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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromerfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Stromes, der in einer Busschiene bzw. Sammelschiene fließt.
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Stand der Technik
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In vielen Fällen ist ein Fahrzeug wie beispielsweise ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug mit einer Stromerfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Stromes, der in einer Sammelschiene fließt, die mit einer Batterie verbunden ist, versehen. Außerdem wird in einigen Fällen eine Stromerfassungsvorrichtung mit Magnetanteil oder eine Stromerfassungsvorrichtung vom Magnetgleichgewichtstyp als diese Stromerfassungsvorrichtung verwendet.
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Die Stromerfassungsvorrichtung des Magnetanteiltyps oder des Magnetgleichgewichttyps enthält einen magnetischen Kern und ein magnetoelektrisches Wandlungselement, wie es beispielsweise in den Patentdokumenten
JP H10-104 279 A (1998),
JP 2006-166 528 A und
JP 2009-58 451 A beschrieben ist. Der magnetische Kern ist im Wesentlichen ein ringförmiger magnetischer Körper, dessen beide Enden über einen Lückenabschnitt gegenüberliegen und der kontinuierlich um einen hohlen Abschnitt, durch den eine Sammelschiene verläuft, ausgebildet ist. Der hohle Abschnitt des magnetischen Körpers ist ein Raum, durch den ein Strom, der zu erfassen ist, fließt (Raum zum Erfassen eines Stromes).
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Außerdem ist das magnetoelektrische Wandlungselement in dem Lückenabschnitt des magnetischen Kerns angeordnet und erfasst einen Magnetfluss, der sich in Abhängigkeit von einem Strom, der durch die Sammelschiene fließt, die den hohlen Abschnitt durchdringt, ändert, und gibt ein Erfassungssignal des Magnetflusses als ein elektrisches Signal aus. Für das magnetoelektrische Wandlungselement wird gewöhnlich ein Hall-Element verwendet.
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Dokumente des Stands der Technik
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Patentdokumente
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Die
DE 10 2004 058 452 A1 beschreibt eine Stromerfassungsvorrichtung, bei der ein Stromleiter durch eine Öffnung eines Stromwandlers hindurchgeführt ist. Der Stromleiter weist einen runden Querschnitt auf. Nach dem Durchführen des Stromleiters durch die Öffnung des Stromwandlers wird das hindurchgeführte Ende des Stromleiters zur Ausbildung eines Verbindungsabschnitts durch Quetschen abgeflacht. Die Breite des Verbindungsabschnitts ist danach größer als der Innendurchmesser der Öffnung, und die Dicke des Verbindungsabschnitts ist danach kleiner als der Durchmesser des nicht gequetschten Teils des Stromleiters.
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Weiterhin wird auf die
JP H10-104 279 A (1998), die
JP 2006-166528 A und die
JP 2009-58451 A verwiesen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Von der Erfindung zu lösende Probleme
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In einer beispielshaften herkömmlichen Stromerfassungsvorrichtung wird eine plattenförmige Sammelschiene durch einen hohlen Abschnitt eines magnetischen Kerns eingeführt, und daher muss der magnetische Kern mit einer derartigen Größe ausgebildet werden, dass eine maximale Breite (ein Durchmesser) des hohlen Abschnitts größer als eine Breite der Sammelschiene ist. Andererseits wird in einem Elektrofahrzeug, einem Hybridfahrzeug oder Ähnlichem eine breite Sammelschiene verwendet, um eine übermäßige Wärmeerzeugung der Sammelschiene bei einer Erhöhung des Stromes, der in der Sammelschiene fließt, zu verhindern.
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Dementsprechend weist eine derartige herkömmliche Stromerfassungsvorrichtung das Problem auf, dass sie bei einer Vergrößerung der Breite der Sammelschiene einen größeren magnetischen Kern benötigt, dessen Größe proportional zu der Breite der Sammelschiene ist, und daher muss sich der Installationsraum für die Vorrichtung vergrößern. Insbesondere in dem Fall, in dem der magnetische Kern eine kreisförmige, eine elliptische oder eine rechteckige Ringgestalt aufweist, bei der ein Verhältnis einer Längenabmessung zu einer horizontalen Abmessung gleich Eins oder nahezu gleich Eins ist, erhöht sich der verschwendete Raum in dem hohlen Abschnitt des magnetischen Kerns mit der Erhöhung der Sammelschienenbreite. Wenn eine Sammelschiene verwendet wird, bei der nur ein Abschnitt, der in dem hohlen Abschnitt des magnetischen Kerns anzuordnen ist, verkleinert wird, besteht das Problem, dass der verkleinerte Abschnitt eine übermäßige Wärme erzeugt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromerfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Stromes, der in einer Sammelschiene fließt, zu schaffen, bei der ein vergleichsweise kleiner magnetischer Kern verwendet wird, um eine Verringerung der Größe der Vorrichtung in Bezug auf eine Breite der Sammelschiene zu ermöglichen und außerdem eine übermäßige Wärmeerzeugung der Sammelschiene zu verhindern. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
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Wirkungen der Erfindung
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In der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Richtung (eine Stromflussrichtung), in der die Sammelschiene zur Stromerfassung den hohlen Abschnitt des magnetischen Kerns durchdringt, im Folgenden als eine erste Richtung bezeichnet. Außerdem werden eine Breitenrichtung und eine Dickenrichtung bzw. Höhenrichtung der plattenförmigen zweiten Abschnitte, die jeweils mit Teilen vor und nach dem ersten Abschnitt, der den hohlen Abschnitt des magnetischen Kerns in der Sammelschiene zur Stromerfassung durchdringt, verbunden sind, jeweils als eine zweite Richtung und eine dritte Richtung bezeichnet.
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In der Sammelschiene zur Stromerfassung, die in der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, ist im Vergleich zu den plattenförmigen zweiten Abschnitten, die jeweils mit den Teilen vor und nach dem ersten Abschnitt verbunden sind, der erste Abschnitt, der den hohlen Abschnitt des magnetischen Kerns durchdringt, derart ausgebildet, dass er einen maximalen Durchmesser bzw. eine maximale Breite aufweist, der bzw. die kleiner als eine Breite (maximale Breite) des zweiten Abschnitts ist. Mit anderen Worten, der erste Abschnitt weist eine in der zweiten Richtung in Bezug auf den zweiten Abschnitt geringere Abmessung auf. Demzufolge ist es möglich, einen vergleichsweise kleinen magnetischen Kern in Bezug auf die Breite der Sammelschiene zu verwenden und eine Erhöhung der Größe der gesamten Vorrichtung, die den magnetischen Kern enthält, zu vermeiden.
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Außerdem ist in der Sammelschiene zur Stromerfassung der erste Abschnitt derart ausgebildet, dass er einen minimalen Durchmesser bzw. eine minimale Breite aufweist, der bzw. die größer als eine Dicke bzw. Höhe des zweiten Abschnitts ist. Demzufolge wird ein Querschnittsbereich eines Leiters in dem ersten Abschnitt im Vergleich zu dem Querschnittsbereich des Leiters in dem zweiten Abschnitt nicht wesentlich verringert. Als Ergebnis ist es möglich, eine übermäßige Wärmeerzeugung in dem ersten Abschnitt zu verhindern.
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Wenn die Sammelschiene zur Stromerfassung ein Element ist, das eine Struktur aufweist, bei der ein Teil des plattenförmigen Metallelementes entlang Einschnitten, die auf beiden Seiten des Teils auf einer Seite des plattenformigen metallelementes ausgebildet sind, zurückgefaltet ist, ist es möglich, auf einfache Weise die Sammelschiene zur Stromerfassung herzustellen. In diesem Fall ist es angemessen, wenn der zurückgefaltete Abschnitt an einer Position ausgebildet ist, die in der Breitenrichtung in Richtung einer der Endseiten des zweiten Abschnitts geneigt ist. In diesem Fall kann ebenfalls, wenn die minimale Breite des Umfangs des Querschnitts in dem ersten Abschnitt größer als die Höhe des Lückenabschnitts des magnetischen Kerns ausgebildet ist, der erste Abschnitt der Sammelschiene zur Stromerfassung in den hohlen Abschnitt des magnetischen Kerns eingeführt werden. Die Details werden später beschrieben.
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In dem Fall, in dem die minimale Höhe des Umfangs des Querschnitts in dem ersten Abschnitt größer als ein Abstand zwischen beiden Enden des magnetischen Kerns (die Höhe des Lückenabschnitts) in der Sammelschiene zur Stromerfassung ausgebildet ist, kann der magnetische Kern anschließend nicht an der Sammelschiene zur Stromerfassung, die als ein Teil einer zuvor installierten Sammelschiene ausgebildet ist, angebracht werden. Wenn in diesem Fall ein Kopplungsabschnitt zur Kopplung mit einer anderen Sammelschiene in dem zweiten Abschnitt ausgebildet ist, ist es einfach, anschließend die Sammelschiene zur Stromerfassung mit der zuvor installierten Sammelschiene in einem Zustand der Durchdringung des hohlen Abschnitts des magnetischen Kerns zu koppeln.
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In der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es einfach, einen Betrieb zur Anbringung der Stromerfassungsvorrichtung an der zuvor installierten Sammelschiene durchzuführen, wenn der magnetische Kern, die Sammelschiene zur Stromerfassung und das magnetoelektrische Wandlungselement mittels des Isoliergehäuses, das andere Abschnitte als den freizulegenden Abschnitt bedeckt, in einer vorbestimmten Positionsbeziehung gehalten werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Explosionsansicht, die eine Stromerfassungsvorrichtung 1 gemäß einem nicht zur Erfindung gehörenden Beispiel zeigt.
- 2 ist eine dreiflächige Ansicht, die eine Sammelschiene zur Stromerfassung 30 zeigt, die in der Stromerfassungsvorrichtung 1 vorgesehen ist.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen Prozess zum Herstellen der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 zeigt.
- 4 ist eine Draufsicht, die die Stromerfassungsvorrichtung 1 zeigt.
- 5 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, bei dem die Stromerfassungsvorrichtung 1 mit einer zuvor installierten Sammelschiene gekoppelt ist.
- 6 ist eine dreiflächige Ansicht, die eine Sammelschiene zur Stromerfassung 30A gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die für die Stromerfassungsvorrichtung 1 verwendet werden kann.
- 7 ist eine ebene Ansicht, die ein Element zeigt, das ein Ursprung der Sammelschiene zur Stromerfassung 30A ist.
- 8 ist eine dreiflächige Ansicht, die eine Sammelschiene zur Stromerfassung 30B gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die für die Stromerfassungsvorrichtung 1 verwendet werden kann.
- 9 ist eine Draufsicht, die ein Element zeigt, das ein Ursprung der Sammelschiene zur Stromerfassung 30B ist.
- 10 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem die Sammelschiene zur Stromerfassung 30B in einen hohlen Abschnitt eines magnetischen Kerns eingeführt ist.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. Die folgenden Ausführungsformen sind nur Beispiele zum Implementieren der vorliegenden Erfindung, die den technischen Bereich der vorliegenden Erfindung nicht beschränken.
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Zunächst wird jedoch eine Struktur einer Stromerfassungsvorrichtung 1 gemäß einem nicht zur Erfindung gehörenden Beispiel mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben. 2(a) ist eine Draufsicht, 2(b) ist eine Seitenansicht und 2(c) ist eine vordere Ansicht. Die Stromerfassungsvorrichtung 1 erfasst einen Strom, der zu einer Sammelschiene fließt, die eine Batterie mit einer Vorrichtung wie beispielsweise einem Motor in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug elektrisch verbindet. Wie es in 1 gezeigt ist, enthält die Stromerfassungsvorrichtung 1 einen magnetischen Kern 10, ein Hall-Element 20, eine Sammelschiene zur Stromerfassung 30, ein Isoliergehäuse 40 und ein elektronisches Substrat 50.
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<Magnetischer Kern>
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Der magnetische Kern 10 ist ein magnetischer Körper, der aus Ferrit oder Siliziumstahl ausgebildet ist, und weist eine Gestalt auf, die kontinuierlich um einen hohlen Abschnitt 11 ausgebildet ist, wobei beide Enden einander über einen Lückenabschnitt 12, der eine Größe von näherungsweise mehreren Millimetern aufweist, gegenüberliegen. Mit anderen Worten, auch wenn der magnetische Kern 10 den schmalen Lückenabschnitt 12 aufweist, ist er im Wesentlichen ringförmig ausgebildet. Der magnetische Kern 10 ist in einer Ringgestalt ausgebildet, die den kreisförmigen hohlen Abschnitt 11 umgibt.
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<Hall-Element (magnetoelektrisches Wandlungselement)>
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Das Hall-Element 20 ist ein Beispiel eines magnetoelektrischen Wandlungselementes, das in dem Lückenabschnitt 12 des magnetischen Kerns 10 angeordnet ist und einen Magnetfluss, der in Abhängigkeit von einem Strom, der durch den hohlen Abschnitt 11 des magnetischen Kerns 10 fließt, zu ändern ist, erfasst und ein Magnetflusserfassungssignal als ein elektrisches Signal ausgibt.
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<Elektronisches Substrat>
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Das elektronische Substrat 50 ist ein Substrat, auf dem eine Schaltung, die mit einem Anschluss 21 des Hall-Elementes 20 zu verbinden ist, und ein Verbinder 51 zum Verbinden dieser Schaltung mit einer anderen externen Schaltung montiert sind. Dementsprechend ist der Verbinder 51 mit dem Hall-Element 20 elektrisch verbunden. Die Schaltung, die auf dem elektronischen Substrat 50 montiert ist, ist eine Schaltung zum Verstärken des Magnetflusserfassungssignals, das von dem Hall-Element 20 ausgegeben wird. Das Hall-Element 20 ist mit einer externen Schaltung über das elektronische Substrat 50, das den Verbinder 51 enthält, verbunden.
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<Sammelschiene zur Stromerfassung>
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Die Sammelschiene zur Stromerfassung 30 ist ein elektrischer Leiter, der aus Metall wie beispielsweise Kupfer ausgebildet ist und einen Teil einer Sammelschiene zur elektrischen Verbindung einer Batterie mit einer elektrischen Vorrichtung bildet. Dieses bedeutet, dass ein zu erfassender Strom zu der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 fließt. Außerdem ist die Sammelschiene zur Stromerfassung 30 ein Element, das unabhängig von einer batterieseitigen Sammelschiene, die zuvor mit der Batterie verbunden wurde, und einer Sammelschiene, die zuvor mit der elektrischen Vorrichtung verbunden wurde, ist. Die Sammelschiene zur Stromerfassung 30 weist zwei Enden auf, die mit anderen zuvor installierten Sammelschienen (der batterieseitigen Sammelschiene und der vorrichtungsseitigen Sammelschiene) verbunden sind.
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Wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, ist die Sammelschiene zur Stromerfassung 30 im Wesentlichen durch einen ersten Abschnitt 31, der einen bestimmten Bereich in einem Mittelteil belegt, und zweite Abschnitte 32 an dessen beiden Seiten ausgebildet. Der erste Abschnitt 31 durchdringt den hohlen Abschnitt 11 des magnetischen Kerns 10 in einer Stromflussrichtung. Die Stromflussrichtung gibt eine Dickenrichtung des magnetischen Kerns 10 und eine Achsmittenrichtung eines Zylinders in dem Fall, in dem der ringförmige magnetische Kern als der Zylinder betrachtet wird, und außerdem eine orthogonale Richtung zu einer Oberfläche, die durch den ringförmigen magnetischen Kern 10 ausgebildet wird, an. In jeder der Figuren ist die Stromflussrichtung als eine X-Achsenrichtung angegeben. In der folgenden Beschreibung wird die Stromflussrichtung (die X-Achsenrichtung) als eine erste Richtung bezeichnet.
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Die Sammelschiene zur Stromerfassung 30 ist ein Element, das durch einen Leiter ausgebildet wird, der mit dem ersten Abschnitt 31, der den hohlen Abschnitt 11 des magnetischen Kerns 10 in der ersten Richtung durchdringt, und den plattenförmigen zweiten Abschnitte 32, die in der ersten Richtung mit jeweiligen zwei Seiten des ersten Abschnitts 31 verbunden sind, versehen ist. Außerdem ist der erste Abschnitt 31 in der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 in einer röhrenförmigen Gestalt, beispielsweise einer kreisförmigen zylindrischen Gestalt, einer elliptischen zylindrischen Gestalt oder ähnlichem, ausgebildet. In jeder Figur sind eine Breitenrichtung und eine Dickenrichtung des plattenförmigen zweiten Abschnitts 32 jeweils als eine Y-Achsenrichtung und eine Z-Achsenrichtung angegeben. In der folgenden Beschreibung werden die Breitenrichtung (die Y-Achsenrichtung) und die Dickenrichtung (die Z-Achsenrichtung) des plattenförmigen zweiten Abschnitts 32 jeweils als eine zweite Richtung und eine dritte Richtung bezeichnet.
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3 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen Prozess zum Herstellen der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 zeigt. Die Sammelschiene zur Stromerfassung 30 ist ein Element, das eine Struktur aufweist, bei der Teile, die bestimmte Bereiche auf beiden Seiten eines röhrenförmigen Metallelementes 30X belegen, mittels einer Pressmaschine 60 oder ähnlichem in eine Plattengestalt gepresst wurden. In diesem Fall wird mindestens ein Ende des röhrenförmigen Metallelementes 30X in die Plattengestalt gepresst, nachdem das röhrenförmige Metallelement 30X in den hohlen Abschnitt 11 des magnetischen Kerns 10 eingeführt wurde.
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Genauer gesagt wird in einem Prozess zum Herstellen der Stromerfassungsvorrichtung 1 der Prozess zum Herstellen der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 entsprechend beispielsweise der folgenden Prozedur durchgeführt. [1] Zunächst wird ein Durchdringungsschritt zum Bewirken, dass das röhrenförmige Metallelement 30X den hohlen Abschnitt 11 des magnetischen Kerns 10 durchdringt, durchgeführt. [2] Anschließend wird ein erster Pressschritt zum Pressen eines der Enden des röhrenförmigen Metallelementes 30X mittels der Pressmaschine 60 oder ähnlichem in die Plattengestalt durchgeführt. [3] Schließlich wird ein zweiter Pressschritt zum Pressen des anderen Endes des röhrenförmigen Metallelementes 30X mittels der Pressmaschine 60 oder ähnlichem in die Plattengestalt durchgeführt.
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In dem Herstellungsprozess ist es ausreichend, wenn der Durchdringungsschritt [1] durchgeführt wird, bevor der erste Pressschritt [2] und/oder der zweite Pressschritt [3] durchgeführt werden. Der erste Pressschritt [2] kann beispielsweise zuerst durchgeführt werden, der Durchdringungsschritt [1] kann anschließend durchgeführt werden, und schließlich kann der zweite Pressschritt [3] durchgeführt werden. Außerdem kann der Durchdringungsschritt [1] zuerst durchgeführt werden, und der erste Pressschritt [2] und der zweite Pressschritt [3] können anschließend gleichzeitig durchgeführt werden.
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Die Teile beider Enden, die in die Plattengestalt gepresst werden, bilden die zweiten Abschnitte 32 der Sammelschiene zur Stromerfassung 30, und der röhrenförmige Teil dazwischen bildet den ersten Abschnitt 31 der Sammelschiene zur Stromerfassung 30. Der plattenförmige zweite Abschnitt 32, der durch Pressen des Endes des röhrenförmigen Metallelementes 30X ausgebildet wird, weist eine Struktur auf, bei der Metallplatten in zwei Schichten in der Dickenrichtung aneinander gebondet sind.
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Das Metallelement 30X, das in 3 gezeigt ist, ist ein kreisförmiges zylindrisches Element, und der erste Abschnitt 31 der Sammelschiene zur Stromerfassung 30, der durch Verarbeiten beider Enden des Metallelementes 30X hergestellt wird, weist eine kreisförmige zylindrische Gestalt auf. Das röhrenförmige Metallelement 30X kann auch eine elliptische zylindrische Gestalt oder eine rechteckige zylindrische Gestalt aufweisen. Es ist wünschenswert, wenn eine Querschnittsgestalt des Metallelementes 30X, das heißt eine Umfangsgestalt eines Querschnitts des ersten Abschnitts 31 eine ähnliche Gestalt wie der hohle Abschnitt 11 des magnetischen Kerns 10 aufweist.
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In der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 ist eine Breite D5 des zweiten Abschnitts 32 größer als ein Durchmesser D1 (eine maximale Breite) des hohlen Abschnitts 11 ausgebildet. Außerdem ist eine minimale Höhe D4 des Umfangs des ersten Abschnitts 31 größer als eine Dicke bzw. Höhe D6 des zweiten Abschnitts 32 ausgebildet. Mit anderen Worten, ein Verhältnis zwischen einer Längsabmessung und einer horizontalen Abmessung des Umfangs des Querschnitts in dem ersten Abschnitt 31 ist näher bei Eins als ein Verhältnis zwischen einer Längsabmessung und einer Horizontalabmessung des Querschnitts in dem zweiten Abschnitt 32. In dem Fall, in dem der erste Abschnitt 31 eine kreisförmige Zylindergestalt aufweist, sind die minimale Höhe D4 und die maximale Breite D3 des Umfangs des ersten Abschnitts 31 gleich. Außerdem enthält das Verhältnis, das näher bei Eins ist, ein Verhältnis von Eins.
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In der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 ist außerdem die minimale Höhe D4 des Umfangs des ersten Abschnitts 31 größer als eine Lückenhöhe D2 ausgebildet, die ein Abstand zwischen beiden Enden des magnetischen Kerns 10 ist. Außerdem ist, wie es oben beschrieben wurde, die Breite D5 des zweiten Abschnitts 32 größer als der Durchmesser D1 (die maximale Breite) des hohlen Abschnitts 11 des magnetischen Kerns 10. Aus diesem Grund kann der magnetische Kern 10 nicht an dem ersten Abschnitt 31 einer derartigen Sammelschiene zur Stromerfassung 30, die zuvor hergestellt wurde, angebracht werden. Dementsprechend wird ein Satz aus dem magnetischen Kern 10 und der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 in einem Zustand der Durchdringung des hohlen Abschnitts 11 des magnetischen Kerns 10 hergestellt, und die Sammelschiene zur Stromerfassung 30 wird dann mit der anderen Sammelschiene verbunden.
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Daher wird ein Loch 32Z zur Schraubenbefestigung als ein Kopplungsabschnitt zur Kopplung mit der anderen Sammelschiene an dem zweiten Abschnitt 32 der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 ausgebildet. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, bei dem der zweite Abschnitt 32 der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 in der Stromerfassungsvorrichtung 1 über eine Schraube 8 mit einer anderen zuvor installierten Sammelschiene 9 gekoppelt wird. In 5 ist aus Vereinfachungsgründen das Isoliergehäuse 40 nicht gezeigt. Wie es in 5 gezeigt ist, weist ein Abschnitt in der anderen Sammelschiene 9, die mit dem zweiten Abschnitt 32 der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 zu koppeln ist, beispielsweise eine Gestalt eines Anschlussblockes auf, in dem ein Loch 9A zur Schraubenbefestigung ausgebildet ist. Der Kopplungsabschnitt, der an dem zweiten Abschnitt 32 vorgesehen ist, kann anstatt oder zusätzlich zu dem Schraubenbefestigungsloch 32Z einen anderen Mechanismus zur Anbringung an der anderen Sammelschiene 9 aufweisen.
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<Isoliergehäuse>
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Das Isoliergehäuse 40 wird durch einen Isolator ausgebildet ist ein Element, das den magnetischen Kern 10, das Hall-Element 20, die Sammelschiene zur Stromerfassung 30 und das elektronische Substrat 50 hält, und enthält ein Hauptkörpergehäuse 41 und ein Deckelelement 42, das an dem Hauptkörpergehäuse 41 anzubringen ist. Das Hauptkörpergehäuse 41 und das Deckelelement 42 sind jeweils ein einstückiges Gießelement, das durch Isolierharz, beispielsweise Polyamid (PA), Polypropylen (PP), Polybutylenterephthalat (PBT), ABS-Harz oder ähnlichem, ausgebildet ist.
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Das Hauptkörpergehäuse 41 ist in einer Gestalt einer Box, die eine Öffnung aufweist, ausgebildet, und das Deckelelement 42 ist an dem Hauptkörpergehäuse 41 befestigt und verschließt die Öffnung des Hauptkörpergehäuses 41. Es sind ein erster Halteabschnitt 43 und ein zweiter Halteabschnitt 44, die von einer Oberfläche auf einer Innenseite des Hauptkörpergehäuses 41 vorstehen, ausgebildet. Das Hauptkörpergehäuse 41 hält den magnetischen Kern 10, die Sammelschiene zur Stromerfassung 30, die den hohlen Abschnitt 11 durchdringt, und das Hall-Element 20, das in dem Lückenabschnitt 12 angeordnet ist, mittels des ersten Halteabschnitts 43 und des zweiten Halteabschnitts 44 in einem Zustand, in dem sie einander nicht kontaktieren.
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Genauer gesagt ist der erste Halteabschnitt 43 in einem Leerraum zwischen dem magnetischen Kern 10 und dem ersten Abschnitt 31 der Sammelschiene zur Stromerfassung 30, die den hohlen Abschnitt 11 durchdringt, angebracht, wodurch der magnetische Kern 10 und die Sammelschiene zur Stromerfassung 30 in einem Zustand gehalten werden können, in dem sie keinen Kontakt zueinander aufweisen. Außerdem ist der zweite Halteabschnitt 44 in einem Leerraum zwischen dem magnetischen Kern 10 und dem Hall-Element 20, das in dem Lückenabschnitt 12 angeordnet ist, angebracht, wodurch der magnetische Kern 10 und das Hall-Element 20 in einem Zustand gehalten werden können, in dem sie einander nicht kontaktieren.
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Außerdem ist ein Schlitzloch 45, in das die zweiten Abschnitte 32, die an jeweiligen Enden der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 vorgesehen sind, eingeführt werden, an dem Hauptkörpergehäuse 41 und dem Deckelelement 42 ausgebildet. In einem Zustand, in dem einer der zweiten Abschnitte 32 in der Sammelschiene zur Stromerfassung 30, die den hohlen Abschnitt 11 des magnetischen Kerns 10 durchdringt, durch das Schlitzloch 45 des Hauptgehäusekörpers 41 eingeführt ist, halten der erste Halteabschnitt 43 und der zweite Halteabschnitt 44 in dem Hauptkörpergehäuse 41 den magnetischen Kern 10, das Hall-Element 20 und die Sammelschiene zur Stromerfassung 30.
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Außerdem wird das Deckelelement 42 an dem Hauptkörpergehäuse 41, das den Magnetkern 10, das Hall-Element 20 und die Sammelschiene zur Stromerfassung 30 hält, befestigt, um die Öffnung des Hauptkörpergehäuses 41 zu schließen, während das elektronische Substrat 50 dazwischen angeordnet ist. In diesem Fall wird der andere zweite Abschnitt 32 in der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 von innen nach außen in das Schlitzloch 45 des Deckelementes 42 eingeführt. Außerdem ist das elektronische Substrat 50 zwischen dem Hauptkörpergehäuse 41 und dem Deckelelement 42 angeordnet, und der Verbinder 51, der an dem elektronischen Substrat 50 montiert ist, wird dadurch in einem Zustand der Anbringung in einem Ausschnittabschnitt 46, der an dem Hauptkörpergehäuse 41 ausgebildet ist, gehalten.
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Außerdem sind das Hauptkörpergehäuse 41 und das Deckelelement 42 mit Verriegelungsmechanismen 47 und 48 zum Halten des Hauptkörpergehäuses 41 und des Deckelelementes 42 in einem gekoppelten Zustand versehen. Die Verriegelungsmechanismen 47 und 48, die in 1 gezeigt sind, beinhalten einen Klauenabschnitt 47, der von einer Seitenfläche des Hauptkörpergehäuses 41 vorsteht, und einen ringförmigen Rahmenabschnitt 48, der auf einer Seite des Deckelelementes 42 ausgebildet ist. Der Klauenabschnitt 47 des Hauptkörpergehäuses 41 ist in einem Loch untergebracht, das durch einen Rahmenabschnitt 48 des Deckelelementes 42 ausgebildet wird, so dass das Hauptkörpergehäuse 41 und das Deckelelement 42 in einem kombinierten bzw. verbundenen Zustand gehalten werden.
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4 ist eine Draufsicht, die die Stromerfassungsvorrichtung 1 in dem Zustand zeigt, in dem das Hauptkörpergehäuse 41 und das Deckelelement 42 miteinander kombiniert sind. Wie es in 4 gezeigt ist, bedecken und halten das Hauptkörpergehäuse 41 und das Deckelelement 42 (das Isoliergehäuse 40) den magnetischen Kern 10, den ersten Abschnitt 31 der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 und das Hall-Element 20 in einem Zustand, in dem ein Abschnitt (ein Kopplungsabschnitt), der mit dem Loch 32Z in dem zweiten Abschnitt 32 der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 versehen ist, und der Verbinder 51 des elektronischen Substrats 50 zur Außenseite freigelegt sind.
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In der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 der Stromerfassungsvorrichtung 1, die oben beschrieben wurde, ist der erste Abschnitt 31 derart ausgebildet, dass die maximale Breite D3 des Umfangs des Querschnitts kleiner als die Breite D5 (die maximale Breite) des zweiten Abschnitts ist. Mit anderen Worten, die Umfangsgestalt des Querschnitts des ersten Abschnitts 31 ist in der zweiten Richtung in Bezug auf den zweiten Abschnitt 32 kleiner. Als Ergebnis ist es in der Stromerfassungsvorrichtung 1 möglich, einen vergleichsweise kleinen magnetischen Kern 10 in Bezug auf die Breite der Sammelschiene zu verwenden, und somit ist es möglich, eine Erhöhung der Größe der gesamten Vorrichtung, die den magnetischen Kern 10 enthält, zu vermeiden.
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Außerdem ist die Umfangsgestalt des Querschnitts des ersten Abschnitts 31 in der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 derart ausgebildet, dass die minimale Höhe D4 größer als die Dicke bzw. Höhe D6 (die minimale Höhe) des zweiten Abschnitts 32 ist. Demzufolge wird der Querschnittsbereich des Leiters in dem ersten Abschnitt 31 im Vergleich zu dem Querschnittsbereich des Leiters in dem zweiten Abschnitt 32 nicht wesentlich verringert. Insbesondere ist in der Sammelschiene zur Stromerfassung 30, die eine Struktur aufweist, bei der beide Enden des röhrenförmigen Metallelementes 30X in die Plattengestalt gepresst sind, der Querschnittsbereich des Leiters in dem ersten Abschnitt 31 gleich dem Querschnittsbereich des Leiters in dem zweiten Abschnitt 32. Dementsprechend ist es möglich, eine übermäßige Wärmeerzeugung in dem ersten Abschnitt 31 zu verhindern. Da der zweite Abschnitt 32 ein Abschnitt ist, bei dem zusammen mit der Kopplungsschraube 8 und der anderen Sammelschiene 9, die durch Druck daran geschweißt sind, die gesamte Wärmekapazität größer ist, wird durch das Vorhandensein des Loches 32Z kein Problem hinsichtlich der Wärmeerzeugung verursacht.
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Außerdem ist es bei der Sammelschiene zur Stromerfassung 30, die eine Struktur aufweist, bei der beide Endabschnitte des röhrenförmigen Metallelementes 30X in die Plattengestalt gepresst sind, möglich, einen plattenförmigen zweiten Abschnitt 32 herzustellen, der nach der Einführung des röhrenförmigen Metallelementes 30X in den hohlen Abschnitt 11 des magnetischen Kerns 10 eine größere Breite als die Breite D1 des hohlen Abschnitts 11 aufweist. Dementsprechend ist es möglich, auf einfache Weise eine Sammelschiene zur Stromerfassung 30 herzustellen, bei der die Breite D3 (der Durchmesser) des Abschnitts des röhrenförmigen ersten Abschnitts 31 größer als die Lückenhöhe D2 in dem magnetischen Kern 10 ausgebildet ist. Um die Erfassungsempfindlichkeit eines Stromes zu verbessern, ist es wünschenswert, die Lückenhöhe D2 zu verringern, wodurch ein Leerraum zwischen dem Hall-Element 20, das in dem Lückenabschnitt 12 angeordnet ist, und beiden Enden des magnetischen Kerns 10 verringert wird.
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Außerdem werden der magnetische Kern 10, das Hall-Element 20 und die Sammelschiene zur Stromerfassung 30 in der Stromerfassungsvorrichtung 1 durch das Isoliergehäuse 40, das andere Teile als das Loch 32Z des zweiten Abschnitts 32 und des Verbinders 51, die freizulegen sind, bedeckt, in einer vorbestimmten Positionsbeziehung zueinander gehalten. Demzufolge ist es einfach, einen Betrieb zum Anbringen der Stromerfassungsvorrichtung 1 an der zuvor installierten Sammelschiene 9 durchzuführen.
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<Sammelschiene zur Stromerfassung (Erste Ausführungsform)>
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Im Folgenden wird eine Sammelschiene zur Stromerfassung 30A gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die für die Stromerfassungsvorrichtung 1 verwendet werden kann, mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben. 6 ist eine dreiflächige Ansicht, die die Sammelschiene zur Stromerfassung 30A zeigt. Außerdem ist 7 eine Draufsicht, die ein plattenförmiges Metallelement 30Y zeigt, das einen Ursprung der Sammelschiene zur Stromerfassung 30A ist. In 6 ist ein magnetischer Kern 10, der mit der Sammelschiene zur Stromerfassung 30A zu kombinieren ist, mit einer virtuellen Linie (eine Zweipunkt-Strich-Linie) gezeigt. Außerdem ist 6(a) eine Draufsicht, 6(b) ist eine Seitenansicht und 6(c) ist eine vordere Ansicht.
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In den 6 und 7 weisen dieselben Komponenten wie in den 1 bis 5 dieselben Bezugszeichen auf. Im Folgenden wird nur der Unterschied der Sammelschiene zur Stromerfassung 30A von der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 beschrieben.
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Ähnlich wie die Sammelschiene zur Stromerfassung 30 ist die Sammelschiene zur Stromerfassung 30A ebenfalls ein Element, das durch einen Leiter gebildet wird, der mit einem ersten Abschnitt 31A, der einen hohlen Abschnitt 11 des magnetischen Kerns 10 in einer ersten Richtung (einer X-Achsenrichtung) durchdringt, und plattenförmigen zweiten Abschnitten 32A, die in der ersten Richtung mit jeweiligen zwei Seiten des ersten Abschnitts 31A verbunden sind, versehen ist.
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Außerdem ist in der Sammelschiene zur Stromerfassung 30A eine Breite D5 des zweiten Abschnitts 32A größer als ein Durchmesser D1 (eine maximale Breite) des hohlen Abschnitts 11. Weiterhin ist eine minimale Höhe D4 eines Umfangs des ersten Abschnitts 31A größer als eine Dicke bzw. Höhe D6 des zweiten Abschnitts 32A.
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Andererseits ist in der Sammelschiene zur Stromerfassung 30A die minimale Höhe D4 des Umfangs des ersten Abschnitts 31A kleiner als eine Lückenhöhe D2 ausgebildet, die ein Abstand zwischen beiden Enden des magnetischen Kerns 10 ist. Aus diesem Grund ist es möglich, den magnetischen Kern 10 durch den Lückenabschnitt 12 an dem ersten Abschnitt 31A der zuvor hergestellten Sammelschiene zur Stromerfassung 30A zu befestigen.
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Die Sammelschiene zur Stromerfassung 30A ist ein Element, das eine Struktur aufweist, bei der ein Abschnitt 31Y in dem plattenförmigen Metallelement 30Y von beiden Seiten in einer zweiten Richtung (einer Y-Achsenrichtung) entlang Einschnitten 34, die auf beiden Seiten in der ersten Richtung (der X-Achsenrichtung) des Abschnitts 31Y ausgebildet sind, zurückgefaltet ist. Die Einschnitte 34 in dem Metallelement 30Y sind auf beiden Seiten in der ersten Richtung (der X-Achsenrichtung) des Abschnitts 31Y von beiden Enden in der zweiten Richtung (der Y-Achsenrichtung) einwärts ausgebildet. Der zurückgefaltete Abschnitt 31Y bildet somit den ersten Abschnitt 31A der Sammelschiene zur Stromerfassung 30A, und Teile auf beiden Seiten des zurückgefalteten Abschnitts 31Y bilden die zweiten Abschnitte 32A. Es ist einfach, eine derartige Sammelschiene zur Stromerfassung 30A herzustellen.
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Außerdem ist in der Sammelschiene zur Stromerfassung 30A die Umfangsgestalt des Querschnitts des ersten Abschnitts 31A in der zweiten Richtung (der Y-Achsenrichtung) in Bezug auf den zweiten Abschnitt 32A kleiner. Als Ergebnis ist es in der Stromerfassungsvorrichtung 1 möglich, einen vergleichsweise kleinen magnetischen Kern 10 in Bezug auf die Breite der Sammelschiene ebenfalls in dem Fall zu verwenden, in dem die Sammelschiene zur Stromerfassung 30A verwendet wird, und somit ist es möglich, eine Erhöhung der Größe der gesamten Vorrichtung einschließlich dem magnetischen Kern 10 zu verhindern.
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Außerdem ist in der Sammelschiene zur Stromerfassung 30A die Umfangsgestalt des Querschnitts des ersten Abschnitts 31A derart ausgebildet, dass die minimale Höhe D4 größer als die Dicke bzw. Höhe D6 (die minimale Höhe) des zweiten Abschnitts 32A ist. Demzufolge wird der Querschnittsbereich des Leiters in dem ersten Abschnitt 31A im Vergleich zu dem Querschnittsbereich des Leiters in dem zweiten Abschnitt 32A nicht wesentlich verringert. Insbesondere ist in der Sammelschiene zur Stromerfassung 30A, die eine Struktur aufweist, bei der ein Teil des plattenförmigen Metallelementes 30Y zurückgefaltet ist, der Querschnittsbereich des Leiters in dem ersten Abschnitt 31A gleich dem Querschnittsbereich des Leiters in dem zweiten Abschnitt 32A.
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In der Sammelschiene zur Stromerfassung 30A ist der Querschnittsbereich des Leiters in dem Teil, in dem der Einschnitt 34 zwischen dem ersten Abschnitt 31A und dem zweiten Abschnitt 32A ausgebildet ist, kleiner als der Querschnittsbereich des Leiters in dem Teil, der davor und danach vorgesehen ist. Als Ergebnis eines Experimentes hat sich jedoch in dem Fall, in dem die Breite des Einschnittes 34 sehr klein ist, ergeben, dass eine Erhöhung der Impedanz in dem Teil, der mit dem Schnitt 34 versehen ist, so gering ist, dass sie nahezu für die gesamte Sammelschiene zur Stromerfassung 30A vernachlässigt werden kann. Daher ist es in der Sammelschiene zur Stromerfassung 30A möglich, eine übermäßige Wärmeerzeugung in dem ersten Abschnitt 31 in dem Fall zu verhindern, in dem der Einschnitt 34 mit einer sehr kleinen Breite ausgebildet ist.
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< Sammelschiene zur Stromerfassung (Zweite Ausführungsform)>
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Im Folgenden wird eine Sammelschiene zur Stromerfassung 30B gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die für die Stromerfassungsvorrichtung 1 verwendet werden kann, mit Bezug auf die 8 bis 10 beschrieben. 8 ist eine dreiflächige Ansicht, die die Sammelschiene zur Stromerfassung 30B zeigt. Außerdem ist 9 eine Draufsicht, die ein plattenförmiges Metallelement 30Z zeigt, das ein Ursprung der Sammelschiene zur Stromerfassung 30B ist. Weiterhin ist 10 eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem die Sammelschiene zur Stromerfassung 30B in einen hohlen Abschnitt 11 eines magnetischen Kerns 10 eingeführt ist. In 8 ist der magnetische Kern 10, der mit der Sammelschiene zur Stromerfassung 30B zu kombinieren ist, mit einer virtuellen Linie (einer Zweipunkt-Strich-Linie) gezeigt. Außerdem ist 8(a) eine Draufsicht, 8(b) ist eine Seitenansicht und 8(c) ist eine vordere Ansicht.
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In den 8 bis 10 weisen dieselben Komponenten wie in den 1 bis 5 dieselben Bezugszeichen auf. Im Folgenden wird nur der Unterschied der Sammelschiene zur Stromerfassung 30B von der Sammelschiene zur Stromerfassung 30 beschrieben.
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Ähnlich wie die Sammelschiene zur Stromerfassung 30 ist die Sammelschiene zur Stromerfassung 30B ebenfalls ein Element, das durch einen Leiter gebildet wird, der mit einem ersten Abschnitt 31B, der einen hohlen Abschnitt 11 eines magnetischen Kerns 10 in einer ersten Richtung (einer X-Achsenrichtung) durchdringt, und plattenförmigen zweiten Abschnitten 32B, die in der ersten Richtung mit jeweiligen zwei Enden des ersten Abschnitts 31B verbunden sind, versehen ist.
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Auch in der Sammelschiene zur Stromerfassung 30B ist eine Breite D5 des zweiten Abschnitts 32B größer als ein Durchmesser D1 (eine maximale Breite) des hohlen Abschnitts 11. Außerdem ist eine minimale Höhe D4 des Umfangs des ersten Abschnitts 31B größer als eine Dicke bzw. Höhe D6 des zweiten Abschnitts 32B.
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Die Sammelschiene zur Stromerfassung 30B ist ein Element, das eine Struktur aufweist, bei der ein Abschnitt 31Z in dem plattenförmigen Metallelement 30Z von einer Seite in einer zweiten Richtung (einer Y-Achsenrichtung) entlang Einschnitten 34, die auf beiden Seiten in der ersten Richtung (der X-Achsenrichtung) des Abschnitts 31Z ausgebildet sind, zurückgefaltet ist. Die Einschnitte 34 in dem Metallelement 30Z sind auf beiden Seiten in der ersten Richtung (der X-Achsenrichtung) des Abschnitts 31Z von einem Ende in der zweiten Richtung (der Y-Achsenrichtung) einwärts ausgebildet. Der zurückgefaltete Abschnitt 31Z bildet somit den ersten Abschnitt 31B der Sammelschiene zur Stromerfassung 30B, und Teile auf beiden Seiten des zurückgefalteten Abschnitts 31Z bilden die zweiten Abschnitte 32B. Es ist ebenfalls einfach, eine derartige Sammelschiene zur Stromerfassung 30B herzustellen.
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Außerdem ist in der Sammelschiene zur Stromerfassung 30B die minimale Höhe D4 des Umfangs des ersten Abschnitts 31B größer als eine Lückenhöhe D2 ausgebildet, die ein Abstand zwischen beiden Enden des magnetischen Kerns 10 ist. Weiterhin ist in der Sammelschiene zur Stromerfassung 30B der erste Abschnitt 31B, der der zurückgefaltete Abschnitt 31Z ist, an einer Position ausgebildet, die zu einer Seite eines Endes in der zweiten Richtung (der Y-Achsenrichtung) geneigt ist (näher bei dieser liegt). In dem Beispiel, das in den 8 bis 10 gezeigt ist, ist der erste Abschnitt 31B an einer Position ausgebildet, die zu einem Ende in einer positiven Richtung der Y-Achse geneigt ist.
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In der Sammelschiene zur Stromerfassung 30B, die die oben beschriebene Struktur aufweist, ist es ebenfalls in dem Fall, in dem die minimale Höhe D4 der Kontur des Abschnitts in dem ersten Abschnitt 31B größer als die Lückenhöhe D2 des magnetischen Kerns 10 ausgebildet ist, möglich, den ersten Abschnitt 31B in den hohlen Abschnitt 11 des magnetischen Kerns 10 einzuführen.
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Mit anderen Worten, wie es in 10 gezeigt ist, sind die Sammelschiene zur Stromerfassung 30B und der magnetische Kern 10 derart angeordnet, dass der gesamte erste Abschnitt 31B den hohlen Abschnitt 11 überlappt, und der zweite Abschnitt 32B ist derart angeordnet, dass er sowohl den hohlen Abschnitt 11 als auch den Lückenabschnitt 12 überlappt und den magnetischen Kern 10 aus Sicht der ersten Richtung (der X-Achsenrichtung). Durch Bewegen der Sammelschiene zur Stromerfassung 30B oder des magnetischen Kerns 10 in der ersten Richtung (der X-Achsenrichtung) in diesem Zustand ist es möglich, den ersten Abschnitt 31B in den hohlen Abschnitt 11 des magnetischen Kerns 10 einzuführen. Daher ist es möglich, den magnetischen Kern 10 an dem ersten Abschnitt 31B der zuvor hergestellten Sammelschiene zur Stromerfassung 30B zu befestigen.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- Stromerfassungsvorrichtung
- 8:
- Schraube
- 9:
- andere Sammelschiene
- 10:
- magnetischer Kern
- 11:
- hohler Abschnitt
- 12:
- Lückenabschnitt
- 20:
- Hall-Element
- 21:
- Anschluss
- 30, 30A, 30B:
- Sammelschiene zur Stromerfassung
- 30X, 30Y, 30Z:
- Metallelement
- 31, 31A, 31B:
- erster Abschnitt
- 32, 32A, 32B:
- zweiter Abschnitt
- 32Z:
- Loch
- 34:
- Einschnitt
- 40:
- Isoliergehäuse
- 41:
- Hauptkörpergehäuse
- 42:
- Deckelelement
- 43:
- erster Halteabschnitt
- 44:
- zweiter Halteabschnitt
- 45:
- Schlitzloch
- 47:
- Klauenabschnitt (Verriegelungsmechanismus)
- 48:
- Rahmenabschnitt (Verriegelungsmechanismus)
- 50:
- elektronisches Substrat
- 51:
- Verbinder
