DE112011100109B4

DE112011100109B4 - Leiter, an dem ein Stromermittlungskopf befestigt ist, und bei dessen Herstellung benutzer Stromermittlungskopf

Info

Publication number: DE112011100109B4
Application number: DE112011100109.6T
Authority: DE
Inventors: Yusuke Seo
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2017-11-23
Anticipated expiration: 2031-08-10
Also published as: WO2013021462A1; CN103038647B; JP5598538B2; US20130063128A1; DE112011100109T8; JPWO2013021462A1; DE112011100109T5; CN103038647A; US8947072B2

Abstract

Vorgesehen ist eine Technik zur Massenfertigung eines Leiters, an dem ein Stromermittlungskopf fixiert ist, der den Strom ermittelt, der im Leiter fließt, und bei dem das Verhältnis zwischen dem Ermittlungswert und dem Stromwert stabilisiert ist. Der Kopf umfaßt eine Linse, ein magnetooptisches Element, einen Leiter und ein Befestigungselement, und die Linse, das magnetooptische Element und der Leiter sind jeweils am Befestigungselement fixiert. Ein optisches System ist unter Verwendung des Stromermittlungskopfs derart ausgebildet, daß Licht durch die Linse zum magnetooptischen Element und vom magnetooptischen Element durch einen magnetooptischen Effekt beeinflußtes Licht zur Linse geführt wird. Alle zur Stromermittlung beitragenden Elemente sind am Befestigungselement fixiert, und deshalb sind die jeweiligen Positionsbeziehungen aller zur Stromermittlung beitragenden Elemente eindeutig festgelegt, was die Leiter befähigt, mit geringen Veränderungen der Stromermittlungscharakteristika in Massen gefertigt zu werden. Ein positionierendes Gebilde zur Festlegung der Positionsbeziehung zwischen dem Befestigungselement und dem Leiter kann vorab zwischen ihnen ausgebildet werden und der positionierte Stromermittlungskopf und der Leiter können fixiert werden, um den Leiter zu erhalten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Wertes eines in einem Leiter fließenden Stroms.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Um den Wert eines Stroms festzustellen, der in einem Leiter fließt, wurden Techniken entwickelt, die magnetooptische Effekte nutzen. Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP S60-202365 A offenbart eine Stromermittlungsvorrichtung, bei der ein magnetooptisches Element an einer Außenfläche eines Leiters befestigt ist, eine Glasfaser-Eingangsleitung das magnetooptische Element und eine Lichtquelle verbindet, und eine Glasfaser-Ausgangsleitung das magnetooptische Element und eine lichtempfangende Vorrichtung verbindet. Bei der Technik gemäß der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. JP S60-202365 A wird die Intensität des der lichtempfangenden Vorrichtung zugeführten Lichts gemessen. Wenn im Leiter ein Strom fließt, wirkt ein Magnetfeld auf das magnetooptische Element, und wenn ein Magnetfeld auf das magnetooptischen Element wirkt, wirkt sich bei dem das magnetooptische Element durchquerenden Licht der Faraday-Effekt aus, der eine Drehung der Polarisationsebene verursacht; wenn sich die Polarisationsebene dreht, ändert sich die Intensität des von der lichtempfangenden Vorrichtung empfangenen Lichts. Der Wert des im Leiter fließenden Stroms bestimmt die Intensität des Magnetfelds, die Intensität des Magnetfelds bestimmt den Drehwinkel, und der Drehwinkel bestimmt die Intensität des von der lichtempfangenden Vorrichtung empfangenen Lichts, so daß bei der Stromermittlungsvorrichtung gemäß der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. JP S60-202365 A der Wert des im Leiter fließenden Stroms anhand der durch die lichtempfangende Vorrichtung gemessenen Intensität des Lichts ermittelt wird.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP H9-145809 A offenbart einen Stromermittlungskopf, der mit einer Glasfaser-Eingangsleitung einer Stangenlinse, einem Spiegel für Totalreflexion, einem Polarisator, einem magnetooptischen Element, einem Detektor, einem Spiegel für Totalreflexion und einer Glasfaser-Ausgangsleitung versehen ist. Bei der Technik nach der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. JP H9-145809 A ist in einer Hülse, die eine Schaltung um einen Leiter bildet, ein Spalt vorgesehen, und der oben beschriebene Stromermittlungskopf ist in diesem Spalt angebracht. Bei der Technik der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. JP H9-145809 A ist durch Miniaturisierung des Stromermittlungskopfs die Spaltbreite verengt, das in der Hülse auftretende Magnetfeld wird verstärkt und die Sensitivität der Stromermittlung angehoben.
Wenn der Wert eines in einem Leiter fließenden Stroms durch Anwendung des Faraday-Effekts, des Kerr-Effekts oder eines anderen magnetooptischen Phänomens festgestellt wird, beeinflussen die Position des magnetooptischen Elements relativ zum Leiter, die Richtung des magnetooptischen Elements relativ zum Leiter (beispielsweise die Richtung der leichten Achse der Magnetisierung des magnetooptischen Elements relativ zum Leiter), die Positionen der Glasfaser-Eingangsleitung und der Eingangslinse relativ zum magnetooptischen Element, und die Positionen der Glasfaser-Ausgangsleitung und der Ausgangslinse relativ zum magnetooptischen Element, und Ähnliches in großem Maße die Relation zwischen dem Ermittlungswert und dem Stromwert. Falls die vorstehend erwähnten Positionsbeziehungen und Ähnliches bei der Massenfertigung von Leitern, an denen Stromermittlungsköpfe befestigt sind, nicht stabil sind, tritt eine wesentliche Veränderung der Ermittlungscharakteristika (der Relation zwischen dem Ermittlungswert und dem Stromwert) zwischen den Leitern auf. Leiter mit stabiler Ermittlungscharakteristik können nicht durch Massenfertigung hergestellt werden.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP S60-202365 A erläutert nur, daß ein magnetooptisches Element an einem Leiter befestigt wird, und daß ein Ende einer Glasfaser-Eingangsleitung und ein Ende einer Glasfaser-Ausgangsleitung an dem magnetooptischen Element befestigt werden; die Wichtigkeit der im vorangehenden Absatz erläuterten Positionsbeziehungen wird nicht wahrgenommen. In der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. JP S60-202365 A findet sich keine Wahrnehmung des Problems, durch das sich, falls sich beispielsweise die Positionsbeziehung zwischen der Glasfaser-Eingangsleitung und der Glasfaser-Ausgangsleitung verschiebt, die Beziehung zwischen der von der lichtempfangenden Vorrichtung gemessenen Lichtintensität und dem Wert des im Leiter fließenden Stroms in großem Ausmaß verschiebt, so dass diesbezüglich keine Maßnahmen getroffen werden.
Nach der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. JP H9-145809 A werden bezüglich des optischen Systems von der Glasfaser-Eingangsleitung zur Glasfaser-Ausgangsleitung Positionsbeziehungen zwischen den Elementen auf gewünschte Positionsbeziehungen eingestellt. Jedoch sind in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. JP H9-145809 A die Position und Richtung des Stromermittlungskopfs relativ zum Leiter nicht festgelegt. Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP H9-145809 A erkennt das Problem nicht, daß, falls die Position und Richtung des magnetooptischen Elements relativ zum Leiter nicht bestimmt sind, die Relation zwischen der von der lichtempfangenden Vorrichtung gemessenen Lichtintensität und dem Wert des im Leiter fließenden Stroms in großem Ausmaß verschiebt, so dass diesbezüglich keine Maßnahmen getroffen werden.
Aus der DE 10 2009 003 640 A1 ist eine mikroelektromechanische Strommessvorrichtung bekannt, mit einem Trägerabschnitt und einem optischen Abschnitt, der auf dem Trägerabschnitt angeordnet ist, wobei der optische Abschnitt einen optischen Pfad und ein magnetosensitives Element in dem optischen Pfad, eine Lichtquelle, die auf dem Trägerabschnitt in funktioneller Kommunikation mit einem ersten Ende des optischen Pfades angeordnet ist, und einen Photodetektor enthält, der auf dem Trägerabschnitt in funktioneller Kommunikation mit einem zweiten Ende des optischen Pfades angeordnet ist Ein faseroptischer Magnetfeldsensor ist ferner bekannt aus der DE 696 30 186 T2 .
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung stellt eine Technik zur Verfügung, bei welcher, bei der Massenfertigung von Leitern, die Stromermittlungsköpfe enthalten, die Massenfertigung einer Gruppe von Leitern möglich ist, die nur eine geringe Abweichung bei der Relation zwischen dem Ermittlungswert und dem Stromwert aufweisen.
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Wertes eines in einem Leiter fließenden Stroms nach Anspruch 1. Diese hat einen am Leiter zu fixierenden Stromermittlungskopf und eine sich zwischen dem Stromermittlungskopf und der Grundplatte erstreckende Glasfaserleitung, wobei ein Endabschnitt der Glasfaserleitung, eine Linse und ein magnetooptisches Element am Stromermittlungskopf fixiert sind, in der Grundplatte ein Durchgangsloch ausgebildet ist, der andere Endabschnitt der Glasfaserleitung in das Durchgangsloch der Grundplatte eingesetzt und fixiert ist, auf der Grundplatte eine in den anderen Endabschnitt der Glasfaserleitung polarisiertes Licht einleitende Lichtquelle und eine lichtempfangende Vorrichtung angebracht sind, die ein elektrisches Signal entsprechend einem Drehwinkel des vom anderen Endabschnitt der Glasfaserleitung ausgegebenen polarisierten Lichts ausgibt, und im Stromermittlungskopf ein optisches System derart ausgebildet ist, daß Licht von der Glasfaserleitung durch die Linse zum magnetooptischen Element geführt wird, und durch einen vom magnetooptischen Element ausgehenden magnetooptischen Effekt beeinflußtes Licht über die Linse zur Glasfaserleitung geführt wird.
Falls der Leiter eine leitende Platte ist, wird vorzugsweise das Befestigungselement an einer Fläche der leitenden Platte fixiert. In diesem Falle wird vorzugsweise ein optisches System derart ausgebildet, daß das magnetooptische Element den magnetischen Kerr-Effekt aufweist und Licht, das die Linse durchquert hat, vom magnetooptischen Element reflektiert wird, und das Licht, das durch den magnetischen Kerr-Effekt beeinflußt wurde, zur Linse zurückgeführt wird, In diesem Falle können ebenfalls eine Linse für die Eingabe und eine Linse für die Ausgabe getrennt vorgesehen sein, oder es kann eine Linse sowohl für die Eingabe als auch für die Ausgabe vorgesehen sein.
Falls ein optisches System benutzt wird, bei dem eine Reflexion am magnetooptischen Element auftritt, wird durch Fixierung des Befestigungselements an einer Fläche bzw. Seite der leitenden Platte die Positionsbeziehung des optischen Systems zur leitenden Platte auf eine beabsichtigte Positionsbeziehung eingestellt und es kann ein fixierter Zustand erhalten werden. Eine Leitergruppe mit einem stabilen Verhältnis zwischen dem Ermittlungswert und dem Stromwert kann daher einfach durch Massenfertigung hergestellt werden.
Falls ein Stromermittlungskopf, zu dem sich eine Glasfaserleitung erstreckt, am Leiter fixiert ist, wird es bevorzugt, daß der Endabschnitt der Glasfaserleitung an einer Grundplatte fixiert wird. Die Grundplatte ist in einer Position angeordnet, die einer Fläche der Leiterplatte zugewandt ist, an der das Befestigungselement fixiert ist. Falls ein Durchgangsloch in der Grundplatte ausgebildet ist, kann der Endabschnitt einer Glasfaserleitung in das Durchgangsloch eingesetzt und fixiert werden. Außerdem können eine Lichtquelle und eine lichtempfangende Vorrichtung auf der Grundplatte angeordnet werden. Somit ist durch die Grundplatte die Positionsbeziehung der Glasfaserleitung und der Lichtquelle und die Positionsbeziehung der Glasfaserleitung und der lichtempfangenden Vorrichtung eingestellt. Die Grundplatte kann benutzt werden, um die Lichtquelle, die polarisiertes Licht in den Endabschnitt der Glasfaser-Eingangsleitung einleitet, und die lichtempfangende Vorrichtung, die ein elektrisches Signal entsprechend dem Drehwinkel des vom Endabschnitt der Glasfaser-Ausgangsleitung ausgegebenen polarisierten Lichts ausgibt, anzuordnen. Die lichtempfangende Vorrichtung kann eine Vorrichtung sein, die ein elektrisches Signal entsprechend dem Drehwinkel ausgibt, der aufgrund des magnetischen Kerr-Effekts entsteht, oder kann eine Vorrichtung sein, die die Intensität des polarisierten Lichts ermittelt, nachdem dieses durch den magnetischen Kerr-Effekt beeinflußt wurde und einen Polarisationsfilter durchquert, oder eine Vorrichtung, die das Intensitätsverhältnis oder den Intensitätsunterschied der Polarisationskomponenten in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen feststellt.
Das Befestigungselement kann aus einem integralen Element bestehen, oder es kann durch die Kombination eines ersten Befestigungselements und eines zweiten Befestigungselement gestaltet sein. In diesem Falle sind, wenn beide kombiniert werden, sowohl am ersten Befestigungselement, wie auch am zweiten Befestigungselement positionierende Gebilde zur Sicherung einer konstanten gegenseitigen Positionsbeziehung ausgebildet.
Falls zur Bildung eines Befestigungselements ein erstes Befestigungselement und ein zweites Befestigungselement kombiniert werden, können die Glasfaserleitung und die Linse am ersten Befestigungselement fixiert sein und das magnetooptische Element und der Leiter am zweiten Befestigungselement, oder die Glasfaserleitung kann am ersten Befestigungselement fixiert sein und die Linse, das magnetooptische Element und der Leiter am zweiten Befestigungselement.
Durch Anwendung der oben beschriebenen Anordnung, wird die Herstellung eines ersten Befestigungselements, an dem „die Glasfaserleitung und die Linse” oder die „Glasfaserleitung” fixiert sind, und eines zweiten Befestigungselements, an dem „die Linse, das magnetooptische Element und der Leiter” oder „das magnetooptische Element und der Leiter” fixiert sind, erleichtert und die Herstellung des Befestigungselements wird erleichtert.
Falls ein Gebilde zur Einstellung einer Positionsbeziehung zwischen dem Leiter und dem zweiten Befestigungselement vorab in einer vorgeschriebenen Position auf dem zweiten Befestigungselement ausgebildet wird, können durch Fixierung des zweiten Befestigungselements auf dem Leiter, Leiter durch Massenfertigung hergestellt werden, bei denen der Stromermittlungskopf in einer vorgeschriebenen Position fixiert ist.
Durch Verwendung einer Glasfaserleitung kann auf einfache Weise ein Lichtführungspfad sichergestellt werden. In diesem Falle können eine Glasfaser-Eingangsleitung und eine Glasfaser-Ausgangsleitung getrennt hergestellt werden, oder es kann eine Glasfaserleitung für beide Richtungen benutzt werden. Des weiteren kann eine einzige Glasfaserleitung benutzt werden, die eine erste Hülse bzw. Ader aufweist, durch die Licht zum magnetooptischen Element gelangt, und eine zweite Hülse bzw. Ader, durch die Licht vom magnetooptischen Element weggeführt wird. Im letzteren Falle wird nur eine Glasfaserleitung benötigt.
In ähnlicher Weise können eine Linse, durch die Licht zum magnetooptischen Element gelangt, und eine Linse, durch die Licht vom magnetooptischen Element gelangt, getrennt vorbereitet werden, oder eine Linse kann für beide Richtungen verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Explosionsansicht eines elektrischen Leiters, an dem gemäß Beispiel 1 ein Stromermittlungskopf befestigt ist;
2 ist eine vergrößerte Ansicht des Stromermittlungskopfs der 1;
3 zeigt die Anordnung der Lichtquelle und der mit dem Stromermittlungskopf der 1 verbundenen Lichtempfangsvorrichtung;
4 erläutert die Positionsbeziehung und die Richtungsbeziehung zwischen einem Leiter, einem magnetooptischen Element und einem Lichtpfad;
5 ist eine Explosionsansicht eines Leiters, an dem gemäß Beispiel 2 ein Stromermittlungskopf befestigt ist;
6 stellt die Beziehung zwischen dem Ermittlungswert und dem Stromwert dar, wenn der Stromermittlungskopf gemäß dem Beispiel 2 befestigt ist;
7 stellt die Beziehung zwischen dem Ermittlungswert und dem Stromwert dar, wenn der Stromermittlungskopf gemäß dem Stand der Technik befestigt ist;
8 ist eine Explosionsansicht eines Leiters, an dem gemäß Beispiel 3 ein Stromermittlungskopf befestigt ist;
9 stellt einen Stromermittlungskopf nach dem Beispiel 4 dar;
10 stellt einen Stromermittlungskopf nach dem Beispiel 5 dar; und
11 stellt einen Stromermittlungskopf nach dem Beispiel 6 dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die 1 zeigt den Stromermittlungskopf 70 eines ersten Beispiels. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet ein unter Verwendung eines Harzes angeformtes Befestigungselement; ein magnetooptisches Element 28, eine Linse 24, das untere Ende einer Glasfaser-Eingangsleitung 14, die das Licht zur Linse 24 leitet, und das untere Ende einer Glasfaser-Ausgangsleitung 16, die das Licht von der Linse 24 wegleitet, sind am Befestigungselement 22 fixiert. Außerdem sind an vorgegebenen Positionen Montagelöcher 30 und 32 im Befestigungselement 22 ausgebildet, und es sind auch an vorgegebenen Positionen Montagelöcher 36 und 38 in der leitenden Platte 34 ausgebildet. Wenn ein Bolzen oder eine Schraube 18 durch die Montagelöcher 30 und 36 gesteckt und mit einer Mutter 40 festgezogen wird, und ein Bolzen oder eine Schraube 20 durch die Montagelöcher 32 und 38 gesteckt und mit einer Mutter 42 festgezogen wird, ist das Befestigungselement 22 an der leitenden Platte fixiert. Durch Benutzung des Montagelochs 30 des Befestigungselements 22, des Montagelochs 36 der leitenden Platte 34 und des Bolzens/der Schraube 18 wird die Position des Montagelochs 30 relativ zur leitenden Platte 34 fixiert, und durch Benutzung des Montagelochs 32 des Befestigungselements 22, des Montagelochs 38 der leitenden Platte 34 und des Bolzens/der Schraube 20 wird die Position des Montagelochs 32 relativ zur leitenden Platte 34 fixiert. Weil zwei Stellen des Befestigungselements 22 relativ zur leitenden Platte 34 positioniert sind, sind die Position und die Richtung des Befestigungselements 22 konstant relativ zur leitenden Platte 34 positioniert. Durch die Anwendung des Montagelochs 30 des Befestigungselements 22, des Montagelochs 36 der leitenden Platte 34 und des Bolzens/der Schraube 18 wird die Position des Montagelochs 30 relativ zur leitenden Platte 34 fixiert, und durch die Anwendung des Montagelochs 32 des Befestigungselements 22, des Montagelochs 38 der leitenden Platte 34 und des Bolzens/der Schraube 20 wird die Position des Montagelochs 32 relativ zur leitenden Platte 34 fixiert. Die im Befestigungselement 22 ausgebildeten Montagelöcher 30 und 32 und der Flanschabschnitt, in dem die Montagelöcher 30 und 32 ausgebildet sind, dienen als Fixierungsabschnitt, der das Befestigungselement 22 an der leitenden Platte 34 fixiert.
Weil das untere Ende der Glasfaser-Eingangsleitung 14, die Linse 24, das magnetooptische Element 28, das untere Ende der Glasfaser-Ausgangsleitung 16 und die leitende Platte 34 alle durch das Befestigungselement 22 positioniert und fixiert sind, sind die jeweiligen Positionsbeziehungen zwischen dem unteren Ende der Glasfaser-Eingangsleitung 14, der Linse 24, dem magnetooptischen Element 28, dem unteren Ende der Glasfaser-Ausgangsleitung 16 und der leitenden Platte 34 immer konstant und fixiert eingestellt.
Die Grundplatte 6 ist in einer der leitenden Platte 34 zugewandten Position angeordnet. In der Grundplatte 6 sind Durchgangslöcher 8 und 10 ausgebildet; das obere Ende der Glasfaser-Eingangsleitung 14 ist in das Durchgangsloch 8 eingesetzt und in ihm fixiert, und das obere Ende der Glasfaser-Ausgangsleitung 16 ist in das Durchgangsloch 10 eingesetzt und in ihm fixiert. Das Bezugszeichen 12 benennt das Befestigungselement, das das obere Ende der Glasfaser-Eingangsleitung 14 und das obere Ende der Glasfaser-Ausgangsleitung 16 fixiert und auf der Grundplatte 6 positioniert ist. Die Lichtquelle 2, die polarisiertes Licht erzeugt, das am oberen Ende der Glasfaser-Eingangsleitung 14 eintritt, ist am oberen Ende des Durchgangslochs 8 fixiert. Die lichtempfangende Vorrichtung 4, die das am oberen Ende der Glasfaser-Ausgangsleitung 16 emittierte Licht empfängt, ist am oberen Ende des Durchgangslochs 10 fixiert. Die Lichtquelle 2 und die lichtempfangende Vorrichtung 4 sind durch die Grundplatte 6 fixiert.
Details der Lichtquelle 2 sind in 3 dargestellt. Die Lichtquelle 2 umfaßt einen Halbleiterlaser 52, ein polarisierendes Prisma 54 und eine Linse 56; das durch das polarisierende Prisma 54 polarisierte Laserlicht wird in die Glasfaser-Eingangsleitung 14 eingegeben. Die lichtempfangende Vorrichtung 4 umfaßt eine Linse 58, einen Lichtteiler 60, eine erste Photodiode 62, eine zweite Photodiode 64 und einen Operationsverstärker 66. Der Lichtleiter 60 ist mit einer Funktion ausgestattet, das Licht in zwei von der Polarisationsrichtung abhängige Strahlen zu teilen, wobei die Polarisationsebene des auf die erste Photodiode 62 auftreffenden Lichts und die Polarisationsebene des auf die zweite Photodiode 64 auftreffenden Lichts orthogonal sind. Der Wert des Unterschieds der Intensität des Lichts in der ersten Polarisationsebene und der Intensität des Lichts in der zweiten Polarisationsebene, verstärkt durch den Operationsverstärker 66, ändert sich entsprechend dem Drehwinkel der Polarisationsebene.
Bei der Konstruktion nach 1 wird die leitende Platte 34 mit dem Stromermittlungskopf 70 durch Massenfertigung hergestellt. Die Glasfasern 14 und 16 erstrecken sich vom Stromermittlungskopf 70 aus. Die oberen Enden dieser Glasfasern 14 und 16 sind an der Grundplatte 6 fixiert, Die Glasfaser 14 verbindet die Lichtquelle 2 und das magnetooptische Element 28, und die Glasfaser 16 verbindet das magnetooptische Element 28 und die lichtempfangende Vorrichtung 4, um die Stromermittlungsvorrichtung zu vervollständigen.
Die Wirkungsweise der Stromermittlungsvorrichtung nach 1 wird nun erläutert. Der Halbleiterlaser 52 emittiert Laserlicht Das Laserlicht tritt durch das polarisierende Prisma 54, und demzufolge tritt nur eine in einer bestimmten Polarisationsebene polarisierte Lichtkomponente durch die Linse 56 und in die Glasfaser-Eingangsleitung 14 ein. Wie in 2 dargestellt, wird der das untere Ende der Glasfaser 14 erreichende optische Pfad des polarisierten Lichts durch die Linse 24 in eine schräge Richtung abgelenkt und das polarisierte Licht erreicht die obere Stirnfläche des magnetooptischen Elements 28. Wenn es die obere Stirnfläche des magnetooptischen Elements 28 erreicht hat, wird das polarisierte Licht durch die obere Stirnfläche des magnetooptischen Elements 28 reflektiert.
Die leitende Platte der 1 ist lang in der zur Papierebene rechtwinkligen Richtung, und der Strom I fließt in einer zur Papierebene rechtwinkligen Richtung. Die 1 entspricht einer Querschnittsansicht längs der Linie A-A in 4. Somit wirkt das Magnetfeld H in der Links-Rechts-Richtung in den 1 und 2 auf das magnetooptische Element 28 ein. Wenn das polarisierte Licht durch die obere Flache des magnetooptischen Elements 28 reflektiert wird, auf welches das Magnetfeld einwirkt, tritt ein magnetischer Kerr-Effekt (in diesem Falle der longitudinale Kerr-Effekt) auf. Als magnetooptisches Element 28 wird ein Kristall ausgewählt, der den magnetischen Kerr-Effekt aufweist. Weil der magnetische Kerr-Effekt auftritt, dreht sich die Polarisationsebene des von der oberen Fläche des magnetooptischen Elements 28 reflektierten polarisierten Lichts. Das heißt, die Polarisationsebene des eintretenden Lichts 46 ist nicht die gleiche wie die Polarisationsebene des reflektierten Lichts 48, und die Drehung tritt auf.
Das von der oberen Fläche des magnetooptischen Elements 28 reflektierte Licht durchquert die Linse 24, die Glasfaser-Ausgangsleitung 16, die Linse 58 und den Lichtteiler 60 und tritt in die erste Photodiode 62 und die zweite Photodiode 64 ein. Der Amplitudenwert der Differenz der von der ersten Photodiode 62 festgestellten Lichtintensität einer ersten Polarisationsebene und der von der zweiten Photodiode 64 festgestellten Lichtintensität einer zweiten Polarisationsebene (rechtwinklig zur ersten Polarisationsebene) ändert sich abhängig vom Drehwinkel der Polarisationsebene, der aufgrund des magnetischen Kerr-Effekts in Erscheinung tritt. Anhand der Ausgangsgröße des Operationsverstärkers 66 werden der aufgrund des magnetischen Kerr-Effekts in Erscheinung tretende Drehwinkel der Polarisationsebene, die Intensität des auf das magnetooptische Element 28 einwirkenden Magnetfelds H, das den Drehwinkel verursacht hat, und die Größe des Stroms I, der die Intensität des Magnetfelds verursacht hat, festgestellt.
Wenn die leitende Platte 34 mit einem Stromermittlungskopf 70 nach den 1 bis 3 in Massenfertigung hergestellt wird, ist es, um die Massenfertigung der leitenden Platte 34 mit einem stabilisierten Verhältnis zwischen dem Ermittlungswert und den Stromwert durchzuführen, wichtig, daß die jeweilige Positionsbeziehung und die jeweilige Richtungsbeziehung zwischen den zur Stromermittlung beitragenden Elementen in konstanten Verhältnissen eingestellt und fixiert werden.
Wie in 4 dargestellt, verändert sich die Intensität des Magnetfelds H, das auftritt, wenn ein Strom I in der leitenden Platte 34 fließt, mit der Position relativ zur leitenden Platte 34. Deshalb ist die jeweilige Positionsbeziehung zwischen der leitenden Platte 34 und dem magnetooptischen Element 28 wichtig. Das magnetooptische Element 28 ist mit einer leichten Achse J der Magnetisierung versehen. Der aufgrund des Kerr-Effekts auftretende Drehwinkel der Polarisationsebene wird auch durch den Winkel θ1 beeinflußt, der von der leichten Achse J der Magnetisierung und dem magnetischen Feld H gebildet wird. Es ist deshalb auch der Winkel θ1 wichtig, der von der leichten Achse J der Magnetisierung und der leitenden Platte 34 gebildet wird. Der aufgrund des Kerr-Effekts auftretende Drehwinkel der Polarisationsebene wird auch durch die Winkel beeinflußt, die von der leichten Achse J der Magnetisierung und dem eingeleiteten Licht 46 gebildet werden (der Winkel θ2 in horizontaler Richtung und der Winkel θ3 in rechtwinkliger Richtung). Die jeweilige Positionsbeziehung zwischen der Glasfaserleitung 14, der Linse 24, dem magnetooptischen Element 28 und der Glasfaserleitung 16 sind wichtig.
Bei der Stromermittlungsvorrichtung nach den 1 bis 3 sind die Glasfaserleitung 14, die Linse 24, das magnetooptische Element 28, die Glasfaser 16 und die leitende Platte 34 jeweils am Befestigungselement 22 fixiert, so daß die jeweiligen Positionsbeziehungen und jeweiligen Richtungsbeziehungen der Glasfaserleitung 14, der Linse 24, des magnetooptischen Elements 28, der Glasfaser 16 und der leitenden Platte 34 in konstanten Beziehungen eingestellt und fixiert werden. Bei diesem Beispiel werden alle der zur Stromermittlung beitragenden Elemente 14, 24, 28, 16 und 34 so am Befestigungselement 22 fixiert, daß die jeweiligen Positionsbeziehungen und jeweiligen Richtungsbeziehungen (Winkelbeziehungen) aller zur Stromermittlung beitragenden Elemente 14, 24, 28, 16 und 34 in konstanten Beziehungen eingestellt und fixiert werden. Durch Anwendung der Stromermittlungsvorrichtung nach den 1 bis 3 kann die leitende Platte 34 mit Stromermittlungsköpfen 70 mit einem stabilisierten Verhältnis zwischen dem Ermittlungswert und dem Stromwert durch Massenfertigung hergestellt werden.
Außerdem werden durch die Verwendung der Grundplatte 6 die jeweiligen Positionsbeziehungen und jeweiligen Winkelbeziehungen zwischen dem oberen Ende der Glasfaserleitung 14, dem Halbleiterlaser 52, dem polarisierenden Prisma 54 und der Linse 56 in konstanten Beziehungen eingestellt und fixiert. Überdies werden durch die Verwendung der Grundplatte 6 die jeweiligen Positionsbeziehungen und jeweiligen Winkelbeziehungen zwischen dem oberen Ende der Glasfaserleitung 16, der Linse 58, dem Lichtteiler 60, der ersten Photodiode 62 und der zweiten Photodiode 64 in konstanten Beziehungen eingestellt und fixiert. Diese Elemente tragen auch zur Massenfertigung der leitenden Platten 34 mit den Stromermittlungsvorrichtungen bei, bei denen das Verhältnis zwischen dem Ermittlungwert und dem Stromwert stabilisiert ist.
Das Befestigungselement 22 kann, wie in 1 gezeigt, als ein einziges körperliches Objekt ausgebildet sein, oder, wie in 5 gezeigt, durch Verwendung zweier körperlicher Elemente. Im Falle der 5 wird ein Beispiel gezeigt, bei dem die Glasfaserleitungen 14 und 16 an einem ersten Befestigungselement 22a fixiert sind und die Linse 24 und das magnetooptische Element 28 an einem zweiten Befestigungselement 22f befestigt sind. Ein Paar von Einsenkungen 22b und 22c ist am ersten Befestigungselement 22a ausgebildet und ein Paar von Eingriffsklauen 22d und 22e am zweiten Befestigungselement 22f. Wenn das erste Befestigungselement 22a und das zweite Befestigungselement 22f verbunden werden, sind in einem Zustand, in dem die Eingriffsklaue 22d mit der Einsenkung 22b und die Eingriffsklaue 22e mit der Einsenkung 22c in Eingriff steht, das erste Befestigungselement 22a und das zweite Befestigungselement 22f fixiert. In diesem Zustand ist die jeweilige Positionsbeziehung des ersten Befestigungselements 22a und des zweiten Befestigungselements 22f auf eine konstante Beziehung eingestellt und fixiert. Nach der Verbindung des ersten Befestigungselements 22a mit dem zweiten Befestigungselement 22f ist die jeweilige Positionsbeziehung des ersten Befestigungselements 22a und des zweiten Befestigungselements 22f stabilisiert und die jeweiligen Positionsbeziehungen und jeweiligen Winkelbeziehungen des unteren Endes der Glasfaserleitung 14, der Linse 24, des magnetooptischen Elements 28 und des unteren Endes der Glasfaserleitung 16 sind auf konstante Beziehungen eingestellt und fixiert.
Am zweiten Befestigungselement 22f sind ein Flansch 22g zur Positionierung und Fixierung in Bezug auf die leitende Platte 34 und Montagelöcher 30 und 32 ausgebildet. Der Flansch 22g und die Montagelöcher 30 und 32, die am zweiten Befestigungselement 22f ausgebildet sind, dienen als ein Fixierungsabschnitt zur Fixierung des zweiten Befestigungselements 22f an der leitenden Platte 34.
Wenn ein Bolzen/eine Schraube 18 durch das Montageloch 30 und das Montageloch 36 geschoben und mit einer Mutter 40 festgezogen wird, und ein Bolzen/eine Schraube 20 durch das Montageloch 32 und das Montageloch 38 geschoben und mit einer Mutter 42 festgezogen wird, sind die jeweiligen Positionsbeziehungen und die jeweiligen Winkelbeziehungen des unteren Endes der Glasfaserleitung 14, der Linse 24, des magnetooptischen Elements 28, des unteren Endes der Glasfaserleitung 16 und der leitenden Platte 34 in konstanten Beziehungen eingestellt und fixiert.
Bei diesem Beispiel ist in der leitenden Platte 34 eine Einsenkung oder Konkavität 34a ausgebildet und das magnetooptische Element 28 wird im Bereich der Dicke der leitenden Platte 34 aufgenommen. Die Intensität des auf das magnetooptische Element 28 einwirkenden magnetischen Feldes und die Empfindlichkeit der Stromermittlung werden gesteigert. Wie bei den Beispielen nach den 1 und 5 gezeigt, wird die Form der Linse 24 entsprechend den Charakteristika ausgewählt.
Die 6 zeigt die Variationsbreite bei der Beziehung zwischen den Ermittlungswerten (den Werten des Operationsverstärkers 66) und den wahren Stromwerten, wenn die leitende Platte 34, an der der Stromermittlungskopf 72 der 5 fixiert ist, der Massenfertigung entstammt. Der Variationsbereich ist klein. Die 7 zeigt die Variationsbreite bei der Beziehung zwischen den Ermittlungswerten und den wahren Stromwerten, wenn leitende Platten mit Stromermittlungsköpfen einer Massenfertigung unter Anwendung eines Verfahrens entstammen, bei dem ein magnetooptisches Element an einer leitenden Platte fixiert ist, eine Linse relativ zum magnetooptischen Element positioniert ist und eine Glasfaserleitung relativ zur Linse positioniert ist. Der Variationsbereich ist groß. Wenn leitende Platten mit Stromermittlungsköpfen unter Anwendung von Techniken des Standes der Technik in Massenfertigung hergestellt werden, kann das Verhältnis zwischen den Ermittlungswerten und den Stromwerten weithin unter den Massenfertigungswerten variieren.
Die 8 stellt ein drittes Beispiel dar. Glasfaserleitungen 14 und 16 und eine Linse 24 sind an einem ersten Befestigungselement 22j fixiert und ein magnetooptisches Element 28 ist an einem zweiten Befestigungselement 22o fixiert. Die Linse 24 kann, wie in 8 dargestellt, am ersten Befestigungselement 22j fixiert sein, oder wie in 5 gezeigt, am zweiten Befestigungselement 22f.
Die 9 stellt ein Beispiel dar, bei dem eine leitende Platte 34, ein magnetooptisches Element 28, eine Linse 24 und das untere Ende einer Glasfaserleitung 15 unter Verwendung eines Harzmaterials umspritzt und hergestellt sind. Die jeweiligen Positionsbeziehungen insgesamt der leitenden Platte 34, des magnetooptisches Elements 28, der Linse 24 und des unteren Endes der Glasfaserleitung 15 sind durch ein Befestigungselement 22r in einem konstant bleibenden Einstellungszustand fixiert, Die leitende Platte 34 kann mit einer stabilisierten Beziehung zwischen den Ermittlungswerten und den Stromwerten in Massenfertigung hergestellt werden. In der leitenden Platte 34 ist eine Öffnung 34b ausgebildet und es besteht keine Trennung des Befestigungselements 22r von der leitenden Platte 34.
Im Falle der 9 sind eine Ader bzw. Hülse (erste Hülse) 14a, die Licht zum magnetooptischen Element 28 leitet, und eine Ader bzw. Hülse (zweite Hülse) 16a, die das von dem magnetooptischen Element 28 reflektierte Licht leitet, in einer einzigen Glasfaserleitung 15 untergebracht. Weil nur eine einzige Glasfaserleitung 15 verwendet wird, sind die Anschlußaufgaben und dergleichen vereinfacht.
Die 10 stellt ein Beispiel dar, bei dem ein Befestigungselement 22s, ein magnetooptisches Element 28, eine Linse 24, ein unteres Ende einer Glasfaserleitung 16 unter Verwendung eines Harzmaterials auf einer Seite der leitenden Platte 34 umspritzt und hergestellt sind. Falls in der leitenden Platte 34 diagonal verlaufende Nuten 34c und 34d ausgebildet sind, gibt es keine Trennung des Befestigungselements 22s von der leitenden Platte 34.
Die 11 stellt ein Beispiel dar, bei dem ein durch Umspritzen eines magnetooptischen Elements 28, einer Linse 24, des unteren Endes einer Glasfaserleitung 14 und des unteren Endes einer Glasfaserleitung 16 hergestelltes Befestigungselement 22t an einer leitenden Platte 34 fixiert und hergestellt wird. Bei diesem Beispiel sind der Durchmesser eines vorab in der leitenden Platte 34 ausgebildeten Lochs 34e und der Durchmesser eines zylindrischen Abschnitts, der vorab an der Unterseite des Befestigungselements 22t vorgesehen wurde, in ein solches Verhältnis gebracht, daß beide eng ineinander passen. Durch Einsetzen des zylindrischen Abschnitts des Befestigungselements 22t in das Loch 34e der leitenden Platte 34 kann die Position des Befestigungselements 22t relativ zur leitenden Platte 34 exakt positioniert werden. Außerdem werden Schrauben 18a und 20a benutzt, um den Montagewinkel des Befestigungselements 22t relativ zur leitenden Platte 34 auf einen konstanten Winkel einzustellen.
In Obigem wurden spezielle Beispiele der Erfindung im Detail erläutert, jedoch ist dies nur beispielhaft zu verstehen und beschränkt den Schutzbereich der Ansprüche nicht. Die im Schutzbereich der Ansprüche offenbarte Technik schließt verschiedene Modifikationen und Abwandlungen der oben präsentierten, speziellen Beispiele ein. Die in der Beschreibung und den Zeichnungen erläuterten technischen Elemente zeigen technische Nützlichkeit, ob unabhängig oder in verschiedenen Kombinationen, und sind nicht auf die Kombinationen beschränkt, die zum Zeitpunkt der Anmeldung in den Ansprüchen offenbart sind. Des weiteren können Techniken, die beispielhaft in der Beschreibung oder den Zeichnungen dargestellt sind, gleichzeitig einer Mehrzahl von Aufgaben gerecht werden, und die technische Nützlichkeit wird durch die Vorteile selbst für eine unter diesen Aufgaben erreicht.

Claims

Vorrichtung zur Ermittlung des Wertes eines in einem Leiter fließenden Stroms aufweisend: einen am Leiter zu fixierenden Stromermittlungskopf (70); eine Grundplatte (6), und eine sich zwischen dem Stromermittlungskopf (70) und der Grundplatte (6) erstreckende Glasfaserleitung (14, 16), wobei ein Endabschnitt der Glasfaserleitung (14, 16), eine Linse (24) und ein magnetooptisches Element (28) am Stromermittlungskopf (70) fixiert sind, in der Grundplatte (6) ein Durchgangsloch (8, 10) ausgebildet ist, der andere Endabschnitt der Glasfaserleitung (14, 16) in das Durchgangsloch (8, 10) der Grundplatte (6) eingesetzt und fixiert ist, auf der Grundplatte (6) eine in den anderen Endabschnitt der Glasfaserleitung (14, 16) polarisiertes Licht einleitende Lichtquelle (2) und eine lichtempfangende Vorrichtung (4) angebracht sind, die ein elektrisches Signal entsprechend einem Drehwinkel des vom anderen Endabschnitt der Glasfaserleitung (14, 16) ausgegebenen polarisierten Lichts ausgibt, und im Stromermittlungskopf (70) ein optisches System derart ausgebildet ist, daß Licht von der Glasfaserleitung (14, 16) durch die Linse (24) zum magnetooptischen Element (28) geführt wird, und durch einen vom magnetooptischen Element (28) ausgehenden magnetooptischen Effekt beeinflußtes Licht über die Linse (24) zur Glasfaserleitung (14, 16) geführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Glasfaserleitung (14, 16) aufweist: eine erste Glasfaserleitung (14), durch die Licht zum magnetooptischen Element (28) gelangt; und eine zweite Glasfaserleitung (16), durch die Licht vom magnetooptischen Element (28) gelangt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stromermittlungskopf (70) an einer Fläche des Leiters fixiert ist, das magnetooptische Element (28) einen magnetischen Kerr-Effekt aufweist, und ein optisches System derart ausgebildet ist, daß durch die Linse (24) hindurchgetretenes Licht durch das magnetooptische Element (28) reflektiert und zur Linse (24) zurückgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Stromermittlungskopf (70) ein Befestigungselement (22) einschließt, an dem der eine Endabschnitt der Glasfaserleitung (14, 16), die Linse (24) und das magnetooptische Element (28) fixiert sind und der Leiter fixiert werden muß.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Stromermittlungskopf (70) ein erstes Befestigungselement (22a) und ein zweites, in einer vorgeschriebenen Positionsbeziehung zum ersten Befestigungselement (22a) fixiertes, Befestigungselement (22f) einschließt, wobei der eine Endabschnitt der Glasfaserleitung (14, 16) und die Linse (24) am ersten Befestigungselement (22a) und das magnetooptische Element (28) am zweiten Befestigungselement (22f) fixiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Stromermittlungskopf (70) ein erstes Befestigungselement (22a) und ein zweites, in einer vorgeschriebenen Positionsbeziehung zum ersten Befestigungselement (22a) fixiertes, Befestigungselement (22f) einschließt, wobei der eine Endabschnitt der Glasfaserleitung (14, 16) am ersten Befestigungselement (22a) fixiert ist und die Linse (24) und das magnetooptische Element (28) am zweiten Befestigungselement (22f) fixiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Glasfaserleitung (14, 16) eine erste Hülse (14a) umfaßt, über die Licht zum magnetooptischen Element (28) gelangt, und eine zweite Hülse (16a), über die Licht vom magnetooptischen Element (28) gelangt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei Licht zum magnetooptischen Element (28) und Licht vom magnetooptischen Element (28) durch eine gemeinsame Linse (24) geführt wird.