miteinander zu koppeln.
(7)
Der Stromsensor nach einem der Punkte (1) bis (6), der außerdem einen zweiten weichmagnetischen Körper aufweist, der den Leiter entlang einer dritten Ebene orthogonal zur ersten Achsenrichtung umgibt.
(8)
Der Stromsensor nach (7), bei dem
der zweite weichmagnetische Körper eine erste Endfläche und eine zweite Endfläche aufweist, die in der zweiten Achsenrichtung voneinander beabstandet und einander gegenüberliegend sind, und
der magnetische Detektor in einem Raum zwischen der ersten Endfläche und der zweiten Endfläche angeordnet ist.
(9)
Der Stromsensor gemäß (7) oder (8), bei dem der erste weichmagnetische Körper ein erstes Material als Hauptbestandteil enthält und der zweite weichmagnetische Körper ein zweites Material als Hauptbestandteil enthält, wobei das erste Material einen höheren Kernverlust aufweist als das zweite Material.
(10)
Ein Stromsensor umfassend:

einen Leiter mit einem ersten Leiterabschnitt und einem zweiten Leiterabschnitt, die sich jeweils in einer ersten Achsenrichtung erstrecken, wobei der erste Leiterabschnitt so konfiguriert ist, dass er einen ersten magnetischen Fluss in einer zweiten Achsenrichtung erzeugt, wenn ein Strom in einer ersten Richtung durch ihn hindurchfließt, und der zweite Leiterabschnitt so konfiguriert ist, dass er einen zweiten magnetischen Fluss in der zweiten Achsenrichtung erzeugt, wenn der Strom in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung durch ihn hindurchfließt,
einen magnetischen Detektor, der so konfiguriert ist, dass er dem ersten magnetischen Fluss und dem zweiten magnetischen Fluss ausgesetzt ist;

(11)
Der Stromsensor gemäß (10), bei dem der magnetische Detektor so angeordnet ist, dass er in der ersten Achsenrichtung gesehen sowohl den ersten als auch den zweiten Abschnitt überlappt.
(12)
Der Stromsensor nach (10) oder (11), wobei sich der dritte Abschnitt in der ersten Achsenrichtung erstreckt.
(13)
Der Stromsensor nach einem der Punkte (10) bis (12), bei dem
der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt jeweils ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen, die einander in einer dritten Achsenrichtung im Wesentlichen orthogonal zu einer zweiten Ebene, die die erste Achsenrichtung und die zweite Achsenrichtung umfasst, gegenüberliegen, und
der dritte Abschnitt vorgesehen ist, um das erste Ende des ersten Abschnitts und das erste Ende des zweiten Abschnitts magnetisch miteinander zu koppeln.
(14)
Der Stromsensor gemäß (13), bei dem der erste weichmagnetische Körper ferner einen vierten Abschnitt aufweist, der dem dritten Abschnitt in der ersten Achsenrichtung gegenüberliegt und dazu vorgesehen ist, das zweite Ende des ersten Abschnitts und das zweite Ende des zweiten Abschnitts magnetisch miteinander zu koppeln.
(15)
Der Stromsensor nach einem der Punkte (10) bis (14), bei dem der erste weichmagnetische Körper in einem Raum angeordnet ist, der von dem zweiten weichmagnetischen Körper umgeben ist.
(16)
Stromsensor nach einem der Punkte (10) bis (15), bei dem der erste weichmagnetische Körper ein erstes Material als Hauptbestandteil enthält und der zweite weichmagnetische Körper ein zweites Material als Hauptbestandteil enthält, wobei das erste Material einen höheren Kernverlust aufweist als das zweite Material.
(17)
Stromsensor nach einem der Punkte (1) bis (16), bei dem der magnetische Detektor ein magnetoresistives Element oder ein Hall-Element enthält.
(18)
Der Stromsensor nach (17), bei dem das magnetoresistive Element ein riesenmagnetoresistives Element oder ein magnetoresistives Tunnelelement umfasst.
(19)
Ein elektrisches Steuergerät mit dem Stromsensor nach einem der Punkte (1) bis (18).
Mit dem Stromsensor aus mindestens einer Ausführungsform der Technologie und dem elektrischen Steuergerät, das einen solchen aus mindestens einer Ausführungsform der Technologie enthält, ist es möglich, den Einfluss des magnetischen Störfeldes auf den Magnetdetektor zu reduzieren und eine hohe Messgenauigkeit zu erreichen.
Es versteht sich von selbst, dass die Wirkungen der Ausführungsformen oder Modifikationsbeispiele der Technologie nicht auf die hier beschriebenen beschränkt sind und auch andere Wirkungen erzielt werden können.
Obwohl die Technologie oben anhand von Ausführungsbeispielen und Modifikationsbeispielen beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt. Es sollte anerkannt werden, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele und Modifikationsbeispiele von Fachleuten abgewandelt werden können, ohne dass der Umfang der Offenbarung, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert ist, verlassen wird. Die Einschränkungen in den Ansprüchen sind auf der Grundlage der in den Ansprüchen verwendeten Sprache weit auszulegen und nicht auf die in dieser Beschreibung oder während der Verfolgung der Anmeldung beschriebenen Beispiele beschränkt, und die Beispiele sind als nicht ausschließlich zu verstehen. Die Verwendung der Begriffe „erster“, „zweiter“ usw. steht nicht für eine bestimmte Reihenfolge oder Bedeutung, sondern die Begriffe „erster“, „zweiter“ usw. werden verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Der Begriff „im Wesentlichen“ und seine verwendeten Varianten sind so definiert, dass sie weitgehend, aber nicht notwendigerweise vollständig dem entsprechen, was von einem Fachmann verstanden wird. Der Begriff „angeordnet auf/vorgesehen auf/geformt auf“ und seine hierin verwendeten Varianten beziehen sich auf Elemente, die direkt miteinander in Kontakt stehen oder indirekt miteinander in Kontakt stehen indem sie dazwischenliegende Strukturen aufweisen. Darüber hinaus ist kein Element oder Bauteil in dieser Offenbarung dazu bestimmt, der Öffentlichkeit gewidmet zu werden, unabhängig davon, ob das Element oder Bauteil in den folgenden Ansprüchen ausdrücklich erwähnt wird.

Claims

Ein Stromsensor (1) aufweisend: einen magnetischen Detektor (2), der so konfiguriert ist, dass er einem magnetischen Fluss (Bm) ausgesetzt ist, der erzeugt wird, wenn ein Strom (Im) durch einen Leiter (5) entlang einer ersten Achsenrichtung (Z-Achse) fließt, wobei der magnetische Fluss (Bm) in einer zweiten Achsenrichtung (X-Achse) verläuft; und einen ersten weichmagnetischen Körper (4) mit einem ersten Abschnitt (41), einem zweiten Abschnitt (42), der zwischen dem Leiter (5) und dem ersten Abschnitt (41) angeordnet ist, und einem dritten Abschnitt (43), der den ersten Abschnitt (41) und den zweiten Abschnitt (42) magnetisch miteinander koppelt, wobei der erste weichmagnetische Körper (4) sowohl von dem Leiter (5) als auch von dem magnetischen Detektor (2) beabstandet ist, wobei der erste Abschnitt (41), der zweite Abschnitt (42) und der dritte Abschnitt (43) den magnetischen Detektor (2) entlang einer ersten Ebene (YZ) orthogonal zu der zweiten Achsenrichtung (X-Achse) umgeben.
Der Stromsensor (1) nach Anspruch 1, wobei sich der erste Abschnitt (41) und der zweite Abschnitt (42) jeweils entlang einer zweiten Ebene (XZ) erstrecken, die die erste Achsenrichtung (Z-Achse) und die zweite Achsenrichtung (X-Achse) umfasst.
Der Stromsensor (1) nach Anspruch 2, wobei sich der dritte Abschnitt (43) in Richtung einer dritten Achsenrichtung (Y-Achse) im Wesentlichen orthogonal zur zweiten Ebene (XZ) erstreckt.
Der Stromsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der magnetische Detektor (2) so angeordnet ist, dass er gesehen in einer dritten Achsenrichtung (Y-Achse) im Wesentlichen orthogonal zu einer zweiten Ebene (XZ), die die erste Achsenrichtung (Z-Achse) und die zweite Achsenrichtung (X-Achse) einschließt, sowohl den ersten Abschnitt (41) als auch den zweiten Abschnitt (42) überlappt.
Der Stromsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Abschnitt (41) und der zweite Abschnitt (42) jeweils ein erstes Ende (411, 421) und ein zweites Ende (412, 422) aufweisen, die einander in der ersten Achsenrichtung (Z-Achse) gegenüberliegen, und der dritte Abschnitt (43) vorgesehen ist, um das erste Ende (411) des ersten Abschnitts (41) und das erste Ende (421) des zweiten Abschnitts (42) magnetisch miteinander zu koppeln.
Der Stromsensor (1) nach Anspruch 5, wobei der erste weichmagnetische Körper (4) ferner einen vierten Abschnitt (44) aufweist, der dem dritten Abschnitt (43) in der ersten Achsenrichtung (Z-Achse) gegenüberliegt und vorgesehen ist, um das zweite Ende (412) des ersten Abschnitts (41) und das zweite Ende (422) des zweiten Abschnitts (42) magnetisch miteinander zu koppeln.
Der Stromsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der ferner einen zweiten weichmagnetischen Körper (3) aufweist, der den Leiter (5) entlang einer dritten Ebene (XY) orthogonal zur ersten Achsenrichtung (Z-Achse) umgibt.
Der Stromsensor (1) nach Anspruch 7, wobei der zweite weichmagnetische Körper (3) eine erste Endfläche (3T1) und eine zweite Endfläche (3T2) aufweist, die in der zweiten Achsenrichtung (X-Achse) voneinander beabstandet und einander gegenüberliegend sind, und der magnetische Detektor (2) in einem Raum zwischen der ersten Endfläche (3T1) und der zweiten Endfläche (3T2) angeordnet ist.
Der Stromsensor (1) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der erste weichmagnetische Körper (4) ein erstes Material als Hauptbestandteil enthält und der zweite weichmagnetische Körper (3) ein zweites Material als Hauptbestandteil enthält, wobei das erste Material einen höheren Kernverlust aufweist als das zweite Material.
Ein Stromsensor (6) aufweisend: einen Leiter (10) mit einem ersten Leiterabschnitt (12) und einem zweiten Leiterabschnitt (14), die sich jeweils in einer ersten Achsenrichtung (Z-Achse) erstrecken, wobei der erste Leiterabschnitt (12) so konfiguriert ist, dass er einen ersten magnetischen Fluss (Bm1) in einer zweiten Achsenrichtung (X-Achse) erzeugt, wenn ein Strom in einer ersten Richtung (+Z) durch ihn hindurchfließt, der zweite Leiterabschnitt (14) so konfiguriert ist, dass er einen zweiten magnetischen Fluss (Bm2) in der zweiten Achsenrichtung (X-Achse) erzeugt, wenn der Strom durch ihn in einer zweiten Richtung (-Z) fließt, die der ersten Richtung (+Z) entgegengesetzt ist; einen magnetischen Detektor (7), der so konfiguriert ist, dass er dem ersten magnetischen Fluss (Bm1) und dem zweiten magnetischen Fluss (Bm2) ausgesetzt ist; einen ersten weichmagnetischen Körper (9) mit einem ersten Abschnitt (91), einem zweiten Abschnitt (92), der dem ersten Abschnitt (91) in der ersten Achsenrichtung (Z-Achse) gegenüberliegt, und einem dritten Abschnitt (93), der den ersten Abschnitt (91) und den zweiten Abschnitt (92) magnetisch miteinander koppelt, wobei der erste weichmagnetische Körper (9) sowohl von dem Leiter (10) als auch von dem magnetischen Detektor (7) beabstandet ist, wobei der erste Abschnitt (91), der zweite Abschnitt (92) und der dritte Abschnitt (93) den magnetischen Detektor (7) entlang einer ersten Ebene (YZ) orthogonal zu der zweiten Achsenrichtung (X-Achse) umgeben; und einen zweiten weichmagnetischen Körper (8), der den magnetischen Detektor (7), den ersten Leiterabschnitt (12) und den zweiten Leiterabschnitt (14) entlang einer dritten Ebene (XY) orthogonal zur ersten Achsenrichtung (Z-Achse) umgibt.
Der Stromsensor (6) nach Anspruch 10, wobei der magnetische Detektor (7) so angeordnet ist, dass er in der ersten Achsenrichtung (Z-Achse) gesehen sowohl den ersten Abschnitt (91) als auch den zweiten Abschnitt (92) überlappt.
Der Stromsensor (6) nach Anspruch 10 oder 11, wobei sich der dritte Abschnitt (93) in der ersten Achsenrichtung (Z-Achse) erstreckt.
Der Stromsensor (6) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der erste Abschnitt (91) und der zweite Abschnitt (92) jeweils ein erstes Ende (911, 921) und ein zweites Ende (912, 922) aufweisen, die einander in einer dritten Achsenrichtung (Y-Achse) im Wesentlichen orthogonal zu einer zweiten Ebene (XZ), die die erste Achsenrichtung (Z-Achse) und die zweite Achsenrichtung (X-Achse) enthält, gegenüberliegen, und der dritte Abschnitt (93) vorgesehen ist, um das erste Ende (911) des ersten Abschnitts (91) und das erste Ende (921) des zweiten Abschnitts (92) magnetisch miteinander zu koppeln.
Der Stromsensor (6) nach Anspruch 13, wobei der erste weichmagnetische Körper (9) ferner einen vierten Abschnitt (94) aufweist, der dem dritten Abschnitt (93) in der ersten Achsenrichtung (Z-Achse) gegenüberliegt und dazu vorgesehen ist, das zweite Ende (912) des ersten Abschnitts (91) und das zweite Ende (922) des zweiten Abschnitts (92) magnetisch miteinander zu koppeln.
Der Stromsensor (6) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der erste weichmagnetische Körper (9) in einem Raum angeordnet ist, der von dem zweiten weichmagnetischen Körper (8) umgeben ist.
Der Stromsensor (6) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei der erste weichmagnetische Körper (9) ein erstes Material als Hauptbestandteil enthält und der zweite weichmagnetische Körper (8) ein zweites Material als Hauptbestandteil enthält, wobei das erste Material einen höheren Kernverlust aufweist als das zweite Material.
Der Stromsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der magnetische Detektor (2, 7) ein magnetoresistives Element oder ein Hall-Element enthält.
Der Stromsensor (1) nach Anspruch 17, wobei das magnetoresistive Element ein riesenmagnetoresistives Element oder ein magnetoresistives Tunnelelement umfasst.
Ein elektrisches Steuergerät (110), das den Stromsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 enthält.