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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromsensor zum Erfassen eines Stroms, der durch eine Sammelschiene fließt.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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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.
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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 sich zwei Enden mit dem Spalt dazwischen gegenüberliegen, und einstückig ausgebildet ist, so dass der Magnetkern einen Lochabschnitt umgibt, durch den eine Sammelschiene hindurch verläuft. Der Lochabschnitt des magnetischen Materials ist ein Raum (Stromerfassungsraum), durch welchen ein Strom fließt, der erkannt werden soll.
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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, die durch den Lochabschnitt hindurch verläuft, und daraufhin ein Erfassungssignal für den magnetischen Fluss als elektrisches Signal ausgibt. Als das magnetoelektrische Umwandlungselement wird gemeinhin ein Hall-Element benutzt.
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Außerdem werden bei Stromerfassungseinrichtungen, wie in Patentdokument 3 offenbart ist, der Magnetkern und das magnetoelektrische Umwandlungselement häufig von einem Isoliergehäuse in einer festen Positionsbeziehung gehalten. Das Gehäuse positioniert mehrere Komponenten, die einen Stromsensor bilden, in einer festen Positionsbeziehung. Es sei angemerkt, dass das Gehäuse allgemein aus einem isolierenden Harzelement aufgebaut ist.
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Bei herkömmlichen Stromsensoren ist im Gehäuse ein Stützabschnitt ausgebildet, der den Magnetkern positioniert. Im Falle des in Patentdokument 3 offenbarten Stromsensors handelt es sich bei dem Stützabschnitt für den Magnetkern um ausgesparte Gehäuseabschnitte, deren Form einer Außenumfangsfläche bzw. einer Innenumfangsfläche des Magnetkerns entspricht. Weiterhin sind im Gehäuse des Stromsensors Durchgangslöcher ausgebildet, durch die die Sammelschiene hindurch verläuft.
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VORBEKANNTE TECHNISCHE DOKUMENTE
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PATENTDOKUMENTE
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- Patentdokument 1: JP H10-104279A
- Patentdokument 2: JP 2006-166528A
- Patentdokument 3: JP 2009-58451A
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
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Bei einem herkömmlichen Stromsensor für eine Fahrzeugbatterie muss, da eine flache, plattenartige 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 eingesetzt, um eine durch einen höheren durch die Sammelschienen fließenden Strom bedingte übermäßige Wärmeentwicklung in der Sammelschiene zu vermeiden.
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Demgemäß ist der herkömmliche Stromsensor mit dem Problem behaftet, dass der Magnetkern in Bezug zur Breite der Sammelschiene umso größer sein muss und das Gehäuse, in dem der Magnetkern untergebracht ist, umso größer sein muss, je breiter die Sammelschiene ist, wodurch ein größerer Raum für die Installation des Stromsensors benötigt wird. Falls insbesondere der Magnetkern in Form eines runden, elliptischen oder rechteckigen Rings mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von 1 oder etwa 1 vorliegt, ist der verschwendete Platz im Lochabschnitt des Magnetkerns umso größer, je breiter die Sammelschiene ist. Wird eine Sammelschiene eingesetzt, die ausschließlich im Bereich des Lochabschnitts des Magnetkerns einen verengten Teil aufweist, so kann es auch zu dem Problem kommen, dass an dem verengten Teil übermäßig viel Wärme entsteht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, einen Stromsensor zum Erfassen eines durch eine Sammelschiene fließenden Stroms bereitzustellen, mit dem es gelingt, sowohl durch Einsatz eines in Bezug auf die Größe der dem Stromsensor in einem Stromübertragungsweg vorgeschalteten und nachgeschalteten Leiter vergleichsweise kleinen Magnetkerns den Stromsensor zu verkleinern als auch eine übermäßige Wärmeentwicklung bei der Sammelschiene zu vermeiden.
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MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
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Ein Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Stromsensor zum Erfassen eines Stroms, der durch eine Sammelschiene fließt, und weist folgende Bestandteile auf
- 1. Bei einem ersten Bestandteil handelt es sich um einen Magnetkern, der einstückig so ausgebildet ist, dass er einen Lochabschnitt umgibt, durch den die Sammelschiene hindurch verläuft, wobei sich zwei Enden des Magnetkerns gegenüberliegen und zwischen den zwei Enden ein Spaltabschnitt angeordnet ist.
- 2. Bei einem zweiten Bestandteil handelt es sich um 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. Bei einem dritten Bestandteil handelt es sich um eine Stromerfassungssammelschiene, die ein Element umfasst, welches durch Formen beider Endabschnitte eines durch den Lochabschnitt des Magnetkerns hindurch verlaufenden stabförmigen Leiters erhalten wird, wobei die beiden Endabschnitte von den jeweiligen Enden des Leiters aus bestimmte Bereiche einnehmen und breiter sind als ein Zwischenabschnitt zwischen den beiden Endabschnitten, wobei die beiden geformten Endabschnitte dieser Stromerfassungs-Sammelschiene zwei Anschlussabschnitte bilden, die in einem Stromübertragungsweg mit einem vorgeschalteten Anschluss bzw. einem nachgeschalteten Anschluss zusammengefügt werden sollen.
- 4. Bei einem vierten Bestandteil handelt es sich um ein Gehäuse, das einen Abschnitt des Zwischenabschnitts der Stromerfassungs-Sammelschiene, den Magnetkern und das magnetoelektrische Umwandlungselement in einer festen Positionsbeziehung stützt und aufnimmt und ein Sammelschienenloch aufweist, dessen Form dem Profil des Zwischenabschnitts der Stromerfassungs-Sammelschiene entspricht und durch die der Zwischenabschnitt hindurch verläuft.
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Bei dem Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorstellbar, dass das Gehäuse einen Kernstützabschnitt aufweist, der an einer innenseitigen Fläche des Gehäuses ausgebildet ist und von einem Randabschnitt des Sammelschienenlochs vorragt. Der Kernstützabschnitt stützt den Magnetkern dadurch, dass er in den Lochabschnitt des Magnetkerns eingeführt wird, und außerdem die Stromerfassungs-Sammelschiene in einem Zustand, in dem der Kernstützabschnitt zwischen dem Magnetkern und dem Zwischenabschnitt der Stromerfassungs-Sammelschiene eingefasst ist.
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Bei dem Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung wird an einer der Stromerfassungs-Sammelschiene oder dem Magnetkern gegenüberliegenden Fläche des Kernstützabschnitts ein vorstehender Abschnitt ausgebildet, der unter Einwirkung von Druck aufgrund des Einfassens mit dem Magnetkern und dem Zwischenabschnitt der Stromerfassungs-Sammelschiene plastisch verformbar ist.
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Ferner ist es bei dem Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung vorstellbar, dass der Zwischenabschnitt der Stromerfassungs-Sammelschiene eine Profilform aufweist, die der Profilform des Lochabschnitts des Magnetkerns homothetisch ähnlich ist.
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Bei dem Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorstellbar, dass der Zwischenabschnitt der Stromerfassungs-Sammelschiene zylinderförmig ist.
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Bei dem Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorstellbar, dass die Kontaktabschnitte der Stromerfassungs-Sammelschiene Abschnitte sind, die geformt werden, indem die beiden Endabschnitte des stabförmigen Metallelements derart gepresst werden, dass die beiden Endabschnitte eine flache, plattenartige Form aufweisen, die breiter ist als andere Abschnitte des stabförmigen Metallelements.
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Bei dem Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist es auch vorstellbar, dass die Kontaktabschnitte der Stromerfassungs-Sammelschiene Abschnitte sind, die geformt werden, indem die beiden Endabschnitte des stabförmigen Metallelements derart gestaucht werden, dass die beiden Endabschnitte dicker sind als andere Abschnitte des stabförmigen Metallelements.
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EFFEKT DER ERFINDUNG
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Bei dem Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung dienen die beiden Endabschnitte der Stromerfassungs-Sammelschiene als Kontaktabschnitte, die mit Anschlüssen von vorgeschalteten bzw. nachgeschalteten Leitern im Stromübertragungsweg zu koppeln sind. Darüber hinaus weisen die Sammelschienenlöcher des Gehäuses eine Form auf, die dem Profil des Zwischenabschnitts der Stromerfassungs-Sammelschiene entspricht. Ferner entsprechen die beiden Kontaktabschnitte der Stromerfassungs-Sammelschiene der Breite des vorgeschalteten und des nachgeschalteten Leiters, so dass die Breite (Dicke) der beiden Kontaktabschnitte größer ist als die Breite (Dicke) des Zwischenabschnitts, der durch die Sammelschienenlöcher des Gehäuses und den Lochabschnitt des Magnetkerns hindurch verläuft.
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Das bedeutet, dass mindestens einer der beiden Kontaktabschnitte der Stromerfassungs-Sammelschiene durch Formen des entsprechenden Endabschnitts des stabförmigen Leiters entsteht, nachdem der stabförmige Leiter durch die Sammelschienenlöcher des Gehäuses und den Lochabschnitt des Magnetkerns geführt wurde. Daher ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, den Stromsensor zu verkleinern, indem ein Magnetkern eingesetzt wird, der in Bezug auf die Größe des vorgeschalteten und des nachgeschalteten Leiters im Stromübertragungsweg relativ klein ist.
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Darüber hinaus weist der Zwischenabschnitt bei der Stromerfassungs-Sammelschiene, der durch die Sammelschienenlöcher des Gehäuses und den Lochabschnitt des Magnetkerns hindurch verläuft, die Form eines Stabes auf, wie etwa eines Rund- oder Vierkantstahls, bei dem das Verhältnis von Breite zu Dicke 1 oder in etwa 1 beträgt. Daher kann dieser Zwischenabschnitt so konfiguriert sein, dass er – unter der Randbedingung, dass die größte Breite des Zwischenabschnitts kleiner sein muss als die Breite des Lochabschnitts des Magnetkerns, – eine größere Querschnittsfläche aufweist als eine flache, plattenartige Sammelschiene. Demgemäß kann selbst bei Einsatz eines vergleichsweise kleinen Magnetkerns eine übermäßige Wärmeentwicklung bei der Stromerfassungs-Sammelschiene vermieden werden.
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Darüber hinaus wird es bei dem Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, wenn der Kernstützabschnitt den Magnetkern und die Stromerfassungs-Sammelschiene in einem Zustand stützt, in dem der Kernstützabschnitt zwischen dem Magnetkern und der Stromerfassungs-Sammelschiene eingefasst ist. In diesem Fall verformt sich der Kernstützabschnitt, selbst wenn sich der Kernstützabschnitt in einem Zustand befindet, in dem zwischen dem Kernstützabschnitt und dem Magnetkern ein kleiner Spalt (Spiel) entsteht, wenn der Kernstützabschnitt zwischen dem Magnetkern und dem Zwischenabschnitt der Stromerfassungs-Sammelschiene in den Lochabschnitt des Magnetkerns eingeführt wird, unter Einwirkung von durch die Stromerfassungs-Sammelschiene angelegtem Druck auf elastische Weise und kommt in engen Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Magnetkerns. Folglich kommt es nicht zu dem Phänomen, dass der Magnetkern und der Kernstützabschnitt in einer Umgebung, in der Magnetkern und Kernstützabschnitt Vibrationen des Fahrzeugs und dergleichen ausgesetzt sind, wiederholt aneinanderstoßen, und es ist unwahrscheinlich, dass sich der Magnetkern und der Kernstützabschnitt aufgrund der Vibrationen abnutzen.
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Wenn sich der vorstehende Abschnitt unter Einwirkung von Druck aufgrund des Einfassens mit dem Magnetkern und dem Zwischenabschnitt der Stromerfassungs-Sammelschiene plastisch verformt, werden die Maßtoleranzen der Stromerfassungs-Sammelschiene, des Kernstützabschnitts und des Magnetkerns durch das Ausmaß der plastischen Verformung des vorstehenden Abschnitts kompensiert. Somit ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, in der der Kernstützabschnitt aufgrund der Maßtoleranzen nicht in einen Spalt zwischen dem Magnetkern und der Stromerfassungs-Sammelschiene eingeführt werden kann.
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Wenn darüber hinaus die Profilform des Zwischenabschnitts der Stromerfassungs-Sammelschiene der Profilform des Lochabschnitts des Magnetkerns homothetisch ähnlich ist, kann der Spalt zwischen der Stromerfassungs-Sammelschiene und dem Magnetkern kleiner gemacht werden. Infolgedessen ist es möglich, den Stromsensor durch Einsatz eines kleineren Magnetkerns zu verkleinern.
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Weiterhin lässt sich das Gehäuse, wenn der Zwischenabschnitt der Stromerfassungs-Sammelschiene zylinderförmig ist und die Sammelschienenlöcher kreisrund sind, um den Zwischenabschnitt der Stromerfassungs-Sammelschiene drehen. In diesem Fall kann in einem Zustand, in dem die beiden Kontaktabschnitte der Stromerfassungs-Sammelschiene jeweils an der anderen vor- bzw. nachgeschalteten Sammelschiene befestigt sind, die Gesamtausrichtung des Gehäuses und der vom Gehäuse gestützten Bestandteile, außer der Stromerfassungs-Sammelschiene, geändert werden. Somit vergrößert sich der Freiheitsgrad beim Anbringen des Stromsensors.
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Darüber hinaus können die Kontaktabschnitte der Stromerfassungs-Sammelschiene beispielsweise problemlos durch Pressen oder Stauchen des stabförmigen Metallelements hergestellt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Stromsensors 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Stromsensors 1.
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3 zeigt eine Vorderansicht eines Gehäuserumpfes eines Isoliergehäuses, das zu dem Stromsensor 1 gehört.
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4 zeigt eine Draufsicht auf den Stromsensor 1.
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5 zeigt eine Querschnittsansicht des Stromsensors 1 aus einer Stromflussrichtung.
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6 zeigt eine Querschnittsansicht des Stromsensors 1 aus einer Richtung, die senkrecht zur Stromflussrichtung verläuft.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schritts zum Durchführen des Pressens eines Elements, das hauptsächlich eine zu dem Stromsensor 1 gehörende Stromerfassungs-Sammelschiene bildet.
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8 zeigt eine Vorderansicht des an einer Kontaktklemmleiste befestigten Stromsensors 1.
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9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Stromerfassungs-Sammelschiene gemäß einer Modifikation, die sich auf den Stromsensor 1 anwenden lässt, und den Magnetkern.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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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.
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Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 die Konfiguration eines Stromsensors 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Stromsensor 1 ist eine Vorrichtung zum Erfassen eines Stroms, der durch eine Sammelschiene fließt, die in einem Fahrzeug, wie einem Elektroauto, einem Hybridauto oder dergleichen, eine Batterie und eine Einrichtung wie einen Motor elektrisch verbindet. Es sei angemerkt, dass 5 eine Querschnittsansicht entlang Ebene A-A in 4 ist und 6 eine Querschnittsansicht entlang Ebene B-B in der in 4 gezeigten Draufsicht.
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Wie in 2 gezeigt ist, weist der Stromsensor 1 einen Magnetkern 10, ein Hall-Element 20, eine Stromerfassungs-Sammelschiene 30, ein Isoliergehäuse 40 und eine elektronische Leiterplatte 50 auf. Es sei angemerkt, dass in dem Isoliergehäuse 40 untergebrachte Hauptbestandteile in 1 mit gestrichelten Linien angegeben sind.
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<Magnetkern>
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Der Magnetkern 10, bei dem es sich um ein Magnetmaterial aus Ferrit, Siliziumstahl oder dergleichen handelt, besitzt eine Form, bei der sich beide Enden mit einem ungefähr einige Millimeter großen Spaltabschnitt 12 dazwischen gegenüberliegen, und ist einstückig derart ausgebildet, dass er einen Lochabschnitt 11 umgibt. Das heißt, der Magnetkern 10 weist im Wesentlichen eine Ringform sowie den schmalen Spaltabschnitt 12 auf. Der Magnetkern 10 weist bei dieser Ausführungsform die Form eines kreisrunden Rings auf, welcher den kreisrunden Lochabschnitt 11 mit dem Spaltabschnitt 12 umgibt.
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<Hall-Element (magnetoelektrisches Umwandlungselement)>
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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 verändert, welcher durch den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 fließt, und zum Ausgeben eines Erfassungssignals für den magnetischen Fluss als elektrisches Signal. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich bei dem Hall-Element 20 um eine integrierte Schaltung vom Leitungsdrahttyp, bei der Leitungsdrähte 21 von einem Rumpfabschnitt aus verlaufen. Zu den Leitungsdrähten 21 gehören ein Leitungsdraht für das Zuführen von elektrischem Strom und ein Leitungsdraht für das Ausgeben eines Erfassungssignals. Es ist ebenfalls vorstellbar, dass es sich bei dem Hall-Element 20 um eine integrierte Schaltung zur Oberflächenmontage handelt.
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Das Hall-Element 20 ist so angeordnet, dass sich ein im Vorhinein an dem Rumpfabschnitt definierter Erfassungsmittelpunkt an einem Mittelpunkt des Spaltabschnitts 12 des Magnetkerns 10 befindet und die vordere und die hintere Fläche des Rumpfabschnitts senkrecht zur Richtung des im Spaltabschnitt 12 gebildeten magnetischen Flusses verlaufen. Im ideal angeordneten Zustand befindet sich das Hall-Element 20 in einem Zustand, in dem sein Erfassungsmittelpunkt auf einer Linie liegt, die die Mitten von Projektionsebenen der beiden sich gegenüberliegenden Endabschnitte des Magnetkerns 10 verbindet.
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<Elektronische Leiterplatte>
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Die elektronische Leiterplatte 50 ist eine gedruckte Leiterplatte, auf der die Abschnitte der Leitungsdrähte 21 des Hall-Elements 20 montiert sind. Zusätzlich zu dem Hall-Element 20 sind eine Verarbeitungsschaltung, die beispielsweise das vom Hall-Element 20 ausgegebene Erfassungssignal für den magnetischen Fluss verstärkt, und ein Verbinder 51 auf der elektronischen Leiterplatte 50 angebracht.
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Der Verbinder 51 ist eine Komponente, mit der sich ein (nicht gezeigter) Gegenverbinder an einem Draht verbinden lässt. Des Weiteren ist die elektronische Leiterplatte 50 mit Schaltungen für das elektrische Verbinden der Leitungsdrähte 21 des Hall-Elements 20 mit den Kontakten des Verbinders 51 versehen. Die elektrische Leiterplatte 50 ist zum Beispiel mit einer Schaltung zum Versorgen mit Strom, der von außen über den Draht und den Verbinder 51 dem Leitungsdraht 21 des Hall-Elements 20 zugeführt wird, einer Schaltung zum Verstärken des Erfassungssignals des Hall-Elements 20 und zum Ausgeben des verstärkten Signals an den Kontakt des Verbinders 51 und dergleichen ausgestattet. Somit kann der Stromsensor 1 über den Draht zum Verbinder, der mit dem Verbinder 51 verbunden ist, ein Stromerfassungssignal an eine externe Schaltung wie ein elektronisches Steuergerät ausgeben.
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<Stromerfassungs-Sammelschiene>
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Die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 ist ein elektrischer Leiter aus einem Metall wie Kupfer und dient als Teil 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 Enden der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 werden jeweils mit den anderen, im Voraus installierten Sammelschienen (der batterieseitigen Sammelschiene und der geräteseitigen Sammelschiene) verbunden.
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Wie in 1, 2, 4 und 6 gezeigt ist, umfasst die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 ein Element, welches dadurch entsteht, dass beide Endabschnitte eines stabförmigen Leiters, der durch den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 hindurch verläuft, so geformt werden, dass die beiden Endabschnitte breiter sind als ein Zwischenabschnitt 31 zwischen den beiden Endabschnitten. Es sei angemerkt, dass es sich bei den beiden Endabschnitten des stabförmigen Leiters um Abschnitte handelt, die von den jeweiligen Enden des stabförmigen Leiters aus bestimmte Bereiche einnehmen.
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Die beiden Endabschnitte der Stromerfassungs-Sammelschiene 30, die so geformt sind, dass sie breiter sind als der Zwischenabschnitt 31, dienen als zwei Kontaktabschnitte 32, die jeweils mit einem vor- bzw. nachgeschalteten Anschluss in einem Stromübertragungsweg zu koppeln sind. Das heißt, die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 ist ein Element, das im Wesentlichen aus einem Leiter, zu dem der stabförmige Zwischenabschnitt 31 gehört, welcher in der Mitte einen bestimmten Bereich einnimmt, und den beiden Kontaktabschnitten 32 besteht, die so geformt sind, dass sie von den gegenüberliegenden Seiten des Zwischenabschnitts 31 aus verlaufen.
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Bei dem Zwischenabschnitt 31 handelt es sich um einen Abschnitt, der in Stromflussrichtung durch Sammelschienenlöcher 45, bei denen es sich um im Isoliergehäuse 40 ausgebildete Durchgangslöcher handelt, und den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 hindurch verläuft. 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.
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Bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 dieser Ausführungsform ist der Zwischenabschnitt 31 zylinderförmig, und die Kontaktabschnitte 32 haben eine flache, plattenartige Form. Da der Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 bei dieser Ausführungsform darüber hinaus eine kreisrunde Form aufweist, ist die Profilform des Zwischenabschnitts 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 der Profilform des Lochabschnitts des Magnetkerns 10 homothetisch ähnlich. In den Zeichnungen sind die Breitenrichtung und die Dickenrichtung der flachen, plattenartigen Kontaktabschnitte 32 als y-Achsenrichtung bzw. z-Achsenrichtung angegeben.
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Bei dieser Ausführungsform weist jeder der zwei flachen, plattenartigen Kontaktabschnitte 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 ein Schrauben-Durchgangsloch 32z auf, in das eine Schraube eingeführt wird. Die beiden Kontaktabschnitte 32 sind über Schrauben mit den anderen vor- bzw. nachgeschalteten flachen, plattenartigen Sammelschienen zusammengefügt.
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Es sei angemerkt, dass es auch vorstellbar ist, dass die beiden Kontaktabschnitte 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 keine Durchgangslöcher 32z aufweisen. In diesem Fall können die beiden Kontaktabschnitte 32 durch Quetschen, Punktschweißen oder dergleichen mit den anderen vor- bzw. nachgeschalteten Sammelschienen zusammengefügt werden.
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Bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 handelt es sich um ein Element mit einer Struktur, bei der den beiden Endabschnitten, die von den jeweiligen Enden des stabförmigen Metallelements aus bestimmte Bereiche einnehmen, durch Pressen mit Hilfe einer Pressmaschine oder dergleichen eine flache Form verliehen wird. Bei dem Stromsensor 1 ist es jedoch nicht möglich, die Stromerfassungs-Sammelschiene 30, in der die beiden flachen, plattenartigen Kontaktabschnitte 32 ausgebildet sind, durch die Sammelschienenlöcher 45 des Isoliergehäuses 40 hindurchzuführen. Verfahrensweisen für das Anbringen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 an dem Isoliergehäuse 40 werden später noch beschrieben.
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<Isoliergehäuse>
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Bei dem Isoliergehäuse 40 handelt es sich um ein Isolierelement, das den Magnetkern 10, die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 und die elektronische Leiterplatte 50, auf der das Hall-Element 20 und der Verbinder 51 in fester Positionsbeziehung montiert sind, hält und stützt. Das Isoliergehäuse 40 weist zwei Elemente auf, und zwar einen Gehäuserumpf 41 und ein Deckelelement 42, das an dem Gehäuserumpf 41 angebracht ist. Der Gehäuserumpf 41 und das Deckelelement 42 sind zum Beispiel jeweils monolithische geformte Elemente aus einem Isolierharz wie Polyamid (PA), Polypropylen (PP) oder ABS-Harz.
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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. Der Gehäuserumpf 41 und das Deckelelement 42 weisen zudem die Sammelschienenlöcher 45 auf, bei denen es sich um die Durchgangslöcher handelt, durch die der Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 hindurch verläuft.
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Wie in den 1, 2, 3 und 5 gezeigt ist, weist jedes der Sammelschienenlöcher 45 eine Form auf, die dem Profil des Zwischenabschnitts 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 entspricht. Dementsprechend ist die Breite (der Durchmesser) der Sammelschienenlöcher 45 geringer als die Breite der beiden Kontaktabschnitte 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30. Somit ist es nicht möglich, die Stromerfassungs-Sammelschiene 30, in der die zwei flachen, plattenartigen Kontaktabschnitte 32 ausgebildet sind, durch die Sammelschienenlöcher 45 des Isoliergehäuses 40 hindurchzuführen. Die Verfahrensweisen zum Anbringen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 an dem Isoliergehäuse 40 werden später noch beschrieben.
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Es sei angemerkt, dass, da die Sammelschienenlöcher 45 in der Form ausgebildet sind, die dem Profil des Zwischenabschnitts 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 entspricht, die Profilform der Sammelschienenlöcher 45 der Profilform des Zwischenabschnitts 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 homothetisch ähnlich ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 zylinderförmig, und die Sammelschienenlöcher 45 sind in einer kreisrunden Form ausgebildet, die der Umfangsfläche des Zwischenabschnitts 31 entspricht. Somit ist es möglich, das Isoliergehäuse 40 in einem Zustand, in dem die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 durch das Isoliergehäuse 40 hindurch verläuft, um den Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 zu drehen.
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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 es den Öffnungsabschnitt des Gehäuserumpfes 41 abdeckt, wobei der Magnetkern 10 und die elektronische Leiterplatte 50 mit dem Verbinder 51 dazwischen eingefasst sind.
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Die 1 und 4 zeigen eine perspektivische Ansicht bzw. eine Draufsicht des Stromsensors 1 in einem Zustand, in dem der Gehäuserumpf 41 und das Deckelelement 42 miteinander kombiniert sind. Wie in den 1 und 4 gezeigt ist, stützen der Gehäuserumpf 41 und das Deckelelement 42 (das Isoliergehäuse 40) den Magnetkern 10, das Hall-Element 20 und die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 in der festen Positionsbeziehung, während der Magnetkern 10 und die elektronische Leiterplatte 50 dazwischen in einem Zustand eingefasst sind, in dem bestimmte Abschnitte des Zwischenabschnitts 31 und die Kontaktabschnitte 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 sowie der Verbinder 51 der elektronischen Leiterplatte 50 nach außen hin offenliegen.
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Insbesondere werden die Positionen des Magnetkerns 10 und des Hall-Elements 20 innerhalb des Isoliergehäuses 40 in einer Richtung, die parallel zu einer senkrecht zur Stromflussrichtung (Richtung der x-Achse) verlaufenden Ebene (x-z-Ebene) ist, von einem Kernstützabschnitt 43 und einem Elementstützabschnitt 44 gehalten. Es sei angemerkt, dass in den 3 und 5 Abschnitte, die dem Kernstützabschnitt 43 und dem Elementstützabschnitt 44 entsprechen, durch ein Punktmuster angegeben sind.
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Weiterhin wird die Position des Magnetkerns 10 in Stromflussrichtung (Richtung der x-Achse) dadurch gehalten, dass der Magnetkern 10 zwischen dem Gehäuserumpf 41 und dem Deckelelement 42 eingefasst ist.
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Auf ähnliche Weise wird die Position des Hall-Elements 20, das in Stromflussrichtung (Richtung der x-Achse) an der elektronischen Leiterplatte 50 befestigt ist, dadurch gehalten, dass die elektronische Leiterplatte 50 zwischen dem Gehäuserumpf 41 und dem Deckelelement 42 eingefasst ist.
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Darüber hinaus ist, wie in den 1, 3 und 5 gezeigt, ein Leiterplattenstützabschnitt 49 so ausgebildet, dass er von einer innenseitigen Fläche einer Seitenwand des Gehäuserumpfes 41 vorragt. Der Leiterplattenstützabschnitt 49 ist in einen in der elektronischen Leiterplatte 50 ausgebildeten, ausgesparten Abschnitt 52 eingepasst und stützt die elektronische Leiterplatte 50 in einer vorgegebenen Position.
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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 Zungenabschnitt 47, der an einer Seitenfläche des Gehäuserumpfes 41 vorstehend ausgebildet ist, bzw. als ringförmiger Rahmenabschnitt 48 konfiguriert, der an einer Seitenfläche des Deckelelements 42 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.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 2, 3, 5 und 6 die Struktur beschrieben, über die der Gehäuserumpf 41 den Magnetkern 10 und das Hall-Element 20 stützt.
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Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, sind der Kernstützabschnitt 43 und der Elementstützabschnitt 44, die in Stromflussrichtung (Richtung der x-Achse) vorragen, an einer innenseitigen Fläche des Gehäuserumpfes 41 ausgebildet, bei dem es sich um eines der zwei Elemente handelt, die das Isoliergehäuse 40 bilden.
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Der Kernstützabschnitt 43 ragt von der innenseitigen Fläche des Gehäuserumpfes 41 an einem Randabschnitt des Sammelschienenlochs 45 vor und ist rohrförmig. Bei dieser Ausführungsform weist der Kernstützabschnitt 43, da die Sammelschienenlöcher 45 kreisrund sind, eine zylindrische, rohrartige Form auf. Es sei angemerkt, dass es ebenso vorstellbar ist, mehrere Kernstützabschnitte 43 an der innenseitigen Fläche des Gehäuserumpfes 41 so an einem Randabschnitt des Sammelschienenlochs 45 entlang auszubilden, dass sie sich gegenüberliegen.
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Die innenseitige Fläche des Kernstützabschnitts 43 – eine Fläche, die dem Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 zugewandt ist, – weist eine Form auf, die der Außenumfangsfläche des Zwischenabschnitts 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 entspricht. Eine externe Seitenfläche des Kernstützabschnitts 43, die dem Magnetkern 10 zugewandt ist, weist zudem eine Form auf, die der Innenumfangsfläche des Magnetkerns 10 entspricht, welche den Lochabschnitt 11 bildet.
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Der Kernstützabschnitt 43 wird wie in 5 gezeigt in den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 eingeführt und stützt den Magnetkern 10, und der Kernstützabschnitt 43 stützt den Magnetkern 10 auch in einem Zustand, in dem der Kernstützabschnitt 43 zwischen dem Magnetkern 10 und dem Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 eingefasst ist.
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Darüber hinaus sind drei oder mehr vorstehende Abschnitte 431, die sich unter dem Druck plastisch verformen, der vom Magnetkern 10 und dem Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30, die die vorstehenden Abschnitte 431 einfassen, ausgeübt wird, an der innenseitigen Fläche des Kernstützabschnitts 43 ausgebildet. Jeder der vorstehenden Abschnitte 431 ist so ausgebildet, dass er in Stromflussrichtung (Richtung der x-Achse) verläuft, das heißt in der Richtung, in der die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 durch die Sammelschienenlöcher 45 hindurch verläuft.
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Darüber hinaus sind die vorstehenden Abschnitte 431 an drei oder mehr Positionen an der innenseitigen Fläche des Kernstützabschnitts 43 so ausgebildet, dass sie den Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 einfassen. Wenn drei oder mehr vorstehende Abschnitte 431 bereitgestellt werden, stützt der Kernstützabschnitt 43 mit den vorstehenden Abschnitten 431 auf stabile Weise den Magnetkern 10. Bei dem in 5 gezeigten Beispiel werden zwei Paar vorstehende Abschnitte 431 bereitgestellt, wobei sich die vorstehenden Abschnitte 431 jedes Paars mit dem Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 dazwischen gegenüberliegen.
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Bei dem Gehäuserumpf 41 wird in einem Zustand vor dem Einführen des Zwischenabschnitts 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 in das Sammelschienenloch 45, das heißt in einem ursprünglichen Zustand, der Kernstützabschnitt 43, der den Magnetkern 10 stützt, in einem Zustand bereitgestellt, in dem zwischen dem Kernstützabschnitt 43 und dem Magnetkern 10 ein kleiner Spalt (Spiel) geschaffen wird. In einem Zustand, in dem der Kernstützabschnitt 43 zwischen dem Magnetkern 10 und der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 in den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 eingeführt ist, verformt sich dann der Kernstützabschnitt 43 unter Einwirkung des durch die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 ausgeübten Drucks auf elastische Weise nach außen und kommt in engen Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Magnetkerns 10. Das bedeutet, die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 fungiert als Keil, der den Kernstützabschnitt 43 in engen Kontakt mit dem Magnetkern 10 bringt.
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Folglich kommt es bei dem Stromsensor 1 mit der oben beschriebenen Struktur nicht zu dem Phänomen, dass der Magnetkern 10 und der Kernstützabschnitt 43 in einer Umgebung, in der sie Vibrationen des Fahrzeugs und dergleichen ausgesetzt sind, wiederholt aneinanderstoßen, und es ist unwahrscheinlich, dass sich der Magnetkern 10 und der Kernstützabschnitt 43 aufgrund der Vibrationen abnutzen. Folglich ist der Stromsensor 1 haltbarer als ein herkömmlicher Stromsensor, bei dem zwischen dem Magnetkern 10 und einem Abschnitt, der den Magnetkern 10 stützt, ein Spalt ausgebildet ist.
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Da zudem die innenseitige Fläche des Kernstützabschnitts 43 die vorstehenden Abschnitte 431 aus Harz aufweist, werden die Maßtoleranzen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30, des Kernstützabschnitts 43 und des Magnetkerns 10 durch das Ausmaß der plastischen Verformung der vorstehenden Abschnitte 431 kompensiert. Somit ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, in der der Kernstützabschnitt 43 aufgrund der Maßtoleranzen nicht in einen Spalt zwischen dem Magnetkern 10 und der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 eingeführt werden kann.
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Der Elementstützabschnitt 44 ist derweil einstückig so ausgebildet, dass er den Umfang des Hall-Elements 20 im Spaltabschnitt 12 des Magnetkerns 10 umgibt. Bei dem von dem Elementstützabschnitt 44 umfangenen Raum handelt es sich um den Raum, in den der Rumpfabschnitt des Hall-Elements 20 im Spaltabschnitt 12 des Magnetkerns 10 eingepasst wird. Das bedeutet, dass der Elementstützabschnitt 44, wenn der Rumpfabschnitt des Hall-Elements 20 in den Innenraum des Elementstützabschnitts 44 eingepasst ist, das Hall-Element 20 in einer vorgegebenen Position innerhalb des Spaltabschnitts 12 stützt.
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Bei dieser Ausführungsform ist auch der Elementstützabschnitt 44 einstückig mit dem Kernstützabschnitt 43 ausgebildet. Damit reduzieren sich Abweichungen bei den relativen Positionen des Kernstützabschnitts 43 und des Elementstützabschnitts 44, was zu einer höheren Genauigkeit der Positionierung des Magnetkerns 10 und des Hall-Elements 20 in Bezug zueinander führt.
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<Verfahrensweisen zum Anbringen der Stromerfassungs-Sammelschiene>
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Die Verfahrensweisen zum Anbringen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 an dem Isoliergehäuse 40 werden unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 ist eine perspektivische Ansicht eines Schritts zum Durchführen des Pressens der beiden Endabschnitte der Stromerfassungs-Sammelschiene 30.
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Bei dem Stromsensor 1 sind die Kontaktabschnitte 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 so ausgebildet, dass sie breiter als der Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 sind. Darüber hinaus weisen die Sammelschienenlöcher 45 des Isoliergehäuses 40 eine Form auf, die dem Profil des Zwischenabschnitts 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 entspricht. Somit ist es nicht möglich, die Stromerfassungs-Sammelschiene 30, in der die zwei flachen, plattenartigen Kontaktabschnitte 32 ausgebildet sind, durch die Sammelschienenlöcher 45 des Isoliergehäuses 40 hindurchzuführen.
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7 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Schritt zum Durchführen des Pressens eines stabförmigen Metallelements 30X veranschaulicht, das hauptsächlich die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 bildet. Wie in 7 gezeigt ist, handelt es sich bei dem Element, das hauptsächlich die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 bildet, um das stabförmige Metallelement 30X.
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Die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 ist ein Element, das durch Formen beider Endabschnitte des durch die Sammelschienenlöcher 45 des Isoliergehäuses 40 und den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 hindurch verlaufenden, stabförmigen Metallelements 30X durch Pressen entsteht, wobei die beiden Endabschnitte von den jeweiligen Enden des Metallelements 30X aus bestimmte Bereiche einnehmen und breiter sind als ein Zwischenabschnitt zwischen den beiden Endabschnitten. Bei dieser Ausführungsform ist das stabförmige Metallelement 30X zylinderförmig, da der Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 zylinderförmig ist.
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Wie in 7 gezeigt ist, werden bei dem Herstellungsprozess für den Stromsensor 1 vor dem Formen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 der Magnetkern 10, das Hall-Element 20 und die elektronische Leiterplatte 50 in dem Isoliergehäuse 40 zusammengebaut. Somit werden der Magnetkern 10, das Hall-Element 20 und die elektronische Leiterplatte 50 in einer festen Positionsbeziehung in dem Isoliergehäuse 40 gestützt.
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Danach wird das stabförmige Metallelement 30X, das hauptsächlich die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 bildet, durch die Sammelschienenlöcher 45 des Isoliergehäuses 40 hindurchgeführt. Somit verläuft das stabförmige Metallelement 30X durch die Sammelschienenlöcher 45 des Isoliergehäuses 40 und den Lochabschnitt 11 des im Isoliergehäuse 40 untergebrachten Magnetkerns 10 hindurch.
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Ferner erhalten die beiden Endabschnitte des durch das Isoliergehäuse 40 verlaufenden, stabförmigen Metallelements 30X durch Pressen mit Hilfe einer Pressmaschine 60 eine flache, plattenartige Form. So entsteht die durch die Sammelschienenlöcher 45 des Isoliergehäuses 40 und den Lochabschnitt 11 des im Isoliergehäuse 40 untergebrachten Magnetkerns 10 hindurch verlaufende Stromerfassungs-Sammelschiene 30.
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Es sei angemerkt, dass die Schrauben-Durchgangslöcher 32z der Kontaktabschnitte 32 durch Bilden von Löchern in den Abschnitten gebildet werden, denen durch Pressen eine flache, plattenartige Form verliehen wurde.
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Es ist ebenfalls vorstellbar, zunächst nur einem Endabschnitt des stabförmigen Metallelements 30X eine flache, plattenartige Form zu verleihen, während dann der andere Endabschnitt des stabförmigen Metallelements 30X durch die Sammelschienenlöcher 45 des Isoliergehäuses 40 hindurchgeführt wird und danach dem anderen Endabschnitt eine flache, plattenartige Form verliehen wird.
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8 ist eine Vorderansicht des an einer Kontaktklemmleiste 7 befestigten Stromsensors 1. Wie in 8 gezeigt ist, sind die beiden Kontaktabschnitte 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 des Stromsensors 1 über Schrauben 8 wie Bolzen mit anderen flachen, plattenartigen vor- bzw. nachgeschalteten Sammelschienen 9 zusammengefügt und auch an der Kontaktklemmleiste 7 befestigt.
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Bei dem Stromsensor 1 ist der Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 zylinderförmig, und die Sammelschienenlöcher 45 des Isoliergehäuses 40 sind kreisrund. Somit ist es möglich, das Isoliergehäuse 40 um den Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 zu drehen.
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Das bedeutet, dass sich wie in 8 gezeigt in einem Zustand, in dem die beiden Kontaktabschnitte 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 an den anderen vor- und nachgeschalteten Sammelschienen 9 befestigt sind, die Gesamtausrichtung des Isoliergehäuses 40 und der vom Isoliergehäuse 40 gestützten Bestandteile, außer der Stromerfassungs-Sammelschiene 30, ändern lässt. Somit kann die Ausrichtung des Verbinders 51, nachdem ein Verbinder eines Verbindungszieldrahtes aus einer bestimmten Richtung mit dem Verbinder 51 verbunden worden ist, so geändert werden, dass der Verbindungszieldraht an einem vorgegebenen Leitungsweg entlang verläuft. Es sei angemerkt, dass das Isoliergehäuse 40 nach Änderung seiner Ausrichtung in 8 durch eine Phantomlinie angedeutet ist (Doppelpunktstrichlinie).
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Um jedoch ein Drehen des wie in 8 gezeigt installierten Stromsensors 1 zu vermeiden, ist es notwendig, an einer Stelle, an der der Stromsensor 1 installiert ist, einen Drehanschlag 6 zum Festlegen der Ausrichtung des Stromsensors 1 bereitzustellen.
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<Stromerfassungs-Sammelschiene gemäß Modifikation>
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Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 9 eine Stromerfassungs-Sammelschiene 30A gemäß einer Modifikation beschrieben, die auf den Stromsensor 1 angewendet werden kann. 9 ist eine perspektivische Ansicht der Stromerfassungs-Sammelschiene 30A und des Magnetkerns 10.
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Wie die in den 1 und 2 gezeigte Stromerfassungs-Sammelschiene 30 besteht auch die Stromerfassungs-Sammelschiene 30A aus einem Element, welches dadurch entsteht, dass die beiden Endabschnitte des stabförmigen Metallelements 30X, das durch den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 hindurch verläuft, so geformt werden, dass die beiden Endabschnitte breiter sind als der Zwischenabschnitt 31. Die beiden geformten Endabschnitte bilden auch die zwei Kontaktabschnitte 32a, die mit den Anschlüssen der anderen vor- bzw. nachgeschalteten Sammelschienen 9 zusammengefügt werden sollen.
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Die beiden Kontaktabschnitte 32a der Stromerfassungs-Sammelschiene 30A weisen jedoch keine flache, plattenartige Form auf, sondern die Abschnitte, die durch Stauchen der beiden Endabschnitte des stabförmigen Metallelements 30X so geformt sind, dass diese Endabschnitte dicker sind als der Zwischenabschnitt 31. Zusätzlich dazu weisen die beiden Kontaktabschnitte 32a der Stromerfassungs-Sammelschiene 30A Schraubenlöcher 32y auf, in die die Schrauben 8 zum Zusammenfügen der Kontaktabschnitte 32a mit den Anschlüssen der anderen vor- bzw. nachgeschalteten Sammelschienen 9 geschraubt werden.
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Die Kontaktabschnitte 32a der Stromerfassungs-Sammelschiene 30A werden durch Stauchen der Endabschnitte des stabförmigen Metallelements 30X mit Hilfe einer Spannvorrichtung, in der ein Formwerkzeug zum Formen der Kontaktabschnitte 32a ausgebildet ist, einer Pressmaschine und dergleichen ausgebildet. Die Endabschnitte des von der Spannvorrichtung gehaltenen stabförmigen Metallelements 30X werden von der Pressmaschine oder dergleichen entlang der Achse des stabförmigen Metallelements 30X gepresst. Somit werden die Endabschnitte des stabförmigen Metallelements 30X so bearbeitet, dass sie dicker sind als die anderen Abschnitte. Zu diesem Zeitpunkt wird mindestens eines der beiden Enden des stabförmigen Metallelements 30X einer Stauchung unterzogen, nachdem das stabförmige Metallelement 30X in die Sammelschienenlöcher 45 des Isoliergehäuses 40 eingeführt worden ist.
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Die in 9 gezeigte Stromerfassungs-Sammelschiene 30A kann auch statt der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 bei dem Stromsensor 1 eingesetzt werden.
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<Effekte>
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Bei dem Stromsensor 1 dienen die beiden Endabschnitte der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 bzw. 30A als Kontaktabschnitte 32 bzw. 32a, die jeweils mit den Anschlüssen der anderen vor- bzw. nachgeschalteten Sammelschienen 9 im Stromübertragungsweg zusammengefügt sind. Darüber hinaus weisen die Sammelschienenlöcher 45 des Isoliergehäuses 40 eine Form auf, die dem Profil des Zwischenabschnitts 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 bzw. 30A entspricht. Ferner entsprechen die beiden Kontaktabschnitte 32 bzw. 32a der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 bzw. 30A der Breite der anderen vor- bzw. nachgeschalteten Sammelschienen 9, so dass die Breite (Dicke) der beiden Kontaktabschnitte 32 bzw. 32a größer ist als die Breite (Dicke) des Zwischenabschnitts 31, der durch die Sammelschienenlöcher 45 des Isoliergehäuses 40 und den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 hindurch verläuft.
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Das bedeutet, dass mindestens einer der beiden Anschlussabschnitte 32 bzw. 32a der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 bzw. 30A durch Formen des entsprechenden Endabschnitts des stabförmigen Metallelements 30X entsteht, nachdem das stabförmige Metallelement 30X durch die Sammelschienenlöcher 45 des Isoliergehäuses 40 und den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 eingeführt wurde.
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Dementsprechend ist es bei dem Stromsensor 1 möglich, den Stromsensor 1 zu verkleinern, indem ein Magnetkern 10 eingesetzt wird, der in Bezug auf die Größe der anderen vor- bzw. nachgeschalteten Sammelschienen 9 im Stromübertragungsweg relativ klein ist.
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Darüber hinaus ist der Zwischenabschnitt 31 bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 stabförmig, wobei das Verhältnis der Breite zur Dicke 1 oder etwa 1 beträgt. Daher kann der Zwischenabschnitt 31 so ausgebildet sein, dass er – unter der Randbedingung, dass die größte Breite des Zwischenabschnitts 31 kleiner als die Breite des Lochabschnitts 11 des Magnetkerns 10 sein muss, – eine größere Querschnittsfläche aufweist als eine flache, plattenartige Sammelschiene. Daher ist es selbst bei Einsatz eines relativ kleinen Magnetkerns 10 möglich, eine übermäßige Wärmeentwicklung bei der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 zu vermeiden.
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Es ist auch vorstellbar, einen Stromsensor gemäß einem nachfolgend beschriebenen Referenzbeispiel als Stromsensor mit der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 zu verwenden, bei der die beiden Kontaktabschnitte 32 ausgebildet sind. Bei dem Stromsensor gemäß dem Referenzbeispiel sind die Sammelschienenlöcher des Isoliergehäuses 40 in einer Form ausgebildet, die dem Profil der Kontaktabschnitte 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 entspricht, und diese den zwei Kontaktabschnitten 32 entsprechenden Abschnitte der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 verlaufen durch die jeweiligen Sammelschienenlöcher des Isoliergehäuses 40 hindurch. In diesem Fall sind in dem Isoliergehäuse 40 der gesamte Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30, der Magnetkern 10 und das Hall-Element 20 untergebracht.
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Wenn jedoch die Kontaktabschnitte 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 eine flache, plattenartige Form aufweisen, handelt es sich bei den Sammelschienenlöchern des Referenzbeispiels um Durchgangslöcher in Form eines schmalen Schlitzes. Andererseits handelt es sich bei den Sammelschienenlöchern 45 des Stromsensors 1 um Durchgangslöcher, bei denen das Verhältnis der Längs- zur Querabmessung 1 oder etwa 1 beträgt. Im Hinblick auf Harzformelemente kann allgemein ein Durchgangsloch, bei dem das Verhältnis der Längs- zur Querabmessung 1 oder etwa 1 beträgt, mit größerer Genauigkeit ausgebildet werden als ein Durchgangsloch in Form eines schmalen Schlitzes.
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Daher kann im Vergleich zu einem Durchgangsloch in Form eines schmalen Schlitzes ein Durchgangsloch, bei dem das Verhältnis der Längs- zur Querabmessung 1 oder etwa 1 beträgt, so ausgebildet werden, dass Abmessungen entstehen, die näher bei den Abmessungen des Profils der Stromerfassungs-Sammelschiene liegen, oder anders ausgedrückt Abmessungen mit wenig Spiel. Dementsprechend ist, wenn die Kontaktabschnitte 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 eine flache, plattenartige Form aufweisen, der Bereich eines Spalts zwischen einem Randabschnitt jedes Sammelschienenlochs des Isoliergehäuses 40 und der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 in dem Fall, dass der Stromsensor 1 eingesetzt wird, kleiner, als wenn der Stromsensor gemäß einem Referenzbeispiel eingesetzt wird. Dadurch erhöht sich eine Staubschutzwirkung, durch die verhindert wird, dass Staub in das Isoliergehäuse 40 eindringt.
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Was Harzformelemente betrifft, so ist es auch wahrscheinlich, dass aufgrund von Spannungskonzentration ein Randabschnitt eines Durchgangslochs in Form eines schmalen Schlitzes bricht. Andererseits ist es bei Harzformelementen unwahrscheinlich, dass es bei einem Abschnitt, in dem ein Durchgangsloch mit einem Verhältnis von Längs- zu Querabmessung von 1 oder etwa 1 ausgebildet ist, aufgrund von Spannungskonzentration zu einem Bruch kommt. Dementsprechend ist es, wenn die Kontaktabschnitte 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 eine flache, plattenartige Form aufweisen, bei Einsatz des Stromsensors 1 weniger wahrscheinlich, dass es bei dem Gehäuse aufgrund von Spannungskonzentration zu einem Bruch kommt, als wenn der Stromsensor gemäß dem Referenzbeispiel eingesetzt wird.
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Zudem stützt bei dem Stromsensor 1 der Kernstützabschnitt 43 den Magnetkern 10 und die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 in einem Zustand, in dem der Kernstützabschnitt 43 zwischen dem Magnetkern 10 und der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 eingefasst wird. Selbst wenn sich der Kernstützabschnitt 43 in einem Zustand befindet, in dem zwischen dem Kernstützabschnitt 43 und dem Magnetkern 10 ein kleiner Spalt (Spiel) entsteht, wenn der Kernstützabschnitt 43 zwischen dem Magnetkern 10 und dem Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 in den Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 eingeführt wird, verformt sich in diesem Fall der Kernstützabschnitt 43 unter Einwirkung von durch die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 ausgeübten Druck auf elastische Weise und kommt in engen Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Magnetkerns 10. Folglich kommt es nicht zu dem Phänomen, dass der Magnetkern 10 und der Kernstützabschnitt 43 in einer Umgebung, in der sie Vibrationen des Fahrzeugs und dergleichen ausgesetzt sind, wiederholt aneinanderstoßen, und es ist unwahrscheinlich, dass sich der Magnetkern 10 und der Kernstützabschnitt 43 aufgrund der Vibrationen abnutzen.
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Zudem verformen sich die an dem Kernstützabschnitt 43 gebildeten vorstehenden Abschnitte 431 plastisch unter dem Druck, der vom Magnetkern 10 und dem Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30, die die vorstehenden Abschnitte 431 einfassen, ausgeübt wird. Daher werden die Maßtoleranzen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30, des Kernstützabschnitts 43 und des Magnetkerns 10 durch das Ausmaß der plastischen Verformung der vorstehenden Abschnitte 431 kompensiert. Somit ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, in der der Kernstützabschnitt 43 aufgrund der Maßtoleranzen nicht in den Spalt zwischen dem Magnetkern 10 und der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 eingeführt werden kann.
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Da zudem die Profilform des Zwischenabschnitts 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 der Profilform des Lochabschnitts 11 des Magnetkerns 10 homothetisch ähnlich ist, kann der Spalt zwischen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 und dem Magnetkern 10 kleiner gemacht werden. Infolgedessen ist es möglich, den Stromsensor durch Einsatz eines kleineren Magnetkerns 10 zu verkleinern.
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Da der Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 zylinderförmig ist und die Sammelschienenlöcher 45 kreisrund sind, lässt sich zudem das Isoliergehäuse 40 um den Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 drehen. Somit lässt sich in einem Zustand, in dem die beiden Kontaktabschnitte 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 an den anderen vor- bzw. nachgeschalteten Sammelschienen 9 befestigt sind, die Gesamtausrichtung des Isoliergehäuses 40 und der vom Isoliergehäuse 40 gestützten Bestandteile, außer der Stromerfassungs-Sammelschiene 30, ändern. Daher vergrößert sich der Freiheitsgrad beim Anbringen des Stromsensors 1.
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Zudem können die Kontaktabschnitte 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 problemlos beispielsweise durch Pressen oder Stauchen des stabförmigen Metallelements 30X hergestellt werden.
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<Sonstiges>
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Bei dem oben beschriebenen Stromsensor 1 sind die drei oder mehr vorstehenden Abschnitte 431 an der innenseitigen Fläche des Kernstützabschnitts 43 ausgebildet. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass drei oder mehr gleichartige vorstehende Abschnitte 431 an der außenseitigen Fläche des Kernstützabschnitts 43 ausgebildet sind. Die vorstehenden Abschnitte 431 liegen in diesem Fall an der Innenumfangsfläche des Magnetkerns 10 an und verformen sich plastisch unter dem Druck, den der Magnetkern 10 und die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 ausüben, zwischen denen die vorstehenden Abschnitte 431 eingefasst sind.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 ebenfalls zylinderförmig. Der Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 kann jedoch auch andere Formen aufweisen. So ist es beispielsweise vorstellbar, dass der Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 prismenförmig ist. In diesem Fall weisen die innenseitige Fläche des Kernstützabschnitts 43 und die Sammelschienenlöcher 45 des Isoliergehäuses 40 eine polygonale Form auf, die dem Profil des Zwischenabschnitts 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 entspricht.
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Falls die Profilform des Zwischenabschnitts 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 und die Form der Sammelschienenlöcher 45 nicht rund sind, lässt sich das Isoliergehäuse 40 nicht um den Zwischenabschnitt 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 drehen. Deshalb wird, wenn das Isoliergehäuse 40 nach dem Befestigen der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 an den anderen vor- bzw. nachgeschalteten Sammelschienen 9 nicht gedreht werden muss, vorzugsweise die Stromerfassungs-Sammelschiene 30 eingesetzt, bei der der Zwischenabschnitt 31 nicht zylinderförmig ist.
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Darüber hinaus ist der Magnetkern 10 bei dem Stromsensor 1 so ausgebildet, dass er in Verbindung mit dem Spaltabschnitt 12 eine ringartige, kreisrunde Form aufweist. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass der Magnetkern 10 eine andere Form besitzt. So ist zum Beispiel vorstellbar, dass der Magnetkern 10 in Verbindung mit dem Spaltabschnitt 12 eine ringartige, polygonale ringartige Form aufweist und die Profilform (Querschnittsform) des Zwischenabschnitts 31 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 ein Polygon ist, das dem von dem Lochabschnitt 11 des Magnetkerns 10 definierten Polygon homothetisch ähnlich ist. In diesem Fall weist die außenseitige Fläche des Kernstützabschnitts 43 eine polygonale Form auf, die der Profilform des Lochabschnitts 11 des Magnetkerns 10 homothetisch ähnlich ist.
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Darüber hinaus ist es bei dem Stromsensor 1 auch vorstellbar, dass die beiden Kontaktabschnitte 32 der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 voneinander verschiedene Formen aufweisen. So ist es beispielsweise vorstellbar, dass es sich bei einem Endabschnitt der Stromerfassungs-Sammelschiene 30 um den flachen, plattenartigen Kontaktabschnitt 32 handelt und bei dem anderen Endabschnitt um den Kontaktabschnitt 32a, der durch Stauchen verdickt wurde.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stromsensor
- 6
- Drehanschlag
- 7
- Kontaktklemmleiste
- 8
- Schraube
- 9
- Sammelschiene
- 10
- Magnetkern
- 11
- Lochabschnitt des Magnetkerns
- 12
- Spaltabschnitt des Magnetkerns
- 20
- Hall-Element
- 21
- Leitungsdraht
- 30, 30A
- Stromerfassungs-Sammelschiene
- 30X
- Stabförmiges Metallelement
- 31
- Zwischenabschnitt der Stromerfassungs-Sammelschiene
- 32, 32a
- Kontaktabschnitt der Stromerfassungs-Sammelschiene
- 32y
- Schraubenloch
- 32z
- Durchgangsloch
- 40
- Isoliergehäuse
- 41
- Gehäuserumpf
- 42
- Deckelelement
- 43
- Kernstützabschnitt
- 44
- Elementstützabschnitt
- 45
- Sammelschienenloch
- 47
- Zungenabschnitt (Verriegelungsmechanismus)
- 48
- Rahmenabschnitt (Verriegelungsmechanismus)
- 49
- Leiterplattenstützabschnitt
- 50
- Elektronische Leiterplatte
- 51
- Verbinder
- 52
- Ausgesparter Abschnitt der elektronischen Leiterplatte
- 60
- Pressmaschine
- 431
- Vorstehender Abschnitt des Kernstützabschnitts
