DE112012002142T5

DE112012002142T5 - Stromsensor

Info

Publication number: DE112012002142T5
Application number: DE112012002142.8T
Authority: DE
Inventors: Hirokatsu Nakajima; Takashi Misaki; Kouji Nishi; Susumu Fukuyama
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2014-03-06
Also published as: JP2012242203A; CN103547931B; US9170283B2; US20140091788A1; WO2012157362A1; CN103547931A

Abstract

Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, einen Stromsensor zu schaffen, mit dem es gelingt, den Stromsensor durch Benutzen eines basierend auf der Relation zu der Breite der Sammelschiene vergleichsweise kleinen Magnetkerns zu verkleinern und eine übermäßige Wärmeentwicklung in der Sammelschiene und eine Verschlechterung der Stromerfassungsgenauigkeit zu vermeiden. Der Stromsensor (1) weist einen Magnetkern (10), der durch Sintern eines Pulvers aus einem magnetischen Material geformt ist, und eine Stromerfassungs-Sammelschiene (30) auf. Die Stromerfassungs-Sammelschiene (30) ist ein Leiter, der einen Durchdringungsabschnitt (31), der in einer ersten Richtung, in welcher ein Strom fließt, einen Lochabschnitt (11) des Magnetkerns (10) durchdringt, sowie Kontaktabschnitte (32) aufweist, die auf beiden Seiten in der ersten Richtung an den Durchdringungsabschnitt (31) anschließen. Die Breite D5 der Kontaktabschnitte (32) ist größer als die größte Breite D3 des Lochabschnitts (11), und die kleinste Breite D4 der Querschnittskontur des Durchdringungsabschnitts (31) ist größer als die Dicke D6 der Kontaktabschnitte (32). Ein Isolationsgehäuse (40) hält den Magnetkern (10), die Stromerfassungs-Sammelschiene (30) und das Hall-Element (20) und verhindert dabei, dass diese in Kontakt miteinander kommen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromsensor zum Erfassen eines Stroms, der durch eine Sammelschiene fließt.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Fahrzeuge wie Hybridautos oder Elektroautos weisen in vielen Fällen einen Stromsensor auf, der zum Erfassen eines Stroms dient, der durch eine an eine Batterie angeschlossene Sammelschiene fließt. Beispiele für Vorrichtungen, die als Stromsensoren eingesetzt werden können, sind Stromsensoren nach dem magnetischen Proportionalitätsprinzip und Stromsensoren nach dem magnetischen Gleichgewichtsprinzip.
Ein Stromsensor nach einem magnetischen Proportionalitätsprinzip oder einem magnetischen Gleichgewichtsprinzip weist einen Magnetkern und ein magnetoelektrisches Umwandlungselement auf, wie beispielsweise in den Patentdokumenten Nr. 1, 2 und 3 gezeigt ist. Der Magnetkern ist ein magnetisches Material, das im Wesentlichen ringförmig ist, einen Spaltabschnitt aufweist, so dass zwei Enden einander mit dem Spalt dazwischen gegenüberliegen, und einstückig ausgebildet ist, so dass der Magnetkern einen Lochabschnitt, der von einer Sammelschiene durchdrungen wird, ringförmig umgibt. Der Lochabschnitt des magnetischen Materials ist ein Raum (Stromerfassungsraum), durch welchen ein Strom fließt, der erfasst werden soll.
Außerdem weist bei herkömmlichen Stromsensoren der Magnetkern eine Struktur auf, die dadurch entsteht, dass mehrere dünne plattenförmige Elemente, die jeweils im Wesentlichen ringförmig sind und aus einem magnetischen Material hergestellt sind, mittels eines Haftmittels übereinander geschichtet werden. Im Weiteren wird der Magnetkern mit einer solchen Struktur als Magnetkern vom Schichttyp bezeichnet.
Ferner ist das magnetoelektrische Umwandlungselement in dem Spaltabschnitt des Magnetkerns angeordnet. Das magnetoelektrische Umwandlungselement ist ein Element, das einen magnetischen Fluss erfasst, der sich abhängig von einem Strom verändert, welcher durch die Sammelschiene fließt, welche den Lochabschnitt durchdringt, und daraufhin ein Erfassungssignal für den magnetischen Fluss als elektrisches Signal ausgibt. Als das magnetoelektrische Umwandlungselement wird gemeinhin ein Hall-Element benutzt.
VORBEKANNTE DOKUMENTE
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument Nr. 1: JP H10-104279A
Patentdokument Nr. 2: JP 2006-166528A
Patentdokument Nr. 3: JP 2009-58451A

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
Bei einem herkömmlichen Stromsensor muss, da eine flache, plattenförmige Sammelschiene in einen Lochabschnitt eines Magnetkerns eingeführt wird, der Magnetkern so ausgebildet sein, dass die größte Breite (der Durchmesser) des Lochabschnitts größer ist als die Breite der Sammelschiene. Jedoch werden in Elektroautos, Hybridautos und dergleichen immer breitere Sammelschienen benutzt, um eine durch höhere durch die Sammelschienen fließende Ströme bedingte übermäßige Wärmeentwicklung in der Sammelschiene zu vermeiden.
Demgemäß ist der herkömmliche Stromsensor von dem Problem behaftet, dass in Relation zur Breite der Sammelschiene ein umso größerer Magnetkern benötigt wird, je breiter die Sammelschiene ist, wodurch ein größerer Raum benötigt wird, in dem der Stromsensor installiert ist. Falls insbesondere der Magnetkern in der Gestalt eines runden, elliptischen oder rechteckigen Rings mit einem Verhältnis zwischen Länge und Breite von 1 oder im Bereich von 1 vorliegt, ist der verschwendete Platz im Lochabschnitt des Magnetkerns umso größer, je breiter die Sammelschiene ist. Wird eine Sammelschiene benutzt, die ausschließlich im Bereich des Lochabschnitts des Magnetkerns einen verengten Teil aufweist, so kann es in dem verengten Teil zu einer übermäßigen Wärmeentwicklung kommen, was ein Problem darstellt.
Ferner kann bei einem Magnetkern vom Schichttyp aufgrund einer Positionsabweichung zwischen mehreren der plattenartigen Elemente, eines Maßfehlers einer Haftschicht oder dergleichen ein Maßfehler auftreten. Daher ist es wahrscheinlich, dass aufgrund des Maßfehlers des Magnetkerns bei dem herkömmlichen Stromsensor mit einem Magnetkern vom Schichttyp ein Stromerfassungsfehler auftritt, was ein Problem darstellt. Außerdem ist der Einfluss des Maßfehlers des Magnetkerns umso größer, je kleiner der Magnetkern ist, was bei kleinen Magnetkernen zu einer merklichen Verschlechterung der Stromerfassungsgenauigkeit führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, einen Stromsensor zum Erfassen eines durch eine Sammelschiene fließenden Stroms zu schaffen, mit dem es gelingt, sowohl den Stromsensor durch Benutzen eines basierend auf der Relation zu der Breite der Sammelschiene vergleichsweise kleinen Magnetkerns zu verkleinern als auch eine übermäßige Wärmeentwicklung in der Sammelschiene und eine Verschlechterung der Stromerfassungsgenauigkeit zu vermeiden.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
Ein Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Erfassen eines Stroms, der durch eine Sammelschiene fließt, und weist folgende Merkmale auf:

1. Ein erstes Merkmal ist ein Magnetkern, welcher ein Element ist, das durch Sintern eines Pulvers aus einem magnetischen Material geformt ist, wobei zwei Enden des Magnetkerns einander mit einem Spaltabschnitt dazwischen gegenüberliegen, wobei der Magnetkern derart einstückig ausgebildet ist, dass er einen Lochabschnitt umgibt bzw. umfängt.
2. Ein zweites Merkmal ist ein magnetoelektrisches Umwandlungselement, das in dem Spaltabschnitt des Magnetkerns angeordnet ist und einen magnetischen Fluss erfasst, der sich abhängig von einem durch den Lochabschnitt des Magnetkerns fließenden Strom verändert.
3. Ein drittes Merkmal ist eine Stromerfassungs-Sammelschiene, die aus einem Leiter (also einem leitfähigen Material) gebildet ist und einen Durchdringungsabschnitt, der den Lochabschnitt des Magnetkerns durchdringt, und Kontaktabschnitte aufweist, die sich auf beiden Seiten in einer Richtung, in welcher der Durchdringungsabschnitt den Lochabschnitt durchdringt, an den Durchdringungsabschnitt anschließen und an einen vorgeschalteten Kontakt bzw. einen nachgeschalteten Kontakt eines Stromübertragungswegs anbindbar bzw. verbindbar sind, wobei die Breite der Kontaktabschnitte größer als die Breite des Lochabschnitts ist.

Ferner weist bei dem Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung der Durchdringungsabschnitt der Stromerfassungs-Sammelschiene vorzugsweise eine Querschnittsgestalt auf, die der Konturgestalt des Lochabschnitts des Magnetkerns homothetisch ähnlich ist.
Ferner kann der Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung folgendes Merkmal 3.1 aufweisen:

3.1 Die Stromerfassungs-Sammelschiene ist so eingerichtet, dass mindestens einer der Kontaktabschnitte die Gestalt einer flachen Platte aufweist und die kleinste Breite der Querschnittskontur des Durchdringungsabschnitts größer als die Dicke des Kontaktabschnitts in der Gestalt einer flachen Platte ist.

Ferner kann der Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung eines der folgenden Merkmale 3.2, 3.3 und 3.4 aufweisen:

3.2. Die Stromerfassungs-Sammelschiene ist ein Element, das das Merkmal 3.1. aufweist und weiterhin so eingerichtet ist, dass mindestens einer von zwei Endabschnitten des Metallelements, welches den Lochabschnitt des Magnetkerns durchdringt, durch Pressverarbeitung in die Gestalt einer flachen Platte gepresst wird und eine größere Breite als andere Abschnitte aufweist, wobei der Abschnitt, der in die Gestalt einer flachen Platte gepresst wurde, als der Kontaktabschnitt dient.
3.3. Die Stromerfassungs-Sammelschiene ist ein Element, das so eingerichtet ist, dass mindestens einer von zwei Endabschnitten des Metallelements in der Gestalt eines Stabs, welches den Lochabschnitt des Magnetkerns durchdringt, durch Stauchverarbeitung so bearbeitet wird, dass er dicker als andere Abschnitte ist, wobei der Abschnitt, der so bearbeitet wurde, dass er dicker ist, als der Kontaktabschnitt dient.
3.4. Die Stromerfassungs-Sammelschiene ist ein Element, das das Merkmal 3.1 aufweist und ferner so eingerichtet ist, dass ein Teil des Metallelements in der Gestalt einer flachen Platte an Schlitzen entlang gefaltet ist, die auf beiden Seiten davon ausgebildet sind, und der gefaltete Abschnitt als der Durchdringungsabschnitt dient und Abschnitte in der Gestalt flacher Platten zu beiden Seiten des gefalteten Abschnitts als die Kontaktabschnitte dienen.

Außerdem kann bei der Stromerfassungs-Sammelschiene mit dem Merkmal 3.4 der gefaltete Abschnitt an einer Position ausgebildet sein, die in der Breitenrichtung des Kontaktabschnitts zu einem Ende hin verschoben ist.
Außerdem kann der Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung ferner das folgende Merkmal aufweisen:

4. Ein viertes Merkmal ist ein Isolationsgehäuse, das aus einem isolierenden Material hergestellt ist und so eingerichtet ist, dass es den Magnetkern, den Durchdringungsabschnitt der Stromerfassungs-Sammelschiene und das magnetoelektrische Umwandlungselement in einem Zustand abdeckt bzw. einfasst, in welchem die Kontaktabschnitte und ein Verbinder, der elektrisch mit dem magnetoelektrischen Umwandlungselement verbunden ist, nach außen freiliegen, und so eingerichtet ist, dass es den Magnetkern, die Stromerfassungs-Sammelschiene, die den Lochabschnitt durchdringt, und das magnetoelektrische Umwandlungselement, das in dem Spaltabschnitt angeordnet ist, hält und dabei vermeidet, dass diese miteinander in Kontakt kommen.

EFFEKT DER ERFINDUNG
Nachstehend wird bei dem Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung eine Richtung (Stromflussrichtung), in welcher die Stromerfassungs-Sammelschiene den Lochabschnitt des Magnetkerns durchdringt, als „erste Richtung” bezeichnet. Eine Breitenrichtung und eine Dickenrichtung der Kontaktabschnitte der Stromerfassungs-Sammelschiene, die rückwärts und vorwärts an den Durchdringungsabschnitt anschließen, der den Lochabschnitt des Magnetkerns durchdringt, werden als „zweite Richtung” bzw. „dritte Richtung” bezeichnet.
Bei der Stromerfassungs-Sammelschiene, die eine Komponente des Stromsensors gemäß der vorliegenden Erfindung ist, ist der Druchdringungsabschnitt, der den Lochabschnitt des Magnetkerns durchdringt, so eingerichtet, dass die größte Breite der Querschnittskontur des Durchdringungsabschnitts kleiner als die Breite (größte Breite) der Kontaktabschnitte ist, die vorn und hinten an den Durchdringungsabschnitt anschließen. Das heißt, dass die Konturgestalt eines Querschnitts des Durchdringungsabschnitts im Vergleich zum Kontaktabschnitt in der zweiten Richtung verschmälert ist. Infolgedessen kann ein basierend auf der Relation zu der Breite der Sammelschiene vergleichsweise kleiner Magnetkern benutzt und dadurch die Größe des gesamten Stromsensors einschließlich des Magnetkerns klein gehalten werden. Da beide Endabschnitte der Stromerfassungs-Sammelschiene als die Kontaktabschnitte dienen, ist es möglich, die Stromerfassungs-Sammelschiene in dem Zustand, in dem sie den Magnetkern durchdringt, nachträglich an eine vorgeschaltete Sammelschiene und eine nachgeschaltete Sammelschiene anzubinden bzw. anzuschließen, die im Voraus installiert wurden.
Außerdem kann der mittlere Abschnitt (Durchdringungsabschnitt) der Stromerfassungs-Sammelschiene, der den Lochabschnitt des Magnetkerns durchdringt, neben der Gestalt einer flachen Platte die Gestalt eines Stabs oder Zylinders wie etwa eines Rundstabs oder eines Vierkantstabs aufweisen. Daher kann dieser Durchdringungsabschnitt so eingerichtet sein, dass er – mit der Einschränkung, dass die größte Breite des Durchdringungsabschnitts kleiner als die Breite des Lochabschnitts des Magnetkerns ist, – eine größere Querschnittsfläche als die flache, plattenartige Sammelschiene aufweist. Demgemäß kann selbst bei Verwendung eines vergleichsweise kleinen Magnetkerns eine übermäßige Wärmeentwicklung in der Stromerfassungs-Sammelschiene vermieden werden.
Ferner ist bei dem Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung der Magnetkern ein Element, das durch Sintern von Pulver aus einem magnetischen Material geformt wird. Anders als bei einem Magnetkern vom Schichttyp ist bei einem Magnetkern vom gesinterten Typ das Auftreten eines Maßfehlers auch dann unwahrscheinlich, wenn er verkleinert wird. Daher ist es unwahrscheinlich, dass es bei dem Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung zu einem Stromerfassungsfehler aufgrund eines Maßfehlers des Magnetkerns kommt. Ferner zeichnet sich der Magnetkern vom gesinterten Typ dadurch besonders aus, dass die Anzahl der Schritte und die Kosten für die Herstellung des Magnetkerns gegenüber dem Magnetkern vom Schichttyp reduziert werden können.
Wenn ferner die Querschnittsgestalt des Durchdringungsabschnitts der Stromerfassungs-Sammelschiene der Konturgestalt des Lochabschnitts des Magnetkerns homothetisch ähnlich ist, kann ein Spalt zwischen dem Durchdringungsabschnitt und dem Magnetkern kleiner gemacht werden. Infolgedessen ist es möglich, den Stromsensor durch Benutzen des kleineren Magnetkerns zu verkleinern.
Wenn ferner die kleinste Breite der Querschnittskontur des Durchdringungsabschnitts der Stromerfassungs-Sammelschiene größer als die Dicke (kleinste Breite) des Kontaktabschnitts in der Gestalt einer flachen Platte ist, ist die Querschnittsfläche des Leiters des Durchdringungsabschnitts nicht wesentlich kleiner als die des Leiters des Kontaktabschnitts. Infolgedessen kann eine übermäßige Wärmeentwicklung in dem Durchdringungsabschnitt verhindert werden.
Wenn ferner die Stromerfassungs-Sammelschiene ein Element ist, das eine Struktur aufweist, bei welcher Endabschnitte des Metallelements, welches den Lochabschnitt des Magnetkerns durchdringt, in die Gestalt flacher Platten gepresst werden, können die flachen, plattenartigen Endabschnitte, deren Breite größer ist als die des Lochabschnitts, ausgebildet werden, nachdem das Metallelement, das zunächst noch nicht die Gestalt einer flachen Platte hat, in den Lochabschnitt des Magnetkerns eingeschoben worden ist. Dies macht es leicht möglich, eine Stromerfassungs-Sammelschiene herzustellen, die den Durchdringungsabschnitt aufweist, dessen Breite (Durchmesser) im Querschnitt größer ist als der Abstand (die Höhe des Spaltabschnitts) zwischen den beiden Enden des Magnetkerns. Es sei darauf hingewiesen, dass als Metallelement, das nicht die Gestalt einer flachen Platte hat, ein stabförmiges Metallelement oder ein zylinderförmiges Metallelement benutzt werden kann.
Wenn außerdem die Stromerfassungs-Sammelschiene ein Element ist, das eine Struktur aufweist, bei welcher die Endabschnitte des Metallelements in der Gestalt eines Stabs, welches den Lochabschnitt des Magnetkerns durchdringt, durch Stauchverarbeitung so bearbeitet werden, dass sie dicker als andere Abschnitte sind, können die Kontaktabschnitte, die dicker als der Lochabschnitt sind, ausgebildet werden, nachdem das stabförmige Metallelement in den Lochabschnitt des Magnetkerns eingeführt worden ist. Die Stromerfassungs-Sammelschiene mit dem Durchdringungsabschnitt, dessen Breite im Querschnitt (Durchmesser) größer als der Abstand (die Höhe des Spaltabschnitts) zwischen den beiden Enden des Magnetkerns ist, lässt sich daher einfach herstellen. Außerdem dienen die Abschnitte, die so bearbeitet wurden, dass sie dicker sind, wenn in ihnen Schraubenlöcher ausgebildet sind, als die Kontaktabschnitte, die an Sammelschienen anbindbar sind, die nach hinten und nach vorn hin angeordnet sind.
Wenn außerdem die Stromerfassungs-Sammelschiene ein Element ist, das eine Struktur aufweist, bei welcher ein Teil des flachen, plattenartigen Metallelements an Schlitzen entlang gefaltet ist, die auf beiden Seiten davon ausgebildet sind, lässt sich die Stromerfassungs-Sammelschiene leicht herstellen. In diesem Falle wird der gefaltete Abschnitt vorzugsweise an einer Position ausgebildet, die in der Breitenrichtung des Kontaktabschnitts zu einem Ende hin verschoben ist. In diesem Fall ist es selbst dann möglich, den Durchdringungsabschnitt der Stromerfassungs-Sammelschiene in den Lochabschnitt des Magnetkerns einzuführen, wenn die kleinste Breite der Kontur im Querschnitt des Durchdringungsabschnitts so gebildet ist, dass sie größer als die Höhe des Spaltabschnitts des Magnetkerns ist. Die Einzelheiten dazu werden später beschrieben.
Außerdem hält bei dem Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung das Isolationsgehäuse, welches den Magnetkern, die Stromerfassungs-Sammelschiene und das magnetoelektrische Umwandlungselement mit Ausnahme der Abschnitte, die freiliegen sollen, abdeckt, den Magnetkern, die Stromerfassungs-Sammelschiene und das magnetoelektrische Umwandlungselement in einer vorbestimmten Positionsbeziehung zueinander. Dies macht es einfach möglich, den Stromsensor an eine andere im Voraus installierte Sammelschiene anzuschließen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Stromsensors 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt Ansichten von drei Seiten einer Stromerfassungs-Sammelschiene 30, die Teil des Stromsensors 1 ist.
3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht von Schritten zum Herstellen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30.
4 zeigt eine Draufsicht auf den Stromsensor 1.
5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Zustands, in dem der Stromsensor 1 kurz davor steht, an die im Voraus installierten Sammelschienen angeschlossen zu werden.
6 zeigt Ansichten von drei Seiten einer Stromerfassungs-Sammelschiene 30A gemäß einer ersten Variante, die in dem Stromsensor 1 eingesetzt werden kann.
7 zeigt eine Draufsicht auf ein Element, das in der Hauptsache die Stromerfassungs-Sammelschiene 30A bildet.
8 zeigt Ansichten von drei Seiten einer Stromerfassungs-Sammelschiene 30B gemäß einer zweiten Variante, die in dem Stromsensor 1 eingesetzt werden kann.
9 zeigt eine Draufsicht auf ein Element, das in der Hauptsache die Stromerfassungs-Sammelschiene 30B bildet.
10 zeigt einen Zustand, in welchem die Stromerfassungs-Sammelschiene 30B in einen Lochabschnitt eines Magnetkerns eingeführt ist.
11 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Stromerfassungs-Sammelschiene 30C gemäß einer dritten Variante und den Magnetkern, der in dem Stromsensor 1 eingesetzt werden kann.
12 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Stromerfassungs-Sammelschiene 30D gemäß einer vierten Variante und den Magnetkern, der in dem Stromsensor 1 eingesetzt werden kann.
13 zeigt eine schematische Querschnittansicht von Schritten zum Herstellen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30D.
14 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Stromerfassungs-Sammelschiene 30E gemäß einer fünften Variante und einen Magnetkern, der in dem Stromsensor 1 eingesetzt werden kann.
15 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht von Schritten zum Herstellen einer Stromerfassungs-Sammelschiene gemäß einer sechsten Variante, die in dem Stromsensor 1 eingesetzt werden kann.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Nachstehend wird anhand der beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Die nachstehende Ausführungsform ist lediglich ein spezifisches Beispiel für die Erfindung und soll den technischen Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken.
Zunächst wird anhand der 1 bis 4 die Konfiguration eines Stromsensors 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Man beachte, dass 2a) eine Draufsicht, 2b) eine Ansicht von der Seite und 2c) eine Ansicht von vorn ist. Der Stromsensor 1 ist eine Vorrichtung zum Erfassen eines Stroms, der durch eine Sammelschiene fließt, die in einem Elektroauto, einem Hybridauto oder dergleichen eine Batterie und eine Einrichtung wie einen Motor elektrisch verbindet. Wie in 1 gezeigt ist, weist der Stromsensor 1 einen Magnetkern 10, ein Hall-Element 20, eine Stromerfassungs-Sammelschiene 30 (engl.: current detection busbar), ein Isolationsgehäuse 40 und eine elektronische Leiterplatte 50 auf.
<Magnetkern>
Der Magnetkern 10 ist ein Element (magnetisches Element), das durch Sintern von Pulver aus einem magnetischen Material wie etwa Permalloy, Ferrit oder Siliciumstahl geformt wird. Mit anderen Worten ist der Magnetkern 10 ein Element, das derart entsteht, dass ein Aggregat aus einem festen Pulver, das aus einem magnetischen Material hergestellt ist, durch Pressen in einer Gussform verfestigt und geformt und anschließend auf eine Temperatur erhitzt wird, die unter dem Schmelzpunkt des magnetischen Materials liegt.
Außerdem liegt der Magnetkern 10 in einer Gestalt vor, deren beide Enden einander mit einem ungefähr einige Millimeter großen Spaltabschnitt 12 dazwischen gegenüberliegen, und ist einstückig derart ausgebildet, dass sie einen Lochabschnitt 11 umgibt. Das heißt, der Magnetkern 10 liegt im Wesentlichen in der Form einer durchgängigen Schleife ausgebildet, nur dass er den schmalen Spaltabschnitt 12 aufweist. Der Magnetkern 10 ist bei dieser Ausführungsform in der Gestalt eines kreisrunden Rings ausgebildet, welcher den kreisrunden Lochabschnitt 11 umgibt.
<Hall-Element (magnetoelektrisches Umwandlungselement)>
Das Hall-Element 20 ist in dem Spaltabschnitt 12 des Magnetkerns 10 angeordnet. Das Hall-Element 20 ist ein Beispiel für ein magnetoelektrisches Umwandlungselement zum Erfassen eines magnetischen Flusses, der sich abhängig von einem Strom, welcher durch den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 hindurchgeht, verändert, und zum Ausgeben eines Erfassungssignals für den magnetischen Fluss als elektrisches Signal.
<Elektronische Leiterplatte>
Die elektronische Leiterplatte 50 ist eine Leiterplatte, auf welcher eine Schaltung, die mit den Kontakten 21 des Hall-Elements 20 verbunden wird, sowie ein Verbinder 51 zum Verbinden dieser Schaltung und einer weiteren externen Schaltung montiert sind. Demgemäß ist der Verbinder 51 elektrisch mit dem Hall-Element 20 verbunden. Die auf der elektronischen Leiterplatte 50 montierte Schaltung ist zum Beispiel eine Schaltung, die ein von dem Hall-Element 20 ausgegebenes Erfassungssignal für einen magnetischen Fluss verstärkt. Das Hall-Element 20 ist über die elektronische Leiterplatte 50, die den Verbinder 51 aufweist, mit der externen Schaltung verbunden.
<Stromerfassungs-Sammelschiene>
Die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 ist ein elektrischer Leiter aus Metall wie etwa Kupfer und hat die Funktion eines Teils einer Reihe von Sammelschienen, die eine Batterie und eine elektrische Einrichtung elektrisch miteinander verbinden. Das heißt, dass ein zu messender Strom durch die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 fließt. Weiterhin ist die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 ein Element, das sowohl von einer batterieseitigen Sammelschiene, die im Voraus mit der Batterie verbunden wird, als auch von einer geräteseitigen Sammelschiene, die im Voraus mit der elektrischen Einrichtung verbunden wird, unabhängig ist. Beide Endabschnitte der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 werden jeweils mit anderen, im Voraus installierten vorgeschalteten bzw. nachgeschalteten Sammelschienen (der batterieseitigen Sammelschiene und der geräteseitigen Sammelschiene) verbunden. Die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 und die anderen vorgeschalteten bzw. nachgeschalteten Sammelschienen, die mit der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 verbunden werden, bilden einen Stromübertragungsweg aus, der von der Batterie zu der elektrischen Einrichtung führt. Es sei darauf hingewiesen, dass Endabschnitte der anderen Sammelschienen Beispiele für Kontakte von Leitern sind, die der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 auf dem Stromübertragungsweg vorgeschaltet bzw. nachgeschaltet sind.
Wie in 1 gezeigt ist, wird die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 durch ein Element gebildet, das durch Bearbeiten beider Endabschnitte eines stabförmigen Leiters erhalten wird, welcher den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 durchdringt. Beide bearbeitete Endabschnitte der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 dienen als Kontaktabschnitte 32, die an den vorgeschaltete bzw. den nachgeschaltete Kontakt im Stromübertragungsweg anzuschließen sind. Das heißt, die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 ist ein Element, das im Wesentliche aus einem Leiter gebildet ist, und aufweist einen Durchdringungsabschnitt 31 in der Gestalt eines Stabes, der einen konstanten Bereich in der Mitte einnimmt, sowie Kontaktabschnitte 32, die derart ausgebildet sind, dass sie an die beiden in den Richtungen, in welcher der Durchdringungsabschnitt 31 den Lochabschnitt 11 durchdringt, gelegenen Seiten des Durchdringungsabschnitts 31 anschließt.
Der Durchdringungsabschnitt 31 ist ein Abschnitt, der den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 in der Stromflussrichtung durchdringt. Die Stromflussrichtung ist die Dickenrichtung des Magnetkerns 10, und betrachtete man den ringförmigen Magnetkern 10 als Zylinder, so wäre sie die axiale Richtung des Zylinders, und steht senkrecht auf einer Ebene, die durch den ringartigen Magnetkern 10 gebildet wird. In den Zeichnungen ist die Stromflussrichtung als x-Achsenrichtung angegeben. In der nachstehenden Beschreibung wird die Stromflussrichtung (die x-Achsenrichtung) als „erste Richtung” bezeichnet.
Die Kontaktabschnitte 32 der vorliegenden Ausführungsform sind flache, plattenartige Kontaktabschnitte 32a. Der Durchdringungsabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 weist die Gestalt beispielsweise eines Stabs wie eines Zylinders oder eines elliptischen Zylinders auf. In den Zeichnungen sind die Breitenrichtung und die Dickenrichtung des flachen, plattenartigen Kontaktabschnitts 32 als y-Achsenrichtung bzw. z-Achsenrichtung angegeben. In der nachstehenden Beschreibung werden die Breitenrichtung (die y-Achsenrichtung) und die Dickenrichtung (die z-Achsenrichtung) des flachen, plattenartigen Kontaktabschnitts 32a als „zweite Richtung” bzw. „dritte Richtung” bezeichnet.
3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht von Schritten zum Herstellen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30. Die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 weist eine Struktur auf, bei der beide Endabschnitte eines stabförmigen Metallelements 30X bearbeitet sind. Die kleinste Breite der Querschnittskontur des stabförmigen Metallelements 30X ist größer als eine Spalthöhe D2, bei der es sich um einen Abstand zwischen den beiden Enden des Magnetkerns 10 handelt. Da das in 3 gezeigte Metallelement 30X in der Gestalt eines Zylinders vorliegt, handelt es sich bei der kleinsten Breite der Querschnittskontur des Metallelements 30X um den Durchmesser des Metallelements 30X.
Konkreter handelt es sich bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 um ein Element, das eine Struktur aufweist, bei der Abschnitte in einem konstanten Bereich an beiden Enden des stabförmigen Metallelements 30X, welches den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 durchdringt, durch Pressverarbeitung mit einer Pressmaschine 60 und dergleichen in die Gestalt flacher Platten gepresst sind. Dabei wird mindestens ein Ende des stabförmigen Metallelements 30 der Pressverarbeitung, mit der es in die Gestalt einer flachen Platte gebracht wird, erst unterzogen, nachdem das stabförmige Metallelement 30X in den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 eingeführt worden ist.
Das heißt, die Schritte zum Herstellen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 bei den Verfahren zum Herstellen des Stromsensors 1 werden in den nachstehenden Abläufen ausgeführt, zum Beispiel [1] Als Erstes wird ein Schritt des Durchdringens ausgeführt, bei dem das stabförmige Metallelement 30X durch den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 geführt wird. [2] Als Nächstes wird ein erster Pressschritt ausgeführt, bei dem ein Endabschnitt des stabförmigen Metallelements 30X mit der Pressmaschine 60 oder dergleichen in die Gestalt einer flachen Platte gepresst wird, die breiter als andere Abschnitte ist. [3] Schließlich wird ein zweiter Pressschritt ausgeführt, bei dem der andere Endabschnitt des stabförmigen Metallelements 30X mit der Pressmaschine 60 oder dergleichen in die Gestalt einer flachen Platte gepresst wird, die breiter als andere Abschnitte ist.
Unter den genannten Herstellungsschritten erfolgt der Schritt [1] des Durchdringens vorzugsweise vor einem oder beiden der Pressschritte [2] und/oder [3]. Zum Beispiel ist es auch möglich, zunächst den Durchdringungsschritt [1] auszuführen und anschließend sowohl den ersten Pressschritt [2] als auch den zweiten Pressschritt [3] gleichzeitig auszuführen. Alternativ dazu ist es möglich, zunächst den ersten Pressschritt [2] auszuführen, dann den Durchdringungsschritt [1] auszuführen und schließlich den zweiten Pressschritt [3] auszuführen.
Die beiden Endabschnitte, die in die Gestalt flacher Platten gepresst wurden, dienen als die Kontaktabschnitte 32a in der Gestalt flacher Platten der Stromerfassungs-Sammelschiene 30, und der stabförmige Abschnitt dazwischen dient als der Durchdringungsabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30.
Das in 3 gezeigte Metallelement 30X ist ein Element in der Gestalt eines Zylinders, und der Durchdringungsabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30, der durch eine solche Bearbeitung beider Enden des Metallelements 30X hergestellt wird, weist die Gestalt eines Zylinders auf. Es sei darauf hingewiesen, dass das stabförmige Metallelement 30X auch in der Gestalt eines elliptischen Stabs, dessen Querschnitt eine Ellipse ist, oder in der Gestalt eines Vierkantstabs vorliegen kann, dessen Querschnitt ein Rechteck ist. Außerdem kann das stabförmige Metallelement 30X auch in der Gestalt eines Stabs vorliegen, dessen Querschnitt ein nicht-viereckiges Polygon ist.
Vorzugsweise ist die Querschnittsgestalt des Metallelements 30X, das heißt, die Querschnittsgestalt des Durchdringungsabschnitts 31, der Konturgestalt des Lochabschnitts 11 des Magnetkerns 10 homothetisch ähnlich. Falls zum Beispiel die Konturgestalt des Lochabschnitts 11 des Magnetkerns 10 ein regelmäßiges Polygon mit n Kanten ist, wobei n eine Ganzzahl größer oder gleich 3 ist, ist die Gestalt des Metallelements 30X vorzugsweise ein regelmäßiges Prisma mit n Seiten. Falls die Konturgestalt des Lochabschnitts 11 des Magnetkerns 10 rund ist, ist die Gestalt des Metallelements 30X vorzugsweise ein Zylinder. Falls die Konturgestalt des Lochabschnitts 11 des Magnetkerns 10 eine Ellipse mit einem Verhältnis zwischen langer und kurzer Achse von R ist, ist die Gestalt des Metallelements 30X vorzugsweise ein elliptischer Zylinder, bei dem das Verhältnis von langer Achse zu kurzer Achse im Querschnitt ebenfalls R ist.
Bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 ist die Breite D5 des flachen, plattenartigen Kontaktabschnitts 32a größer als der Durchmesser D1 (größte Breite) des Lochabschnitts 11. Außerdem ist die kleinste Breite D4 der Querschnittskontur des Durchdringungsabschnitts 31 größer als die Dicke D6 des flachen, plattenartigen Kontaktabschnitts 32a. Das heißt, das Verhältnis von vertikaler Größe zu horizontaler Größe der Querschnittskontur des Durchdringungsabschnitts 31 liegt näher bei 1 als das Verhältnis von vertikaler Größe zu horizontaler Größe des Querschnitts des flachen, plattenartigen Kontaktabschnitts 32. Es sei darauf hingewiesen, dass, falls der Durchdringungsabschnitt 31 die Gestalt eines Zylinders aufweist, die kleinste Breite D4 und die größte Breite D3 der Querschnittskontur des Durchdringungsabschnitts 31 identisch sind. Außerdem umfasst die Bedingung, dass das Verhältnis näher bei 1 liegt, auch den Fall, dass das Verhältnis 1 ist.
Ferner ist bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 die kleinste Breite D4 der Querschnittskontur des Durchdringungsabschnitts 31 größer als die Spalthöhe D2, bei der es sich um einen Abstand zwischen den beiden Enden des Magnetkerns 10 handelt. Ferner ist, wie vorstehend beschrieben, die Breite D5 des flachen, plattenartigen Kontaktabschnitts 32a größer als der Durchmesser D1 (größte Breite) des Lochabschnitts 11 des Magnetkerns 10. Daher ist es unmöglich, den Magnetkern 10 auf dem im Voraus gefertigten Durchdringungsabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 zu installieren. Infolgedessen wird ein Set bereitgestellt, das aus dem Magnetkern 10 und der den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 durchdringenden Stromerfassungs-Sammelschiene 30 besteht, und anschließend wird die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 mit anderen vor- und nachgeschalteten Sammelschienen verbunden.
Die Kontaktabschnitte 32a in der Gestalt flacher Platten sind mit Schrauben-Durchgangslöchern 32Z versehen, und die Kontaktabschnitte 32a in der Gestalt flacher Platten sind über Schrauben mit anderen vor- und nachgeschalteten Sammelschienen verbunden. 5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Zustands, in dem die flachen, plattenartigen Kontaktabschnitte 32a des Stromsensors 1 über Schrauben 8 an die im Voraus installierten vor- und nachgeschalteten Sammelschienen 9 angeschlossen zu werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass in 5 der Einfachheit halber das Isolationsgehäuse 40 nicht gezeigt ist. Wie in 5 gezeigt ist, sind die Kontakte der anderen Sammelschienen 9, die an den flachen, plattenartigen Kontaktabschnitt 32a angeschlossen werden sollen, beispielsweise als Kontaktklemmleisten ausgeführt und weisen Schraubenlöcher 9A auf. Es sei darauf hingewiesen, dass die Kontaktabschnitte 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 auch andere als die flachen, plattenartigen, mit Schrauben-Durchgangslöchern 32Z versehenen Kontaktabschnitte 32a sein können, wie etwa Abschnitte mit Anschlussmechanismen für den Anschluss an die anderen Sammelschienen 9.
<Isolationsgehäuse>
Das Isolationsgehäuse 40 ist ein Element, das aus einem isolierenden Material hergestellt ist und den Magnetkern 10, das Hall-Element 20, die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 und die elektronische Leiterplatte 50 hält. Das Isolationsgehäuse 40 weist einen Gehäuserumpf 41 und ein Deckelelement 42 auf, das an dem Gehäuserumpf 41 angebracht ist. Der Gehäuserumpf 41 und das Deckelelement 42 sind zum Beispiel jeweils monolithische geformte Elemente aus einem Isolationsharz wie Polyamid (PA), Polypropylen (PP), Polybutylen-Terephtalat (PBT) oder ABS-Harz.
Der Gehäuserumpf 41 weist die Gestalt eines Kastens mit einem Öffnungsabschnitt auf, und das Deckelelement 42 bedeckt den Öffnungsabschnitt des Gehäuserumpfes 41, wenn es an dem Gehäuserumpf 41 angebracht ist. Die Innenfläche des Gehäuserumpfes 41 weist erste Halteabschnitte 43 und einen zweiten Halteabschnitt 44 auf, die von der Fläche abstehen. An dem Gehäuserumpf 41 halten die ersten Halteabschnitte 43 und die zweiten Halteabschnitte 44 den Magnetkern 10, die Stromerfassungs-Sammelschiene 30, welche den Lochabschnitt 11 durchdringt, und das Hall-Element 20, das in dem Spaltabschnitt 12 angeordnet ist, und verhindern dabei, dass diese in Kontakt miteinander kommen.
Spezieller sind die ersten Halteabschnitte 43 in einen Spalt zwischen dem Magnetkern 10 und dem Durchdringungsabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 eingepasst, welche den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 durchdringt, wodurch sie den Magnetkern 10 und die Stromerfassungs-Sammelscheine 30 halten und dabei verhindern, dass diese in Kontakt miteinander kommen. Ferner ist der zweite Halteabschnitt 44 in einen Spalt zwischen dem Magnetkern 10 und dem Hall-Element 20 eingepasst, welches in dem Spaltabschnitt 12 des Magnetkerns 10 angeordnet ist, wodurch es den Magnetkern 10 und das Hall-Element 20 hält und dabei verhindert, dass diese in Kontakt miteinander kommen.
Ferner weisen der Gehäuserumpf 41 und das Deckelelement 42 jeweils schlitzförmige Kontaktabschnitt-Durchgangslöcher 45 auf, durch welche die Kontaktabschnitte 32 an beiden Endabschnitten der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 von innen nach außen eingeführt werden. In einem Zustand, in dem ein Kontaktabschnitt 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30, die den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 durchdringt, durch das Kontaktabschnitt-Durchgangsloch 45 des Gehäuserumpfes 41 eingeführt worden ist, halten die ersten Halteabschnitte 43 und der zweite Halteabschnitt 44 des Gehäuserumpfes 41 den Magnetkern 10, das Hall-Element 20 und die Stromerfassungs-Sammelschiene 30.
Weiterhin ist das Deckelelement 42 an dem Gehäuserumpf 41, welcher den Magnetkern 10, das Hall-Element 20 und die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 hält, derart angebracht, dass das Deckelelement 42 den Öffnungsabschnitt des Gehäuserumpfes 41 abdeckt, wobei die elektronische Leiterplatte 40 zwischen dem Deckelelement 42 und dem Gehäuserumpf 41 zu liegen kommt. An dieser Stelle wird der andere Kontaktabschnitt 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 von innen nach außen durch das Kontaktabschnitt-Durchgangsloch 45 des Deckelelements 42 eingeführt. Wenn ferner die elektronische Leiterplatte 50 zwischen dem Gehäuserumpf 41 und dem Deckelelement 42 liegt, wird der auf der elektronischen Leiterplatte 50 montierte Verbinder 51 in einem Zustand gehalten, in dem er in einen ausgesparten Abschnitt 46 eingepasst ist, der in dem Gehäuserumpf 41 ausgebildet ist.
Ferner sind der Gehäuserumpf 41 und das Deckelelement 42 mit Verriegelungsmechanismen 47 und 48 versehen, die den Gehäuserumpf 41 und das Deckelelement 42 in einem Zustand halten, in dem sie miteinander kombiniert sind. Die Verriegelungsmechanismen 47 und 48, die in 1 gezeigt sind, sind als ein Zungenabschnitt 47, der vorstehend auf einer Seitenfläche des Gehäuserumpfes 41 ausgebildet ist, und als ein Rahmenabschnitt 48 ausgeführt, der auf einer Seitenfläche des Deckelelements 42 ausgebildet in der Gestalt einer Schleife ausgebildet ist. Wenn der Zungenabschnitt 47 des Gehäuserumpfes 41 in das Loch eingepasst ist, das von dem Rahmenabschnitt 48 des Deckelelements 42 definiert wird, werden der Gehäuserumpf 41 und das Deckelelement 42 in einem Zustand gehalten, in dem sie miteinander kombiniert sind.
4 zeigt eine Draufsicht auf den Stromsensor 1 in dem Zustand, in dem der Gehäuserumpf 41 und das Deckelelement 42 miteinander kombiniert sind. Der Gehäuserumpf 41 und das Deckelelement 42 (das Isolationsgehäuse 40) bedecken und halten, wie in 4 gezeigt ist, den Magnetkern 10, den Durchdringungsabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 und das Hall-Element 20 in dem Zustand, in dem die Abschnitte (Kontaktabschnitte) des Kontaktabschnitts 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30, in welchen die Durchgangslöcher 32Z ausgebildet sind, sowie der Verbinder 51 der elektrischen Leiterplatte 50 nach außen freiliegen.
<Effekte>
Die vorstehend beschriebene Stromerfassungs-Sammelschiene 30 des Stromsensors 1 ist so eingerichtet, dass die größte Breite D3 der Querschnittskontur des Durchdringungsabschnitts 31 kleiner als die Breite D5 (größte Breite) des Kontaktabschnitts ist. Das heißt, die Konturgestalt des Durchdringungsabschnitts 31 im Querschnitt ist schmaler als die des Kontaktabschnitts 32 in der zweiten Richtung. Infolgedessen kann bei dem Stromsensor 1 ein basierend auf der Relation zu der Breite anderer vor- und nachgeschalteter Sammelschienen vergleichsweise kleiner Magnetkern 10 benutzt und dadurch die Größe des gesamten Stromsensors einschließlich des Magnetkerns 10 klein gehalten werden.
Außerdem liegt bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 der Durchdringungsabschnitt 31, der den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 durchdringt, in einer anderen Gestalt als einer flachen Platte vor, wie etwa als Rundstab oder Vierkantstab. Daher kann dieser Durchdringungsabschnitt 31 so ausgebildet sein, dass er – mit der Einschränkung, dass die größte Breite des Durchdringungsabschnitts 31 kleiner als der Durchmesser D1 (die Breite) des Lochabschnitts 11 des Magnetkerns 10 ist, – eine größere Querschnittsfläche als eine flache, plattenartige Sammelschiene aufweist. Daher selbst bei Verwendung eines vergleichsweise kleinen Magnetkerns 10 eine übermäßige Wärmeentwicklung in der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 vermieden werden.
Wenn ferner die Querschnittsgestalt des Durchdringungsabschnitts 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 der Konturgestalt des Lochabschnitts 11 des Magnetkerns 10 homothetisch ähnlich ist, kann der Spalt zwischen dem Durchdringungsabschnitt 31 und dem Magnetkern 10 kleiner gemacht werden. Infolgedessen kann durch Verwenden des kleineren Magnetkerns 10 der Stromsensor verkleinert werden.
Darüber hinaus ist bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 die kleinste Breite D4 der Querschnittsgestalt des Durchdringungsabschnitts 31 größer als die Dicke D6 (kleinste Breite) des Kontaktabschnitts 32. Bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30, die eine Struktur aufweist, bei der beide Endabschnitte des stabförmigen Metallelements 30X in die Form flacher Platten gepresst sind, ist die Querschnittsfläche des Leiters des Durchdringungsabschnitts 31 größer als die der Leiter der Kontaktabschnitte 32. Dies macht es möglich, eine übermäßige Wärmeentwicklung in dem Durchdringungsabschnitt 31 zu vermeiden. Es sei angemerkt, dass die Kontaktabschnitte 32 zusammen mit den Verbindungsschrauben 8 und den anderen Sammelschienen 9, die zusammengepresst und in Kontakt mit den Kontaktabschnitten 32 gebracht werden, Abschnitte mit hoher Wärmekapazität sind und daher das Vorhandensein des Lochs 32Y nicht zu einer problematischen Wärmeentwicklung führt.
Außerdem kann bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30, die eine Struktur aufweist, bei welcher beide Endabschnitte des stabförmigen Metallelements 30X in die Gestalt flacher Platten gepresst sind, können die Kontaktabschnitte 32 in der Gestalt flacher Platten, die jeweils eine Breite aufweisen, die größer als die Breite D1 des Lochabschnitts 11 ist, ausgebildet werden, nachdem das stabförmige Metallelement 30X in den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 eingeführt worden ist. Das heißt, der Durchdringungsabschnitt 31 muss nicht durch den Spaltabschnitt 12 des Magnetkerns 10 verlaufen. Die Stromerfassungs-Sammelschiene 30, bei der die Breite D3 (der Durchmesser) des stabförmigen Durchdringungsabschnitts 31 im Querschnitt größer als die Spalthöhe D2 des Magnetkerns 10 ist, lässt sich demgemäß einfach herstellen.
Es sei darauf hingewiesen, dass, um die Stromerfassungs-Empfindlichkeit zu verbessern, vorzugsweise die Spalthöhe D2 sowie die Spalte zwischen dem in dem Spaltabschnitt 12 angeordneten Hall-Element 20 und den beiden Enden des Magnetkerns 10 kleiner ausgestaltet werden.
Außerdem werden bei dem Stromsensor 1 durch das Isolationsgehäuse 40, das Abschnitte mit Ausnahme der Abschnitte, die freiliegen sollen, wie die Durchgangslöcher 32Z auf den Kontaktabschnitten 32 (Kontaktabschnitte) und den Verbinder 51, abdeckt, der Magnetkern 10, das Hall-Element 20 und die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 in einer vorbestimmten Positionsbeziehung zueinander gehalten. Dadurch gestaltet sich der Vorgang des Montierens des Stromsensors 1 an einer im Voraus installierten Sammelschiene 9 einfach.
Außerdem ist bei dem Stromsensor 1 der Magnetkern 10 ein Element, das durch Sintern von Pulver aus einem magnetischen Material geformt wird. Anders als bei dem Fall eines Magnetkerns vom Schichttyp ist bei einem Magnetkern 10 vom gesinterten Typ das Auftreten eines Maßfehlers auch dann unwahrscheinlich, wenn er verkleinert wird. Daher ist es unwahrscheinlich, dass es bei dem Stromsensor 1 zu einem Stromerfassungsfehler aufgrund eines Maßfehlers des Magnetkerns 10 kommt. Ferner zeichnet sich der Magnetkern 10 vom gesinterten Typ dadurch besonders aus, dass die Anzahl der Schritte und die Kosten für die Herstellung des Magnetkerns gegenüber dem Magnetkern vom Schichttyp reduziert werden können.
<Stromerfassungs-Sammelschiene (erste Variante)>
Im Weiteren wird anhand der 6 und 7 eine Stromerfassungs-Sammelschiene 30A gemäß einer ersten Variante beschrieben, die in dem Stromsensor 1 eingesetzt werden kann. 6 zeigt Ansichten von drei Seiten der Stromerfassungs-Sammelschiene 30A. 7 zeigt eine Draufsicht auf ein Metallelement 30Y in der Gestalt einer flachen Platte, das in der Hauptsache die Stromerfassungs-Sammelschiene 30A bildet. Es sei darauf hingewiesen, dass in 6 der Magnetkern 10, der mit der Stromerfassungs-Sammelschiene 30A kombiniert werden wird, durch eine nicht durchgezogene (gestrichpunktpunktete) Linie gezeigt ist. 6a) ist eine Draufsicht, 6b) ist eine Ansicht von der Seite und 6c) ist eine Ansicht von vorn.
In 6 und 7 tragen gleiche Merkmale und Komponenten gleiche Bezugszeichen wie in 1 bis 5. Im Weiteren werden nur Unterschiede zwischen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30A und der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 beschrieben.
Genau wie die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 ist die Stromerfassungs-Sammelschiene 30A ein Element, das aus einem Leiter hergestellt und einen Durchdringungsabschnitt 31A, der in der ersten Richtung (X-Achsenrichtung) den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 durchdringt, sowie Kontaktabschnitte 32a in der Gestalt flacher Platten aufweist, die auf beiden Seiten in der ersten Richtung an den Durchdringungsabschnitt 31A anschließen.
Außerdem ist bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30A die Breite D5 des Kontaktabschnitts 32a größer als der Durchmesser D1 (größte Breite) des Lochabschnitts 11. Außerdem ist die kleinste Breite D4 der Querschnittskontur des Durchdringungsabschnitts 31A größer als die Dicke D6 des Kontaktabschnitts 32a.
Andererseits ist bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30A die kleinste Breite D4 der Querschnittskontur des Durchdringungsabschnitts 31A kleiner als die Spalthöhe D2, bei der es sich um einen Abstand zwischen beiden Enden des Magnetkerns 10 handelt. Daher ist es möglich, den Magnetkern 10 durch den Spaltabschnitt 12 auf dem Durchdringungsabschnitt 31A der im Voraus gefertigten Stromerfassungs-Sammelschiene 30A zu installieren.
Die Stromerfassungs-Sammelschiene 30A ist ein Element, das eine Struktur aufweist, bei welcher Abschnitte 31Y des flachen, plattenartigen Metallelements 30Y an Schlitzen 34 entlang, die auf beiden Seiten der Abschnitte 31Y in der ersten Richtung (x-Achsenrichtung) ausgebildet sind, von beiden Seiten in der zweiten Richtung (y-Achsenrichtung) gefaltet sind.
Die Schlitze 34 des Metallelements 30Y sind auf beiden Seiten in der ersten Richtung (x-Achsenrichtung) der Abschnitte 31Y ausgebildet und verlaufen somit von beiden Enden des Metallelements 30Y in der zweiten Richtung (y-Achsenrichtung) nach innen. Außerdem dienen die gefalteten Abschnitte 31Y als der Durchdringungsabschnitt 31A der Stromerfassungs-Sammelschiene 30A, und Abschnitte auf beiden Seiten der gefalteten Abschnitte 31Y dienen als die Kontaktabschnitte 32a. Eine solche Stromerfassungs-Sammelschiene 30A ist einfach herzustellen.
Außerdem ist bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30A die Konturgestalt des Durchdringungsabschnitts 31A im Querschnitt ist schmaler als die der Kontaktabschnitte 32a in der zweiten Richtung (y-Achsenrichtung). Infolgedessen kann selbst dann, wenn der Stromsensor 1 die Stromerfassungs-Sammelschiene 30A benutzt, ein basierend auf der Relation zu der Breite der Sammelschiene vergleichsweise kleiner Magnetkern 10 benutzt und dadurch die Größe des gesamten Stromsensors einschließlich des Magnetkerns 10 klein gehalten werden.
Außerdem ist bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30A die Konturgestalt des Durchdringungsabschnitts 31A im Querschnitt so eingerichtet, dass die kleinste Breite D4 des Durchdringungsabschnitts 31A größer als die Dicke D6 (kleinste Breite) des Kontaktabschnitts 32a ist. Demgemäß ist die Querschnittsfläche des Leiters des Durchdringungsabschnitts 31A nicht wesentlich kleiner als die des Leiters des Kontaktabschnitts 32a. Insbesondere ist bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30A, die die Struktur aufweist, bei der Abschnitte des flachen, plattenartigen Metallelements 30Y gefaltet sind, die Querschnittsfläche des Leiters des Durchdringungsabschnitts 31A dieselbe wie die Querschnittsfläche des Leiters des Kontaktabschnitts 32a.
Jedoch sind bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30A Abschnitte des Leiters, in denen die Schlitze 34 zwischen dem Durchdringungsabschnitt 31A und den Kontaktabschnitten 32a ausgebildet sind, jeweils eine Leiter-Querschnittsfläche auf, die kleiner als diejenige eines Abschnitts ist, der vor oder hinter diesem Abschnitt angeordnet ist. In Experimenten hat sich jedoch ergeben, dass bei einer sehr schmalen Breite des Schlitzes 34 die Zunahme der Impedanz in den Abschnitten, in denen die Schlitze 34 ausgebildet sind, einen kleinen Wert hat, der bei der gesamten Stromerfassungs-Sammelschiene 30A nahezu vernachlässigt werden kann. Wenn daher die Schlitze 34, die in der Stromerfassungs-Sammelschiene 30A ausgebildet sind, eine sehr schmale Breite aufweisen, kann eine übermäßige Wärmeentwicklung in dem Durchdringungsabschnitt 31A verhindert werden.
<Stromerfassungs-Sammelschiene (zweite Variante)>
Als Nächstes wird anhand der 8 bis 10 eine Stromerfassungs-Sammelschiene 30B gemäß einer zweiten Variante beschrieben, die in dem Stromsensor 1 eingesetzt werden kann. 8 zeigt Ansichten von drei Seiten der Stromerfassungs-Sammelschiene 30B. 9 zeigt eine Draufsicht auf ein Metallelement 30Z in der Gestalt einer flachen Platte, das in der Hauptsache die Stromerfassungs-Sammelschiene 30B bildet. 10 ist eine schematische Darstellung, die den Zustand zeigt, in welchem die Stromerfassungs-Sammelschiene 30B in den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 eingeführt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass in 8 der Magnetkern 10, der mit der Stromerfassungs-Sammelschiene 30B kombiniert werden wird, durch eine nicht durchgezogene (gestrichpunktpunktete) Linie gezeigt ist. 8a) ist eine Draufsicht, 8b) ist eine Ansicht von der Seite und 8c) ist eine Ansicht von vorn.
In 8 bis 10 tragen gleiche Merkmale und Komponenten gleiche Bezugszeichen wie in 1 bis 5. Im Weiteren werden nur Unterschiede zwischen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30B und der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 beschrieben.
Genau wie die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 ist die Stromerfassungs-Sammelschiene 30B ein Element, das aus einem Leiter gebildet ist und einen Durchdringungsabschnitt 31B, der in der ersten Richtung (X-Achsenrichtung) den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 durchdringt, sowie Kontaktabschnitte 32a in der Gestalt flacher Platten aufweist, die von beiden Seiten des Durchdringungsabschnitts 31B aus in der ersten Richtung verlaufen.
Außerdem ist bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30B die Breite D5 des Kontaktabschnitts 32a größer als der Durchmesser D1 (größte Breite) des Lochabschnitts 11. Außerdem ist die kleinste Breite D4 der Querschnittskontur des Durchdringungsabschnitts 31B größer als die Dicke D6 des Kontaktabschnitts 32a.
Die Stromerfassungs-Sammelschiene 30B ist ein Element, das eine Struktur aufweist, bei welcher ein Abschnitt 31Z des flachen, plattenartigen Metallelements 30Z an Schlitzen 34 entlang, die auf beiden Seiten dieses Abschnitts 31Z in der ersten Richtung (x-Achsenrichtung) ausgebildet sind, von einer Seite in der zweiten Richtung (y-Achsenrichtung) gefaltet ist. Die Schlitze 34 des Metallelements 30Z sind auf beiden Seiten in der ersten Richtung (x-Achsenrichtung) des Abschnitts 31Z ausgebildet und verlaufen somit von einem Ende in der zweiten Richtung (y-Achsenrichtung) nach innen. Der gefaltete Abschnitt 31Z dient als der Durchdringungsabschnitt 31B der Stromerfassungs-Sammelschiene 30B, und Abschnitte auf beiden Seiten des gefalteten Abschnitts 31Z dienen als die Kontaktabschnitte 32a. Eine solche Stromerfassungs-Sammelschiene 30B ist ebenfalls einfach herzustellen.
Bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30B ist die kleinste Breite D4 der Querschnittskontur des Durchdringungsabschnitts 31B größer als die Spalthöhe D2, bei der es sich um einen Abstand zwischen beiden Enden des Magnetkerns 10 handelt. Ferner ist bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30B der Durchdringungsabschnitt 31B, d. h. der gefaltete Abschnitt 31Z, an einer Position ausgebildet, die in der zweiten Richtung (y-Achsenrichtung) Kontaktabschnitts zu einem Ende hin verschoben ist. Bei den in 8 bis 10 gezeigten Beispielen ist der Durchdringungsabschnitt 31B an einer Position ausgebildet, die in positiver y-Achsenrichtung zum Ende hin verschoben ist.
Bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30B mit der zuvor beschriebenen Struktur kann der Druchdringungsabschnitt 31B selbst dann in den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 eingeführt werden, wenn die kleinste Breite D4 der Querschnittskontur des Durchdringungsabschnitts 31B größer als die Spalthöhe D2 des Magnetkerns 10 ist.
Das heißt, dass, wie in 10 gezeigt ist, die Stromerfassungs-Sammelschiene 30B und der Magnetkern 10 bei Betrachtung in der ersten Richtung (x-Achsenrichtung) so angeordnet sind, dass der gesamte Durchdringungsabschnitt 31B den Lochabschnitt 11 überlappt und die Kontaktabschnitt 32a sowohl den Lochabschnitt 11 als auch den Spaltabschnitt 12, jedoch nicht den Magnetkern 10 überlappen. In diesem Zustand kann der Durchdringungsabschnitt 31B durch Verschieben der Stromerfassungs-Sammelschiene 30B oder des Magnetkerns 10 in der ersten Richtung (x-Achsenrichtung) in den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 eingeführt werden. Daher ist es möglich, den Magnetkern 10 an dem im Voraus installierten Durchdringungsabschnitt 31B der Stromerfassungs-Sammelschiene 30b zu montieren.
<Stromerfassungs-Sammelschiene (dritte Variante)>
Als Nächstes wird anhand 11 eine Stromerfassungs-Sammelschiene 30C gemäß einer dritten Variante beschrieben, die in dem Stromsensor 1 eingesetzt werden kann. 11 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Stromerfassungs-Sammelschiene 30C und des Magnetkerns 10. In 11 tragen gleiche Merkmale und Komponenten gleiche Bezugszeichen wie in 1 bis 5. Im Weiteren werden nur Unterschiede zwischen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30C und der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 beschrieben.
Genau wie die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 weist die Stromerfassungs-Sammelschiene 30C einen Durchdringungsabschnitt 31 auf, der in der ersten Richtung (x-Achsenrichtung) den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 durchdringt, sowie Kontaktabschnitte 32a in der Gestalt flacher Platten, die von beiden Seiten des Durchdringungsabschnitts 31 aus in der ersten Richtung verlaufen.
Jedoch sind die beiden flachen, plattenartigen Kontaktabschnitte 32a der Stromerfassungs-Sammelschiene 30C jeweils an Ebenen entlang ausgebildet sind, die nicht parallel zueinander verlaufen. Bei dem in 11 gezeigten Beispiel ist einer der beiden flachen, plattenartigen Kontaktabschnitte 32a in der x-y-Ebene und der andere in der x-z-Ebene liegend ausgebildet. Bei dem Stromdetektor 1 kann anstelle der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 die in 11 gezeigte Stromerfassungs-Sammelschiene 30C benutzt werden.
Die in 11 gezeigte Stromerfassungs-Sammelschiene 30C wird bevorzugt eingesetzt, wenn die vorgeschaltete Sammelschiene und die nachgeschaltete Sammelschiene in unterschiedlichen Winkeln geneigte Ebenen definieren. Es sei darauf hingewiesen, dass die beiden flachen, plattenartigen Kontaktabschnitte 32a in zwei Ebenen liegend ausgebildet sein können, die einander in einem Winkel von 90° (wie in 11 gezeigt) oder in einem anderen Winkel schneiden.
<Stromerfassungs-Sammelschiene (vierte Variante)>
Als Nächstes wird anhand 12 eine Stromerfassungs-Sammelschiene 30D gemäß einer vierten Variante beschrieben, die in dem Stromsensor 1 eingesetzt werden kann. 12 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Stromerfassungs-Sammelschiene 30D und des Magnetkerns 10. In 12 tragen gleiche Merkmale und Komponenten gleiche Bezugszeichen wie in 1 bis 5. Im Weiteren werden nur Unterschiede zwischen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30D und der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 beschrieben.
Die Stromerfassungs-Sammelschiene 30D unterscheidet sich von den Stromerfassungs-Sammelschienen 30 und 30A anhand der Gestalt der Kontaktabschnitte 32 in den beiden Endabschnitten der Stromerfassungs-Sammelschiene 30D. Die Kontaktabschnitte 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30D sind Abschnitte, die sich in Endabschnitten des stabförmigen Metallelements 30X befinden und durch Stauchverarbeitung so bearbeitet werden, dass sie dicker als andere Abschnitte sind. Nachstehend werden die Kontaktabschnitte 32, die auf solche Weite bearbeitet sind, als Kontaktabschnitte 32b mit großem Durchmesser bezeichnet. Ferner sind diese Kontaktabschnitte 32b mit großem Durchmesser mit Schraubenlöchern 32Y versehen, durch welche Schrauben 8 geschraubt werden, um die Kontaktabschnitte 32b mit großem Querschnitt mit Kontakten der anderen vorgeschalteten bzw. nachgeschalteten Sammelschiene zu verbinden.
13 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die Schritte zum Herstellen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30D veranschaulicht. Genauso wie die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 weist auch die Stromerfassungs-Sammelschiene 30D eine Struktur auf, bei der beide Endabschnitte des stabförmigen Metallelements 30X bearbeitet sind. Die kleinste Breite der Querschnittskontur des stabförmigen Metallelements 30X ist größer als die Spalthöhe D2, bei der es sich um einen Abstand zwischen beiden Enden des Magnetkerns 10 handelt.
Genauer handelt es sich bei den Kontaktabschnitten 32b der Stromerfassungs-Sammelschiene 30D um Abschnitte, die durch Formen von Endabschnitten des stabförmigen Metallelements 30X, welches den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 durchdringt, in einem Stauchverarbeitungsschritt mit einer Spannvorrichtung 61, die eine Gussformeinheit 61z zum Ausbilden der Kontaktabschnitte 32b mit großem Durchmesser aufweist, und der Pressmaschine 60 hergestellt werden.
Die Spannvorrichtung 61 hält die anderen Abschnitte bis auf die Endabschnitte des stabförmigen Metallelements 30X entsprechend den ursprünglichen Gestalten der Abschnitte. Außerdem umgibt die Gussformeinheit 61z der Spannvorrichtung 61 den Endabschnitt des stabförmigen Metallelements 30X unter Einhaltung eines Abstands. Die Endabschnitte des stabförmigen Metallelements 30X, das von der Spannvorrichtung 61 gehalten wird, werden von der Pressmaschine 60 an dem stabförmigen Metallelement 30X in axialer Richtung gepresst. Demgemäß werden die Endabschnitte des stabförmigen Metallelements 30X so bearbeitet, dass sie dicker als andere Abschnitte sind. Zu diesem Zeitpunkt wird mindestens einer der beiden Endabschnitte des stabförmigen Metallelements 30X einer Stauchverarbeitung unterzogen, nachdem das stabförmige Metallelement 30X in den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 eingeführt worden ist.
Das heißt, die Schritte zum Herstellen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 bei den Verfahren zum Herstellen des Stromsensors 1 werden in den nachstehenden Abläufen ausgeführt, zum Beispiel: [1] Als Erstes wird ein Schritt des Durchdringens ausgeführt, bei dem das stabförmige Metallelement 30X durch den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 geführt wird. [2] Als Nächstes wird ein erster Stauchverarbeitungsschritt ausgeführt, bei dem ein Endabschnitt des stabförmigen Metallelements 30X mit der Pressmaschine 60, der Spannvorrichtung 61 und dergleichen so bearbeitet wird, dass er dicker als andere Abschnitte ist. [3] Schließlich wird ein zweiter Stauchverarbeitungsschritt ausgeführt, bei dem der andere Endabschnitt des stabförmigen Metallelements 30X mit der Pressmaschine 60, der Spannvorrichtung 61 und dergleichen so bearbeitet wird, dass er dicker als andere Abschnitte ist.
Unter den genannten Herstellungsschritten erfolgt der Schritt [1] des Durchdringens vorzugsweise vor einem oder beiden der Stauchverarbeitungsschritte [2] und/oder [3]. Zum Beispiel ist es auch möglich, zunächst den Durchdringungsschritt [1] auszuführen und anschließend den ersten Stauchverarbeitungsschritt [2] und den zweiten Stauchverarbeitungsschritt [3] gleichzeitig auszuführen. Alternativ dazu ist es auch möglich, zunächst den ersten Stauchverarbeitungsschritt [2] auszuführen, dann den Durchdringungsschritt [1] auszuführen und schließlich den zweiten Stauchverarbeitungsschritt [3] auszuführen.
Die beiden Endabschnitte, die so bearbeitet wurden, dass sie dicker als andere Abschnitte sind, dienen als die Kontaktabschnitte 32a mit großem Durchmesser der Stromerfassungs-Sammelschiene 30D, und der stabförmige Abschnitt dazwischen dient als der Durchdringungsabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30D.
Das in 12 gezeigte Metallelement 30X, das in der Hauptsache die Stromerfassungs-Sammelschiene 30D bildet, ist ein Element in der Gestalt eines Zylinders, und der Durchdringungsabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30D, der durch eine solche Bearbeitung beider Endabschnitte des Metallelements 30X hergestellt wird, weist die Gestalt eines Zylinders auf. Es sei darauf hingewiesen, dass genauso wie bei den Stromerfassungs-Sammelschienen 30 und 30A das stabförmige Metallelement 30X, das in der Hauptsache die Stromerfassungs-Sammelschiene 30D bildet, auch in der Gestalt eines elliptischen Stabs, dessen Querschnitt eine Ellipse ist, oder in der Gestalt eines Stabs vorliegen kann, dessen Querschnitt ein Polygon ist. Außerdem ist bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30D vorzugsweise die Querschnittsgestalt des Metallelements 30X, das in der Hauptsache die Stromerfassungs-Sammelschiene 30D bildet, das heißt, die Querschnittsgestalt des Durchdringungsabschnitts 31, der Konturgestalt des Lochabschnitts 11 des Magnetkerns 10 homothetisch ähnlich.
Außerdem ist die größte Breite D5 des in 12 gezeigten Kontaktabschnitts 32a mit großem Durchmesser größer als die größte Breite D3 des Durchdringungsabschnitts 31 und der Durchmesser D1 (größte Breite) des Lochabschnitts 11. Demgemäß muss die Dicke des Durchdringungsabschnitts 31, das heißt, die Dicke des ursprünglichen stabförmigen Metallelements 30X nicht notwendigerweise eine Dicke sein, die für die Ausbildung des Schraubenlochs 32Y darin ausreichend ist. Bei dem Stromdetektor 1 kann anstelle der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 die in 12 gezeigte Stromerfassungs-Sammelschiene 30D benutzt werden.
<Stromerfassungs-Sammelschiene (fünfte Variante)>
Als Nächstes wird anhand 14 eine Stromerfassungs-Sammelschiene 30E gemäß einer fünften Variante beschrieben, die in dem Stromsensor 1 eingesetzt werden kann. 14 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Stromerfassungs-Sammelschiene 30E und des Magnetkerns 10. In 14 tragen gleiche Merkmale und Komponenten gleiche Bezugszeichen wie in 1 bis 12. Im Weiteren werden nur Unterschiede zwischen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30E und der Stromerfassungs-Sammelschiene 30D beschrieben.
Genau wie die Stromerfassungs-Sammelschiene 30D weist die Stromerfassungs-Sammelschiene 30E einen Durchdringungsabschnitt 31 auf, der in der ersten Richtung (x-Achsenrichtung) den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 durchdringt, sowie Kontaktabschnitte 32a mit großem Durchmesser, die auf beiden Seiten in der ersten Richtung mit dem Durchdringungsabschnitt 31 in Verbindung sind.
Allerdings weist die Stromerfassungs-Sammelschiene 30E zwischen dem Kontaktabschnitt 32b mit großem Durchmesser und dem Durchdringungsabschnitt 31 einen gekrümmten Abschnitt 33 auf. Die in 14 gezeigte Stromerfassungs-Sammelschiene 30E weist einen gekrümmten Abschnitt 33 auf, der zwischen dem Kontaktabschnitt 32b mit großem Durchmesser und dem Durchdringungsabschnitt 31 um einen Winkel von 90° gekrümmt ist. Bei dem Stromdetektor 1 kann anstelle der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 die in 14 gezeigte Stromerfassungs-Sammelschiene 30E benutzt werden.
Die in 14 gezeigte Stromerfassungs-Sammelschiene 30E wird bevorzugt eingesetzt, wenn die vorgeschaltete Sammelschiene und die nachgeschaltete Sammelschiene in unterschiedlichen Winkeln geneigte Ebenen definieren. Es sei darauf hingewiesen, dass der Krümmungswinkel des gekrümmten Abschnitts 33 wie in 14 gezeigt 90° betragen kann oder einen anderen Wert betragen kann. Bei dem Stromdetektor 1 kann anstelle der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 die in 14 gezeigte Stromerfassungs-Sammelschiene 30E benutzt werden. Alternativ hierzu können die Stromerfassungs-Sammelschienen 30 und 30A auf gleiche Weise wie die Stromerfassungs-Sammelschiene 30E den gekrümmten Abschnitt 33 aufweisen.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Isolationsgehäuse 40 genau wie die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 auch die vorstehend beschriebenen Stromerfassungs-Sammelschienen 30A, 30B, 30C 30D und 30E zusammen mit dem Magnetkern 10 und dem Hall-Element 20 hält und dabei verhindert, dass diese in Kontakt miteinander kommen. Allerdings weist das Isolationsgehäuse 40 im Falle einer Benutzung der Stromerfassungs-Sammelschienen 30B, 30C, 30D und 30E Kontaktabschnitt-Durchgangslöcher 45 auf, die sich an anderen Orten befinden oder andere Gestalten aufweisen, als dies bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 der Fall ist.
<Stromerfassungs-Sammelschiene (sechste Variante)>
Als Nächstes wird anhand 15 eine Stromerfassungs-Sammelschiene gemäß einer sechsten Variante beschrieben, die in dem Stromsensor 1 eingesetzt werden kann. 15 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die Schritte zum Herstellen der Stromerfassungs-Sammelschiene gemäß der sechsten Variante veranschaulicht. In 15 tragen gleiche Merkmale und Komponenten gleiche Bezugszeichen wie in 1 bis 3. Im Weiteren werden nur Unterschiede zwischen der Stromerfassungs-Sammelschiene gemäß der sechsten Variante und der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 beschrieben.
Die Stromerfassungs-Sammelschiene gemäß der sechsten Variante weist eine Struktur auf, bei der beide Endabschnitte des Metallelements 30V in der Gestalt eines Zylinders bearbeitet sind, und weist eine äußere Gestalt auf, die der der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 ähnelt. Die kleinste Breite der Querschnittskontur des zylinderförmigen Metallelements 30V ist größer als die Spalthöhe D2, bei der es sich um einen Abstand zwischen beiden Enden des Magnetkerns 10 handelt. Da das in 15 gezeigte Metallelement 30V in der Gestalt eines Zylinders vorliegt, handelt es sich bei der kleinsten Breite der Querschnittskontur des Metallelements 30V um den Durchmesser des Metallelements 30V.
Konkreter handelt es sich bei der Stromerfassungs-Sammelschiene gemäß der sechsten Variante um ein Element, das eine Struktur aufweist, bei der Abschnitte in einem konstanten Bereich an beiden Enden des zylinderförmigen Metallelements 30V, welches den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 durchdringt, durch Pressverarbeitung mit der Pressmaschine 60 und dergleichen in die Gestalt flacher Platten gepresst sind. Dabei wird mindestens ein Ende des zylinderförmigen Metallelements 30V durch Pressverarbeitung, mit der es in die Gestalt einer flachen Platte gebracht wird, erst bearbeitet, nachdem das zylinderförmige Metallelement 30V in den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 eingeführt worden ist.
Die beiden Endabschnitte, die in die Gestalt flacher Platten gepresst wurden, dienen als die plattenartigen Kontaktabschnitte 32a der Stromerfassungs-Sammelschiene gemäß der sechsten Variante, und der zylinderförmige Abschnitt dazwischen dient als der Durchdringungsabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene gemäß der sechsten Variante.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Isolationsgehäuse 40 genau wie die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 auch die Stromerfassungs-Sammelschiene gemäß der sechsten Variante zusammen mit dem Magnetkern 10 und dem Hall-Element 20 hält und dabei verhindert, dass diese in Kontakt miteinander kommen.
Das in 15 gezeigte Metallelement 30V ist ein Element in der Gestalt eines Zylinders, und der Durchdringungsabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene gemäß der sechsten Variante, der durch eine solche Bearbeitung der beiden Enden des Metallelements 30V hergestellt wird, weist die Gestalt eines Zylinders auf. Es sei darauf hingewiesen, dass das zylinderförmige Metallelement 30V in der Gestalt eines elliptischen Zylinders vorliegen kann, dessen Querschnitt eine Ellipse ist, oder eines Vierkantstabs, dessen Querschnitt ein Rechteck ist. Außerdem kann das zylinderförmige Metallelement 30V in der Gestalt eines Zylinders vorliegen kann, dessen Querschnitt ein anderes Polygon als ein Viereck ist.
Vorzugsweise ist die Querschnittsgestalt des Metallelements 30V, das heißt, die Querschnittsgestalt des Durchdringungsabschnitts 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene gemäß der sechsten Variante, der Konturgestalt des Lochabschnitts 11 des Magnetkerns 10 homothetisch ähnlich. Selbst in dem Fall, in dem bei dem Stromsensor 1 anstelle der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 wie in 14 gezeigt die Stromerfassungs-Sammelschiene 30E benutzt wird, kann derselbe Effekt erzielt werden, wie wenn die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 benutzt wird.
<Andere Konfigurationen>
Es ist auch eine Konfiguration möglich, bei welcher für die Stromerfassungs-Sammelschiene des Stromsensors 1 als einer der Kontaktabschnitte 32 der in 1 oder 11 gezeigte Kontaktabschnitt 32a in der Gestalt einer flachen Platte benutzt wird und als der andere Kontaktabschnitt 32 der in 12 oder 14 gezeigte Kontaktabschnitt 32b mit großem Durchmesser benutzt wird.
Bezugszeichenliste

1: Stromsensor
8: Schraube
9: Andere Sammelschiene
9A: Loch
10: Magnetkern
11: Lochabschnitt des Magnetkerns
12: Spaltabschnitt des Magnetkerns
20: Hall-Element
21: Kontakt
30, 30A, 30B, 30C, 30D, 30E: Stromerfassungs-Sammeschiene
30X, 30Y, 30Z, 30V: Metallelement
31, 31A, 31B: Durchdringungsabschnitt
32, 32a, 32b: Kontaktabschnitt
32Y: Schraubenloch
32Z: Durchgangsloch
33: gekrümmter Abschnitt
34: Schlitz
40: Isolationsgehäuse
41: Gehäuserumpf
42: Deckelelement
43: Erster Halteabschnitt
44: Zweiter Halteabschnitt
45: Kontaktabschnitt-Durchgangsloch
46: ausgesparter Abschnitt
47: Zungenabschnitt (Verriegelungsmechanismus)
48: Rahmenabschnitt (Verriegelungsmechanismus)
50: Elektronische Leiterplatte
51: Verbinder
60: Pressmaschine
61z: Gussformeinheit
61: Spannvorrichtung

Claims

Stromsensor zum Erfassen eines Stroms, der durch eine Sammelschiene fließt, mit: einem Magnetkern (10), welcher ein Element ist, das durch Sintern eines Pulvers aus einem magnetischen Material geformt ist, wobei zwei Enden des Magnetkerns (10) einander mit einem Spaltabschnitt (12) dazwischen gegenüberliegen, wobei der Magnetkern (10) derart einstückig ausgebildet ist, dass er einen Lochabschnitt (11) umgibt; einem magnetoelektrischen Umwandlungselement (20), das in dem Spaltabschnitt (12) des Magnetkerns (10) angeordnet ist und einen magnetischen Fluss erfasst, der sich abhängig von einem Strom, welcher durch den Lochabschnitt (11) des Magnetkerns (10) hindurchgeht, verändert; und einer Stromerfassungs-Sammelschiene (30, 30A bis 30E), die aus einem Leiter gebildet ist und einen Durchdringungsabschnitt (31), der den Lochabschnitt (11) des Magnetkerns (10) durchdringt, und Kontaktabschnitte (32) aufweist, die sich auf beiden Seiten in einer Richtung, in welcher der Durchdringungsabschnitt (31) den Lochabschnitt (11) durchdringt, an den Durchdringungsabschnitt (31) anschließen und jeweils an einen vorgeschalteten Kontakt bzw. einen nachgeschalten Kontakt eines Stromübertragungswegs anbindbar sind, wobei die Breite der Kontaktabschnitte (32) größer als die Breite des Lochabschnitts (11) ist.
Stromsensor nach Anspruch 1, wobei der Durchdringungsabschnitt (31) der Stromerfassungs-Sammelschiene (30) einen Querschnitt aufweist, der einer Konturgestalt des Lochabschnitts (11) des Magnetkerns (10) homothetisch ähnlich ist.
Stromsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens einer der Kontaktabschnitte (32a) der Stromerfassungs-Sammelschiene (30, 30A bis 30C) die Gestalt einer flachen Platte aufweist und die kleinste Breite der Querschnittskontur des Durchdringungsabschnitts (31) größer als die Dicke des Kontaktabschnitts (32a) in der Gestalt einer flachen Platte ist.
Stromsensor nach Anspruch 3, wobei die Stromerfassungs-Sammelschiene (30, 30C) ein Element ist, dessen kleinste Breite der Querschnittskontur größer als ein Abstand zwischen den beiden Enden des Magnetkerns (10) ist, und das eine Struktur aufweist, bei der mindestens einer von zwei Endabschnitten eines Metallelements, welches den Lochabschnitt (11) des Magnetkerns (10) durchdringt, durch Pressverarbeitung in die Gestalt einer flachen Platte gepresst wurde, die eine größere Breite als andere Abschnitte aufweist, wobei der Abschnitt, der in die Gestalt einer flachen Platte gepresst wurde, als einer der Kontaktabschnitte (32a) dient.
Stromsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Stromerfassungs-Sammelschiene (30D, 30E) ein Element ist, dessen kleinste Breite seiner Querschnittskontur größer als der Abstand zwischen den beiden Enden des Magnetkerns (10) ist, und das eine Struktur aufweist, bei der mindestens einer von zwei Endabschnitten des Metallelements in der Gestalt eines Stabs, welches den Lochabschnitt (11) des Magnetkerns (10) durchdringt, durch Stauchverarbeitung so bearbeitet wurde, dass er dicker als andere Abschnitte ist, wobei der Abschnitt, der so bearbeitet wurde, dass er dicker ist, als einer der Kontaktabschnitte (32b) dient.
Stromsensor nach Anspruch 3, wobei die Stromerfassungs-Sammelschiene (30A, 30B) ein Element ist, das eine Struktur aufweist, bei welcher ein Teil eines Metallelements in der Gestalt einer flachen Platte an Schlitzen (34) entlang gefaltet ist, die auf beiden Seiten davon ausgebildet sind, und der gefaltete Abschnitt als der Durchdringungsabschnitt (30A, 30B) dient und die Abschnitte in der Gestalt flacher Platten zu beiden Seiten des gefalteten Abschnitts als die Kontaktabschnitte (32a) dienen.
Stromsensor nach Anspruch 6, wobei bei der Stromerfassungs-Sammelschiene (30B) die kleinste Breite der Querschnittskontur des gefalteten Abschnitts größer als der Abstand zwischen den beiden Enden des Magnetkerns (10) ist und der gefaltete Abschnitt an einer Position ausgebildet ist, die in der Breitenrichtung des Kontaktabschnitts (32a) zu einem Ende hin verschoben ist.
Stromsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit: einem Isolationsgehäuse (40), das aus einem isolierenden Material hergestellt ist und so eingerichtet ist, dass es den Magnetkern (10), den Durchdringungsabschnitt (32) der Stromerfassungs-Sammelschiene (30) und das magnetoelektrische Umwandlungselement (20) in einem Zustand abdeckt, in welchem die Kontaktabschnitte (32) der Stromerfassungs-Sammelschiene (30) und ein Verbinder (51), der elektrisch mit dem magnetoelektrischen Umwandlungselement (20) verbunden ist, nach außen freiliegen, und so eingerichtet ist, dass es den Magnetkern (10), die Stromerfassungs-Sammelschiene (30), die den Lochabschnitt (11) durchdringt, und das magnetoelektrische Umwandlungselement (20), das in dem Spaltabschnitt (12) angeordnet ist, hält und dabei vermeidet, dass diese miteinander in Kontakt kommen.