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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromsensor, der zum Messen eines Stroms eingesetzt wird, der auf einem Strompfad fließt, sowie ein Verfahren zum Herstellen des Stromsensors.
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Hintergrund der Erfindung
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Zum Messen eines Stroms einer an einem Fahrzeug installierten Batterie oder eines einem Motor zuzuführenden Stroms ist ein Stromsensor eingesetzt worden, der mit einem Magnet-Erfassungselement, wie beispielsweise einem Hall-Element, und einem Magnetabschirmungs-Kern versehen ist, der Magnetismus erfasst, der von einem Strompfad, wie beispielsweise einer Sammelschiene, erzeugt wird, und der einen Strom misst, der auf einem Strompfad fließt (siehe beispielsweise Patentdokumente 1 bis 3).
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Liste der Anführungen
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1 JP 2010 - 223 868
- Patentdokument 2 JP 2010 - 2 277 A
- Patentdokument 3 JP 4 515 855 B2
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Das Dokument
US 2006 / 0 232 262 A1 betrifft eine Stromerfassungsvorrichtung, die einen Magnetkern mit einer Ringform mit einem Spalt und einem mittleren Öffnungsabschnitt, durch den ein Strompfad angeordnet ist, und einen Magnetsensor mit einem magnetischen Sensorelement, wie z. B. einem Hall-Effekt-Element, das in dem Spalt angeordnet ist, umfasst. Wenn ein Strom durch den Strompfad fließt, erzeugt der Magnetkern darin einen magnetischen Fluss, so dass in dem Spalt ein Magnetfeld erzeugt wird. Der Magnetsensor gibt verschiedene elektrische Signale aus, die jeweils in einem anderen Messbereich gemessen werden und der Intensität des Magnetfelds im Spalt entsprechen. Das Stromerfassungsgerät misst den Strom auf der Basis der vom Magnetsensor ausgegebenen elektrischen Signale.
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Das Dokument
US 6 426 617 B1 betrifft ein Hall-Effekt-Stromsensorsystem zur Verwendung in z. B. einem Relais. Das System umfasst auch einen Kern mit einer zentralen Öffnung zur Aufnahme des Leiters durch diesen. Der Kern enthält außerdem einen Spalt, der so bemessen ist, dass er einen Hall-Generator aufnehmen kann. Der Hall-Generator und der Kern sind auf einer ersten gedruckten Platine montiert. Diese Platine hat ebenfalls eine Öffnung zur Aufnahme des Leiters. Die erste Leiterplatte ist elektrisch und mechanisch mit einer zweiten Leiterplatte durch eine Board-in-Board-Verbindung verbunden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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In diesem Kontext ist im Zusammenhang mit der weiten Verbreitung von Elektrofahrzeugen und dergleichen das Fließen eines starken Stroms (beispielsweise 600 A) untersucht worden, der auf einem Strompfad, wie beispielsweise einer Sammelschiene, fließt.
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Um einen derartigen Strom zu erfassen, kann ein Stromsensor mit einem Aufbau in Betracht gezogen werden, bei dem ein Magnetabschirmungs-Kern 500 eingesetzt wird, der sich, wie er in 10(a) und 10(b) dargestellt, um den Strompfad 600 herum erstreckt, um Magnetismus mit einem Magnet-Erfassung verneint 400 zu erfassen. Wenn versucht wird, den Strom des Strompfads 600, über den ein starker Strom geleitet wird, mit dem Stromsensor zu messen, ist ein mit dem Stromsensor gemessener Stromwert kleiner als ein tatsächlicher Stromwert und eine Beziehung zwischen dem mit dem Stromsensor gemessenen Stromwert und dem tatsächlichen Stromwert kann nicht linearer bleiben. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Magnetabschirmungs-Kern 500 einen von dem Strompfad 600 erzeugten Magnetfluss an einem Spaltabschnitt 510 nicht ausreichend bündeln kann und ein Zustand sogenannter magnetischer Sättigung an dem Kernabschnitt auftritt.
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Als Gegenmaßnahmen gegen die magnetische Sättigung an dem Kernabschnitt sind die zwei im Folgenden aufgeführten Gegenmaßnahmen in Erwägung zu ziehen.
- 1) Dichte eines Magnetflusses (ein Magnetfluss pro Flächeneinheit), der durch den Kernabschnitt gebündelt wird, wird verringert, indem eine Breite des Kernabschnitts vergrößert wird, um die Größe von Endflächen des Kernabschnitts zu vergrößern, die einander an dem Spaltabschnitt zugewandt sind.
- 2) Dichte eines durch den Kernabschnitt gebündelten Magnetflusses wird verringert, indem der Spaltabschnitt des Kernabschnitts vergrößert wird, um den Abstand zwischen den beiden Endflächen des Kernabschnitts zu vergrößern, die einander an dem Spaltabschnitt zugewandt sind, und Widerstand an dem Spaltabschnitt zu vergrößern.
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Die erwähnte Gegenmaßnahme 1) weist jedoch dahingehend ein Problem auf, dass die Größe des Magnetabschirmungs-Kerns zunimmt, und die erwähnte Gegenmaßnahme 2) weist ein weiteres Problem dahingehend auf, dass Magnetfeld-Rauschen, das von außen an den Stromsensor gelangt und kein Erfassungsobjekt ist, einen größeren Einfluss hat.
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Um diese Probleme zu lösen, ist ein Stromsensor in Erwägung zu ziehen, der mit einem Magnetabschirmungs-Kern 500 versehen ist, der, wie in 11 dargestellt, in einer U-Form ausgebildet ist. Bei dem Stromsensor konzentriert sich der Strom, der über den Strompfad 600 fließt, auf beiden Seiten der Sammelschiene, die dem Strompfad 600 entspricht, in der Breitenrichtung. Dann wird ein Magnetfluss, der durch den Strom erzeugt wird, der auf beiden Seiten des Strompfades 600 als einer Erzeugungsquelle fließt, in dem durch das Magnet-Erfassungselement 400 erfassten Magnetfluss dominant. Wenn ein Abstand zwischen der Erzeugungsquelle und dem Magnet-Erfassungselement 400 zunimmt, wird eine Phasendifferenz zwischen einem von der Erzeugungsquelle erzeugten Magnetfeld und einem Magnetfeld erzeugt, das das Magnet-Erfassungselement 400 erreicht. Daher wird der durch das Magnet-Erfassungselement 400 erfasste Magnetfluss relativ zu dem auf dem Strompfad 600 fließenden Strom verzögert, und dementsprechend verschlechtert sich das Ansprechverhalten des Stromsensors.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Umstände gemacht und eine Aufgabe derselben besteht darin, einen Stromsensor zu schaffen, mit dem schnelles Ansprechen erreicht wird, ohne dass die Größe des Kernabschnitts zunimmt und das Magnetfeld-Rauschen angezogen wird, um so magnetische Sättigung an dem Kernabschnitt zu verhindern, und darin, ein Verfahren zum Herstellen des Stromsensors zu schaffen.
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Lösung des Problems
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Um die oben erwähnte Aufgabe zu erfüllen, weist der Stromsensor gemäß der vorliegenden Erfindung die im Folgenden aufgeführten Merkmale 1) und 2) auf.
- 1) Ein Stromsensor enthält:
- ein Magnet-Erfassungselement, das so eingerichtet ist, dass es von einem Strompfad erzeugten Magnetismus erfasst; und
- einen Magnetabschirmungs-Kern, der einen Kernabschnitt, der so angeordnet ist, dass er sich um den Strompfad herum erstreckt, einen Spaltabschnitt, der ausgebildet wird, indem ein Teil des Kernabschnitts so eingeschnitten wird, dass das Magnet-Erfassungselement darin angeordnet ist, sowie zwei Abschirmungsabschnitte enthält, die sich von dem Kernabschnitt zur Außenseite erstrecken, die der Innenseite des Kernabschnitts gegenüberliegt, an der der Strompfad angeordnet ist, so dass die zwei Abschirmungsabschnitte parallel zueinander sind und das Magnet-Erfassungselement zwischen ihnen angeordnet ist.
- 2) Der Stromsensor mit dem Aufbau gemäß 1), wobei der Magnetabschirmungs-Kern eine innere Abschirmung, die so angeordnet ist, dass sie sich um den Strompfad herum erstreckt, und eine äußere Abschirmung mit einer U-Form enthält, die an einem Außenumfang der inneren Abschirmung angeordnet ist;
wobei die innere Abschirmung und ein Teil der äußeren Abschirmung, der an dem Außenumfang der inneren Abschirmung entlang angeordnet ist, als der Kernabschnitt ausgebildet sind;
der Spaltabschnitt in der inneren Abschirmung ausgebildet ist; und
beide Endabschnitte der äußeren Abschirmung den Abschirmungsabschnitt bilden.
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Bei dem Stromsensor mit dem oben beschriebenen Aufbau gemäß 1) befinden sich die beiden Abschirmungsabschnitte an dem Kernabschnitt des Magnetabschirmungs-Kerns. Dementsprechend hat Magnetfeld-Rauschen von der Außenseite selbst dann weniger Einfluss, wenn ein Einfluss der magnetischen Sättigung an dem Kernabschnitt verringert wird, indem der Zwischenraum des Spaltabschnitts vergrößert wird. Des Weiteren verschlechtert sich das Ansprechverhalten nicht, da sich der Kernabschnitt um den Strompfad herum erstreckt und der auf dem Strompfad fließende Strom gleichmäßig in dem Querschnitt des Strompfades verteilt wird.
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Das heißt, es ist möglich, schnelles Ansprechen zu erzielen, ohne dass dies eine Zunahme der Größe des Kernabschnitts und Anziehen des Magnetfeld-Rauschens bewirkt, so dass die magnetische Sättigung an dem Kernabschnitt verhindert wird.
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Bei dem Stromsensor mit dem oben beschriebenen Aufbau gemäß 2) ist es möglich, die Form der inneren Abschirmung und die der äußeren Abschirmung zu vereinfachen und den Stromsensor mittels Pressformen und dergleichen kostengünstig herzustellen, wenn der Magnetabschirmungs-Kern und die innere Abschirmung sowie die äußere Abschirmung als separate Körper ausgebildet werden. Weiterhin ist es, da eine Hauptfunktion der äußeren Abschirmung darin besteht, ein externes Magnetfeld zu blockieren, möglich, die Dicke der äußeren Abschirmung gegenüber der der inneren Abschirmung zu reduzieren, und eine Verringerung von Größe, Gewicht und Kosten für den Magnetabschirmungs-Kern zu erzielen.
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Des Weiteren ist es, da der Abschnitt des Magnetabschirmungs-Kerns, an dem die innere Abschirmung und die äußere Abschirmung einander überlappen, eine größere Dicke hat, möglich, die Magnetfelddichte als einen an dem Kernabschnitt gebündelten Magnetfluss pro Flächeneinheit zu verringern.
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Um die oben erwähnte Aufgabe zu erfüllen, weist das Verfahren zum Herstellen eines Stromsensors gemäß der vorliegenden Erfindung die im Folgenden aufgeführten Merkmale 3) bis 5) auf.
- 3) Ein Verfahren zum Herstellen eines Stromsensors, der so eingerichtet ist, dass er von einem Strompfad erzeugten Magnetismus mit einem Magnet-Erfassungselement erfasst und einen auf dem Strompfad fließenden Strom misst, wobei das Verfahren einschließt:
- Ausbilden eines Magnetabschirmungs-Kerns, der einen Kernabschnitt, der so angeordnet ist, dass er sich um den Strompfad herum erstreckt, einen Spaltabschnitt, der ausgebildet wird, indem ein Teil des Kernabschnitts so ausgeschnitten wird, dass das Magnet-Erfassungselement darin angeordnet ist, sowie zwei Abschirmungsabschnitte enthält, die sich von dem Kernabschnitt zur Außenseite erstrecken, die der Innenseite des Kernabschnitts gegenüberliegt, an der der Strompfad angeordnet ist, so dass die zwei Abschirmungsabschnitte parallel zueinander sind und das Magnet-Erfassungselement zwischen ihnen angeordnet ist,
- wobei bei dem Ausbilden der Magnetabschirmungs-Kerne der Abschirmungsabschnitt so ausgebildet wird, dass er eine Längsabmessung hat, die auf einem Dämpfungsgrad des externen Magnetfeldes basiert.
- 4) Das Verfahren zum Herstellen eines Stromsensors mit dem Aufbau gemäß 3), wobei bei dem Ausbilden des Magnetabschirmungs-Kerns der Spaltabschnitt so ausgebildet wird, dass er einen Zwischenraum hat, der auf der Magnetfelddichte in dem Magnet-Erfassungselement basiert.
- 5) Das Verfahren zum Herstellen eines Stromsensors mit dem Aufbau gemäß 3) oder 4), wobei bei dem Ausbilden des Magnetabschirmungs-Kerns der Magnetabschirmungs-Kern separat als eine innere Abschirmung, die so angeordnet ist, dass sie sich um den Strompfad herum erstreckt, und eine äußere Abschirmung mit einer U-Form ausgebildet wird, die an einem Außenumfang der inneren Abschirmung entlang angeordnet ist, wobei die innere Abschirmung und ein Teil der äußeren Abschirmung, der an dem Außenumfang der inneren Abschirmung entlang angeordnet ist, als der Kernabschnitt ausgebildet werden, die innere Abschirmung den Spaltabschnitt bildet, beide Endabschnitte der äußeren Abschirmung den Abschirmungsabschnitt bilden und ein Abschnitt, an dem die innere Abschirmung und die äußere Abschirmung einander überlappen, so ausgebildet wird, dass er eine Dicke hat, die auf einer Beziehung zwischen dem Strom, der über den Strompfad geleitet wird, und maximaler Magnetfelddichte in dem Kernabschnitt basiert.
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Bei dem Stromsensor mit dem oben beschriebenen Aufbau gemäß 3) ist es möglich, die Längsabmessung des Abschirmungsabschnitts auf einfache Weise auf Basis des Dämpfungsgrades des externen Magnetfelds festzulegen und einen Stromsensor mit ausgezeichneter Beständigkeit gegenüber einem externen Magnetfeld zu schaffen.
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Bei dem Stromsensor mit dem oben beschriebenen Aufbau gemäß 4) ist es möglich, einen Messbereich eines zu messenden Stroms auf einfache Weise anzupassen, ohne einen Verstärkungsfaktor einer Verstärkerschaltung oder dergleichen durch Festlegen des Zwischenraums des Spaltabschnitts auf Basis der Magnetfelddichte an dem Magnet-Erfassungselement zu ändern. Dementsprechend ist es möglich, das in dem Magnet-Erfassungselement erzeugte Magnetfeld in jedem Messbereich zu nutzen, in dem der Zwischenraum des Spaltabschnitts angepasst wird.
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Bei dem Stromsensor mit dem oben beschriebenen Aufbau gemäß 5) ist es möglich, die Dicke des Abschnitts, an dem die innere Abschirmung und die äußere Abschirmung einander überlappen, auf einfache Weise auf Basis der Beziehung zwischen dem Strom, der über den Strompfad geleitet wird und der maximalen Magnetfelddichte an dem Kernabschnitt festzulegen.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Stromsensor zu schaffen, der schnelles Ansprechverhalten erzielt, ohne dass dies eine Zunahme der Größe des Kernabschnitts und Anziehen von Magnetfeld-Rauschen bewilligt, um so magnetische Sättigung an dem Kernabschnitt verhindert wird, und möglich, ein Verfahren zum Herstellen des Stromsensors zu schaffen.
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Damit ist die vorliegende Erfindung kurz beschrieben worden. Details der vorliegenden Erfindung werden bei gründlichem Studium von Ausführungsformen zum Umsetzen der vorliegenden Erfindung (im Folgenden als „Ausführungsformen“ bezeichnet) deutlich ersichtlich, wie sie im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben sind.
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Figurenliste
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- 1 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht, die einen Stromsensor gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
- 2 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht, die den Stromsensor in 1 im Verlauf der Montage darstellt.
- 3 ist eine Perspektivansicht eines Magnetabschirmungs-Kerns in dem Stromsensor gemäß der ersten Ausführungsform.
- 4 ist eine Vorderansicht des Magnetabschirmungs-Kerns in dem Stromsensor gemäß der ersten Ausführungsform.
- 5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Längsabmessung eines Abschirmungsabschnitts und einem Dämpfungsgrad des externen Magnetfeldes veranschaulicht.
- 6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Zwischenraum eines Spaltabschnitts und einem erzeugten Magnetfeld (Magnetfelddichte) beim Fließen eines Stroms mit 300 A und eines Stroms mit 600 A über einen Strompfad veranschaulicht.
- 7(a) und 7(b) sind schematische Darstellungen, die Magnetabschirmungs-Kerne zeigen, die Spaltabschnitte mit unterschiedlichen Zwischenräumen enthalten, wobei 7(a) und 7(b) jeweils Vorderansichten des Magnetabschirmungs-Kerns sind.
- 8 ist eine Vorderansicht eines Magnetabschirmungs-Kerns in einem Stromsensor gemäß einer zweiten Ausführungsform.
- 9 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Stärke eines Stroms und einer magnetischen Flussdichte für jede Dicke des dicksten Abschnitts eines Kernabschnitts veranschaulicht.
- 10(a) und 10(b) sind schematische Darstellungen, die einen Magnetabschirmungs-Kern zeigen, der sich um einen Strompfad herum erstreckt, wobei 10(a) eine Perspektivansicht ist, und 10(b) eine Vorderansicht ist.
- 11 ist eine Vorderansicht, die einen Magnetabschirmungs-Kern mit einer U-Form darstellt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Es folgt eine ausführliche Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Erste Ausführungsform
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Zunächst wird ein Stromsensor gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben.
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1 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht, die einen Stromsensor gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt, 2 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht, die den Stromsensor in 1 im Verlauf der Montage darstellt, 3 ist eine Perspektivansicht eines Magnetabschirmungs-Kerns in dem Stromsensor gemäß der ersten Ausführungsform, und 4 ist eine Vorderansicht des Magnetabschirmungs-Kerns in dem Stromsensor gemäß der ersten Ausführungsform.
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Der Stromsensor 10 ist, wie in 1 und 2 dargestellt, so aufgebaut, dass er ein Gehäuse 20, ein Substrat 30, das in dem Gehäuse 20 aufgenommen ist, Magnet-Erfassungselemente 40, die an dem Substrat 30 montiert sind, und Magnetabschirmungs-Kerne 50 enthält, die in dem Gehäuse 20 aufgenommen sind. Bei dem Stromsensor 10 sind Strompfade 60 zwischen den Magnet-Erfassungselementen 40 und den Magnetabschirmungs-Kernen 50 angeordnet, und die Magnet-Erfassungselemente 40 erfassen einen Strom, der über die Strompfade 60 fließt. Der Stromsensor 10 misst einen Verbinder-Strom oder dergleichen, der beispielsweise mit einem Dreiphasen-Wechselstrommotor-Antriebsstrom für ein Elektrofahrzeug oder ein Hybrid-Fahrzeug oder einen Dreiphasen-Wechselstromweg verbunden ist.
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Das Gehäuse 20 hat im Wesentlichen eine Kastenform und besteht aus isolierendem Kunststoff oder dergleichen. Der Stromsensor 10 wird vervollständigt, indem das Substrat 30 und die Magnetabschirmungs-Kerne 50 an vorgegebenen Positionen von einer Seite einer Öffnung her in dem Gehäuse 20 aufgenommen werden und eine Abdeckung 21 mit dem Gehäuse, das das Substrat 30 und die Magnetabschirmungs-Kerne 50 aufnimmt, an der Seite der Öffnung in Eingriff gebracht wird und die Abdeckung 21 daran befestigt wird. In dem Gehäuse 20 und der Abdeckung 21 ist jeweils eine Vielzahl von Durchgangslöchern 22 vorhanden, und die Strompfade 60 werden an vorgegebenen Positionen in dem Stromsensor 10 angeordnet, indem die Strompfade 60 in die Durchgangslöcher 22 eingeführt werden. Dadurch kann der Stromsensor 10 einen über die Strompfade 60 fließenden Strom erfassen. Die Magnet-Erfassungselemente 40, die zusammen mit Schaltungen und dergleichen mit dem Substrat 30 montiert werden, sind Elemente, die bewirken, dass an den Strompfaden 60 erzeugte Magnetfelder gemessen werden. Jedes Magnet-Erfassungselement 40 ist ein Hall-Halbleiterelement, das einen Hall-Effekt nutzt, der durch Lorentz-Kraft verursacht wird, die auf einen Träger in einem Magnetfeld angelegt wird, oder ein Magnet-Impedanzelement, das einen magnetischen Impedanzeffekt nutzt, der beispielsweise durch ein amorphes magnetisches Material verursacht wird. Der Stromsensor 10 gibt einen Spannungswert, der ein Wert ist, der proportional zu dem durch die Magnet-Erfassungselemente 40 erfassten Magnetfeld ist, über eine an dem Substrat 30 montierte Verstärkerschaltung oder dergleichen aus. Die Magnetabschirmungs-Kerne 50 haben im Wesentlichen die Form von Dünnfilmen und bestehen aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität, wie beispielsweise Permalloy oder einem Siliziumstahlblech. Die Strompfade 60 sind Sammelschienen oder leitende Körper, die jeweils in Form einer flachen Platte ausgebildet sind und über die ein Wechselstrom oder dergleichen fließt.
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Der Stromsensor 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist so installiert, dass er die im Folgenden beschriebene Dreiphasen-Wechselstrom-Konfiguration hat.
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Die Dreiphasen-Wechselstrom-Konfiguration weist drei Strompfade 60 auf (eine Phase U, eine Phase V und eine Phase W von der rechten Seite in der Zeichnung aus). Im Unterschied dazu ist das Magnet-Erfassungselement 40 zum Erfassen eines Stroms, der über jeden Strompfad 60 fließt, für den Strompfad 60 jeder Phase in dem Stromsensor 10 angeordnet. Des Weiteren sind die jeweiligen Magnet-Erfassungselemente 40 integral auf einem einzelnen Substrat 30 montiert. Die Magnetabschirmungs-Kerne 50 sind so angeordnet, dass sie den jeweiligen Magnet-Erfassungselementen 40 entsprechen und jeweils die Magnet-Erfassungselemente 40 und die Strompfade 60 umschließen. Die jeweiligen Strompfade 60 sind in den entsprechenden Durchgangslöchern 22 angeordnet, die in dem Gehäuse 20 und der Abdeckung 21 vorhanden sind. Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Strompfade 60 zwischen den Magnet-Erfassungselementen 40 und den Magnetabschirmungs-Kernen 50 angeordnet (siehe 3 und 4).
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Die an dem Substrat 30 montierten Magnet-Erfassungselemente 40 sind in dem Gehäuse 20 so aufgenommen, dass sie in der Mitte der Durchgangslöcher 22 positioniert sind. Dadurch sind die Magnet-Erfassungselemente 40 in der Mitte der Strompfade 60 angeordnet, die in die Durchgangslöcher 22 eingeführt sind. Die jeweiligen Magnetabschirmungs-Kerne 50 sind so angeordnet, dass sie die Durchgangslöcher 22 des Gehäuses 20 umschließen, wenn sie in dem Gehäuse 20 aufgenommen sind.
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Jeder Magnetabschirmungs-Kern 50 enthält, wie in 3 und 4 dargestellt, einen Kernabschnitt 51, der sich um jeden Strompfad 60 herum erstreckt, wenn der Stromsensor 10 an dem Strompfad 60 angebracht ist. Der Kernabschnitt 51 hat als Ganzes die Form einer hohlen Röhre und enthält einen Spaltabschnitt 52 sowie vorstehende Abschnitte 54, wobei der Spaltabschnitt 52 ausgebildet wird, indem ein Teil des Kernabschnitts 51 an der Seite des Magnet-Erfassungselementes 40 ausgeschnitten wird, wobei die vorstehenden Abschnitte 54 jeweils an beiden Seiten des Spaltabschnitts 52 positioniert sind und einen Teil des Kernabschnitts 51 bilden. Jedes Magnet-Erfassungselement 40 ist zwischen Endflächen (im Folgenden als Kernabschnitt-Endflächen 51a bezeichnet), der sich auf den Spaltabschnitt 52 zu erstreckenden vorstehenden Abschnitte 54 angeordnet, die dem Spaltabschnitt 52 zugewandt sind. Ein Zwischenraum G des Spaltabschnitts 52 kann angepasst werden, indem eine Abmessung Q der Länge, um die die vorstehenden Abschnitte 54 vorstehen, entsprechend geändert wird. Des Weiteren gibt die Abmessung Q der Länge, um die die vorstehenden Abschnitte 54 vorstehen, eine Länge von einer Innenfläche eines Abschirmungsabschnitts 53, der weiter unten beschrieben wird, zu der Kernabschnitt-Endfläche 51a an. Vorzugsweise ist jedes Magnet-Erfassungselement an dem Spaltabschnitt 52 angeordnet. Es kann jedoch auch eine Konstruktion eingesetzt werden, bei der das Magnet-Erfassungselement so angeordnet ist, dass es in einer Richtung, in der sich das Magnet-Erfassungselement 40 dem Strompfad 60 nähert, oder in einer Richtung, in der sich das Magnet-Erfassungselement 40 von dem Strompfad 60 entfernt, in Bezug auf den Spaltabschnitt 52 geringfügig abweicht.
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Des Weiteren enthält jeder Magnetabschirmungs-Kern 50 zwei Abschirmungsabschnitte 53, die sich von dem Kernabschnitt 51 zu der Außenseite hin erstrecken, die der Innenseite des Kernabschnitts 51 gegenüberliegt, an der der Strompfad 60 positioniert ist. Diese Abschirmungsabschnitte 53 sind so angeordnet, dass sie parallel zueinander sind, und das Magnet-Erfassungselement 40 ist zwischen diesen Abschirmungsabschnitten 53 angeordnet. Der Magnetabschirmungs-Kern 50 mit dem beschriebenen Aufbau wird ausgebildet, indem körniges Ferrit mit einem Formwerkzeug geformt wird, der Formkörper gebrannt und verfestigt wird und das entstandene Objekt weiter mit einer Verarbeitungsvorrichtung, wie beispielsweise einer spanenden Maschine, geformt wird. Der Kernabschnitt 51, der Spaltabschnitt 52 und die Abschirmungsabschnitte 53 werden durch Formen mit einem Formwerkzeug oder Formen mit einer Verarbeitungsvorrichtung ausgebildet.
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Bei einem Magnetabschirmungs-Kern einer früheren Erfindung (siehe 10(1) und 10(b)), der sich um jeden Strompfad herum erstreckt, kann ein Magnetfluss von jedem Strompfad an dem Spaltabschnitt nicht ausreichend gebündelt werden, wenn ein starker Strom (z. B. 600 A) über den Strompfad geleitet wird, tritt ein magnetisch gesättigter Zustand ein und kann in einigen Fällen eine Beziehung zwischen einem durch den Stromsensor gemessenen Stromwert und einem tatsächlichen Stromwert nicht linear bleiben.
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Als eine Gegenmaßnahme für einen derartigen Fall ist in Erwägung zu ziehen, die Dichte des durch den Abdeckungsabschnitt gebündelten Magnetflusses durch Vergrößern der Breite des Kernabschnitts oder durch Vergrößern des Zwischenraums des Spaltabschnitts zu reduzieren. Eine Vergrößerung der Breite des Kernabschnitts bewirkt jedoch eine Vergrößerung des Magnetabschirmungs-Kerns, und eine Vergrößerung des Zwischenraums des Spaltabschnitts bewirkt, dass externes Magnetfeldrauschen einen größeren Einfluss hat.
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Bei einem Magnetabschirmungs-Kern mit einer U-Form (siehe 11) konzentriert sich der über jeden Strompfad fließende Strom an beiden Seiten des Strompfades in der Breitenrichtung, und ein Magnetfluss, der von dem Strom, der über beide Seiten des Strompfades fließt, als einer Erzeugungsquelle erzeugt wird, erhält Dominanz in dem durch das Magnet-Erfassungselement zu erfassenden Magnetfluss. Daher kommt es, wenn der Abstand zwischen der Erzeugungsquelle und dem Magnet-Erfassungselement zunimmt, zu einer Phasendifferenz zwischen dem von der Erzeugungsquelle erzeugten Magnetfeld und dem Magnetfeld, das das Magnet-Erfassungselement erreicht, und verschlechtert sich das Ansprechverhalten.
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Im Unterschied dazu befinden sich bei der in 2 dargestellten Ausführungsform die zwei Abschirmungsabschnitte 53 an dem Kernabschnitt 51 des Magnetabschirmungs-Kerns 50 des Stromsensors 10. Bei einem derartigen Aufbau hat das Magnetfeld-Rauschen von der Außenseite selbst dann einen geringeren Einfluss, wenn der Einfluss der magnetischen Sättigung an dem Kernabschnitt 51 verringert wird, indem der Zwischenraum G des Spaltabschnitts 52 vergrößert wird. Des Weiteren verschlechtert sich das Ansprechverhalten nicht, da sich der Kernabschnitt 51 um den Strompfad 60 herum erstreckt und der über den Strompfad 60 fließende Strom gleichmäßig in dem Querschnitt des Strompfades 60 verteilt wird.
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Das heißt, es ist möglich, schnelles Ansprechen zu erzielen, ohne dass dies eine Zunahme der Größe des Kernabschnitts 51 und Anziehen des Magnetfeld-Rauschens bewirkt, so dass die magnetische Sättigung an dem Kernabschnitt 51 verhindert wird.
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5 stellt eine Beziehung zwischen einer Längsabmessung L (Abmessung L) jedes Abschirmungsabschnitts 53 und einem Dämpfungsgrad des externen Magnetfeldes (Dämpfungsgrad = (internes Magnetfeld/externes Magnetfeld) x 100) als Widerstand gegen das externe Magnetfeld dar.
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Die Längsabmessung L jedes Abschirmungsabschnitts 53 hat, wie in 5 dargestellt, einen Einfluss auf den Widerstand gegen das externe Magnetfeld. Dementsprechend ist es möglich, die Längsabmessung L jedes Abschirmungsabschnitts 53 in dem Magnetabschirmungs-Kern 50 auf Basis der Beziehung zu dem Widerstand gegen das externe magnetische Feld auf einfache Weise einzustellen. Das heißt, es ist möglich, die Längsabmessung L jedes Abschirmungsabschnitts 53 anhand eines angestrebten Dämpfungsgrades des externen Magnetfeldes auf Basis der Beziehung zwischen der Längsabmessung L jedes Abschirmungsabschnitts 53 und dem Dämpfungsgrad des externen Magnetfeldes auf einfache Weise einzustellen.
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Dabei wird ein Ausgang des Magnet-Erfassungselementes 40 durch die Verstärkungsschaltung oder dergleichen mit einem vorgegebenen Verstärkungsfaktor verstärkt, und beabsichtigte Eingangs- und Ausgangs-Eigenschaften werden erzielt. Jedoch unterscheidet sich ein erforderlicher Strom-Messbereich je nach einem Einsatzzweck. Da ein dynamischer Bereich des Ausgangs (von einem unteren Grenzwert bis zu einem oberen Grenzwert einer Ausgangsspannung) den jeweiligen Einsatzzwecken gemeinsam ist, ist es erforderlich, den Verstärkungsfaktor der Verstärkerschaltung oder dergleichen für jeden Messbereich zu ändern. Das heißt, bei dem normalen Stromsensor 10 ist es erforderlich, eine Schaltungskomponente, die den Verstärkungsfaktor bestimmt, für jeden Messbereich (für jeden Einsatzzweck) auszuwechseln.
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Der Stromsensor gemäß der Ausführungsform hat jedoch einen Aufbau, bei dem sich der Spaltabschnitt 52 an dem Kernabschnitt 51 befindet und das Magnet-Erfassungselement 40 an dem Spaltabschnitt 52 angeordnet ist. Mit einem derartigen Aufbau ist es möglich, den Messbereich des zu messenden Stroms auf einfache Weise anzupassen, ohne den Verstärkungsfaktor der Verstärkerschaltung oder dergleichen zu ändern, indem die Abmessung Q der Länge, um die jeder vorstehende Abschnitt 54 vorsteht, geändert wird und der Zwischenraum G des Spaltabschnitts 52 angepasst wird. Des Weiteren ist es möglich zu veranlassen, dass ein Magnetfeld in jedem Messbereich auf standardisierte Weise erzeugt wird, indem die Abmessung Q der Länge, um die jeder vorstehende Abschnitt 54 vorsteht, geändert wird und der Zwischenraum G des Spaltabschnitts 52 angepasst wird.
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Wenn der Strom, wie beschrieben, über den Strompfad 60 geleitet wird, ändert sich das in dem Magnet-Erfassungselement 40 erzeugte Magnetfeld in Abhängigkeit von dem Zwischenraum G des Spaltabschnitts 52. Dementsprechend ist es möglich, das gleiche Magnetfeld bei unterschiedlichen Stromwerten zu erzeugen, indem die Abmessung Q der Länge geändert wird, um die jeder vorstehende Abschnitt 54 vorsteht, und der Zwischenraum G des Spaltabschnitts 52 entsprechend dem Messbereich geändert wird.
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6 stellt eine Beziehung zwischen dem Zwischenraum (Spaltgröße) G des Spaltabschnitts 52 und einem erzeugten Magnetfeld (Magnetfelddichte an dem Magnet-Erfassungselement) beim Leiten eines Stroms von 300 A und eines Stroms von 600 A über den Strompfad 60 dar.
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Das Magnetfeld mit einer Magnetfelddichte, das an dem Magnet-Erfassungselement 40 erzeugt wird, weist, wie in 6 dargestellt, eine Beziehung auf, bei der das Magnetfeld schwächer wird, wenn der Zwischenraum G des Spaltabschnitts 52 größer wird.
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Es ist möglich, das gleiche Magnetfeld (Magnetfelddichte) mit 60 mT zu erzeugen, wenn der Zwischenraum G des Spaltabschnitts 52 in dem Messbereich von 300 A auf 5 mm eingestellt wird und der Zwischenraum G des Spaltabschnitts 52 in dem Messbereich von 600 A auf 9,8 mm eingestellt wird.
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Dementsprechend wird, wie in 7(a) dargestellt, bei der Verringerung des Messbereiches die Abmessung Q der Länge, um die jeder vorstehende Abschnitt 54 vorsteht, eingestellt, und der Zwischenraum G des Spaltabschnitts 52 wird verkleinert. Im Unterschied dazu wird, wie in 7(b) dargestellt, bei Vergrößerung des Messbereiches die Abmessung Q der Länge, um die jeder vorstehende Abschnitt 54 vorsteht, kurz eingestellt und wird der Zwischenraum G des Spaltabschnitts 52 vergrößert. Dadurch ist es möglich, das gleiche Magnetfeld in dem Magnet-Erfassungselement 40 zu erzeugen, wenn der maximale Strom in jedem Messbereich fließt.
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So wird es ermöglicht, den standardisierten Verstärkungsfaktor der Verstärkerschaltung oder dergleichen für alle Messbereiche zu verwenden und die standardisierte Schaltungskomponente in einer Signalverarbeitungsschaltung einzusetzen. Dadurch wird es ermöglicht, den Stromsensor 10 auf einfache Weise herzustellen und den Stromsensor kostengünstig bereitzustellen.
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Bei dem Magnetabschirmungs-Kern ohne Abschirmungsabschnitte 53 (siehe 10(a) und 10/b)) verringert sich der Widerstand gegen das externe Magnetfeld, wenn der Zwischenraum des Spaltabschnitts vergrößert wird. Da jedoch Magnetabschirmungs-Kern 50 gemäß der Ausführungsform mit den Abschirmungsabschnitten 53 versehen ist, ist es möglich, die Verringerung des Widerstandes gegen das externe Magnetfeld aufgrund einer Vergrößerung des Zwischenraums G des Spaltabschnitts 52 auf ein Minimum zu verringern.
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Zweite Ausführungsform
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Es folgt eine Beschreibung eines Stromsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform, bei der die gleichen Komponenten wie diejenigen der ersten Ausführungsform die gleichen Bezugszeichen erhalten und Beschreibung derselben weggelassen wird.
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Ein Magnetabschirmungs-Kern 50, der den Stromsensor 10 gemäß der zweiten Ausführungsform bildet, enthält, wie in 8 dargestellt, eine innere Abschirmung 50a und eine äußere Abschirmung 50b.
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Die innere Abschirmung 50a ist in einer Ringform so ausgebildet, dass sie sich um den Strompfad 60 herum erstreckt. Des Weiteren wird ein Spaltabschnitt 52a in der inneren Abschirmung 50a an der Seite des Magnet-Erfassungselementes 40 ausgebildet, indem ein Teil der inneren Abschirmung 50a ausgeschnitten wird, und sind vorstehende Abschnitte 54 ausgebildet, die sich an beiden Seiten des Spaltabschnitts 52 befinden.
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Die äußere Abschirmung 50b ist im Wesentlichen U-förmig ausgebildet und an dem Außenumfang der inneren Abschirmung 50a entlang angeordnet. Ein Teil der äußeren Abschirmung 50b an dem Außenumfang der inneren Abschirmung 50a bildet zusammen mit der inneren Abschirmung 50a den Kernabschnitt 51. Beide Endabschnitte der äußeren Abschirmung 50b fungieren als die Abschirmungsabschnitte 53, die sich zu der Außenseite hin erstrecken, die der Innenseite des Kernabschnitts 51 gegenüberliegt, an der sich der Strompfad 60 befindet.
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Der Stromsensor 10 gemäß der zweiten Ausführungsform enthält, wie oben beschrieben, den Magnetabschirmungs-Kern 50, der aus der inneren Abschirmung 50a und der äußeren Abschirmung 50b besteht, die als separate Körper ausgebildet sind. Da die Abschirmungsabschnitte 53 der äußeren Abschirmung 50b auch in dieser Form vorhanden sind, hat das magnetische Rauschen von außen selbst dann weniger Einfluss, wenn der Einfluss der magnetischen Sättigung an dem Kernabschnitt verringert wird, indem der Zwischenraum G des Spaltabschnitts 52 vergrößert wird. Des Weiteren verschlechtert sich das Ansprechverhalten nicht, da der Kernabschnitt 51 den Strompfad 60 umgibt und der über den Strompfad 60 fließende Strom gleichmäßig in dem Querschnitt des Strompfades 60 verteilt wird.
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Das heißt, es ist möglich, schnelles Ansprechen zu erzielen, ohne dass dies eine Zunahme der Größe des Kernabschnitts 51 und Anziehen des Magnetfeld-Rauschens bewirkt, so dass die magnetische Sättigung an dem Kernabschnitt 51 verhindert wird.
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Das heißt, mit dem Stromsensor gemäß der zweiten Ausführungsform ist es möglich, die Form der inneren Abschirmung 50a und die der äußeren Abschirmung 50b zu vereinfachen und den Stromsensor zu geringen Kosten mittels Pressformen und dergleichen herzustellen, wenn der Magnetabschirmungs-Kern als die innere Abschirmung 50a sowie die äußere Abschirmung 50b als separate Körper ausgebildet werden. Des Weiteren ist es, da die Hauptfunktion der äußeren Abschirmung 50b darin besteht, ein externes Magnetfeld zu blockieren, möglich, die Dicke der äußeren Abschirmung 50b gegenüber der der inneren Abschirmung 50a zu reduzieren. Dementsprechend ist es möglich, eine Verringerung von Größe, Gewicht und Kosten für den Magnetabschirmungs-Kern 50 zu erzielen.
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Des Weiteren ist es möglich, die Magnetfelddichte als einen Magnetfluss, der durch den Kernabschnitt 51 gebündelt wird, pro Flächeneinheit zu reduzieren, da die Dicke des Abschnitts, in dem die innere Abschirmung 50a und die äußere Abschirmung 50b einander in dem Magnetabschirmungs-Kern 50 überlappen, d. h, die eines Bodenabschnitts und beider Seitenabschnitte des Kernabschnitts 51 in der zweiten Ausführungsform zunimmt.
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Des Weiteren ist es nicht notwendig, dass die gesamte Oberfläche der inneren Abschirmung 50a in Kontakt mit der gesamten Oberfläche der äußeren Abschirmung 50b an dem Abschnitt ist, an dem die innere Abschirmung 50a und die äußere Abschirmung 50b einander überlappen. Jedoch ist es möglich, das Auftreten der magnetischen Sättigung an dem Kernabschnitt 51 weiter zu unterdrücken, wenn die gesamten Oberflächen derselben miteinander in Kontakt sind.
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Bei dem Magnetabschirmungs-Kern 50, der aus zwei Komponenten, d. h. der inneren Abschirmung 50a und der äußeren Abschirmung 50b, besteht, ist es möglich, einen Strom zufriedenstellend zu messen und gleichzeitig das Auftreten magnetischer Sättigung selbst dann einzuschränken, wenn ein starker Strom über den Strompfad 60 fließt, indem eine Plattendicke d des Abschnitts, an dem die innere Abschirmung 50a und die äußere Abschirmung 50b einander überlappen, in dem Kernabschnitt 51 entsprechend der Stärke des über den Strompfad 60 fließenden Stroms angepasst wird.
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9 stellt eine Beziehung zwischen einer Stromstärke und der maximalen Magnetfelddichte an dem Kernabschnitt 51 (in der Abschirmungsplatte) für jede Dicke d des Abschnitts der maximalen Dicke in dem Kernabschnitt 51 dar. In 9 sind Werte für den Magnetabschirmungs-Kern 50 für die Fälle dargestellt, in denen die Abmessung Q der Länge, um die jeder vorstehende Abschnitt 54 vorsteht, 4 mm und 3 mm beträgt.
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Wie in 9 dargestellt, nimmt die Magnetfelddichte ab und nimmt die Plattendicke d des Kernabschnitts 51 in dem Magnetabschirmungs-Kern 50 zu.
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Auf Basis dieser Tatsache wird klar, dass es, um den starken Strom (beispielsweise 600 A) zu verarbeiten, lediglich notwendig ist, die Plattendicke d des Abschnitts des Magnetabschirmungs-Kerns 50, an dem die innere Abschirmung 50a und die äußere Abschirmung 50b einander überlappen, so festzulegen, dass sie einen optimalen Wert (beispielsweise 2 mm oder größer) hat, bei dem keine magnetische Sättigung verursacht wird.
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Es ist, wie oben beschrieben, möglich, die Dicke d des Abschnitts, in dem die Abschirmung 50a und die äußere Abschirmung 50b einander überlappen, auf Basis der Beziehung zwischen dem Strom, der über dem Strompfad 60 geleitet wird, und der maximalen Magnetfelddichte an dem Kernabschnitt 51 einfach festzulegen.
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Der Stromsensor gemäß der zweiten Ausführungsform weist, wie oben beschrieben, den aus den zwei Komponenten, d. h. der inneren Abschirmung 50a und der äußeren Abschirmung 50b, bestehenden Aufbau auf, und die innere Abschirmung 50b bewirkt schnelles Ansprechverhalten sowie Stabilisierung des Magnetfeldes, das an das Magnet-Erfassungselement 40 anzulegen ist, wenn der Strom über den Strompfad 60 geleitet wird.
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Dabei nehmen, wenn eine Frequenz und ein Stromwert des über den Strompfad 60 fließenden Wechselstroms zunehmen, auch die Dichte des erzeugten Magnetflusses sowie eine Rate der Änderung zu. Da sich der Strompfad 60 in der Mitte des Wechselstrom-Magnetfelds befindet, das stark variiert, wird ein Wirbelstrom an der Oberfläche und an der Innenseite des Strompfads 60 erzeugt, der den Schwankungen des Magnetfeldes aufgrund eines Prinzips elektromagnetischer Induktion entgegenwirkt. Des Weiteren konzentriert sich der Wirbelstrom im Inneren des Strompfades 60 zunehmend an der Oberfläche und verteilt sich die Stromdichte uneinheitlich, da ein stärkerer entgegengesetzter Magnetfluss erzeugt wird, wenn die Frequenz und der Stromwert zunehmen.
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Im Unterschied dazu wird bei dem Magnetabschirmungs-Kern 50, der mit der inneren Abschirmung 50a versehen ist, ein Magnetfluss, der aus dem Kernabschnitt 51 austritt, durch den mit dem Wirbelstrom einhergehenden Magnetfluss ausgelöscht, so dass der Wirbelstrom eingeschränkt wird und die Stromdichte im Querschnitt des Strompfades 60 gleichmäßig verteilt wird. Da es auch möglich ist, einen verbleibenden Magnetfluss in dem Magnet-Erfassungselement 40 während des Offset des Stroms aufzuheben, wird durch den Magnetkreis bewirkte Verzögerung beseitigt, und das Magnet-Erfassungselement 40 kann selbst in seiner Mitte schnelles Ansprechverhalten erreichen. Des Weiteren ist es möglich, einen starken Strom zu erfassen, ohne magnetische Sättigung zu bewirken, indem drei Abmessungen, d. h. die Plattendicke d des Kernabschnitts 51, der Zwischenraum G des Spaltabschnitts 52 und eine Tiefenabmessung W des Kernabschnitts 51 in Bezug auf den maximalen Stromwert optimiert werden. Des Weiteren ist es möglich, die Dichte des an das Magnet-Erfassungselement 40 anzulegenden Magnetflusses bzw. - feldes unabhängig davon anzupassen, wie groß der maximale Stromwert ist, indem der Zwischenraum G des Spaltabschnitts 52 und die Tiefenabmessung W des Kernabschnitts 51 angepasst werden.
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Bei dem Magnetabschirmungs-Kern 50 wirkt die äußere Abschirmung 50b stark blockierend gegenüber dem externen Magnetfeld. Dementsprechend ist es beispielsweise im Unterschied zu einer Struktur, bei der das externe Magnetfeld durch den Kernabschnitt blockiert wird, der das Magnet-Erfassungselement abdeckt, möglich, zu bewirken, dass die äußere Abschirmung 50 den von der Außenseite auf das Magnet-Erfassungselement 40 wirkenden Magnetfluss zuverlässig zu blockieren.
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Bei dem Stromsensor der zweiten Ausführungsform ist es möglich, wie oben beschrieben, Phasenabweichung aufzuheben und schnelles Ansprechverhalten zu erreichen. Weiterhin ist es durch Anpassen der Plattendicke d, des Zwischenraums G des Spaltabschnitts 52 und der Tiefenabmessung W des Kernabschnitts 51 möglich, einen starken Strom zu erfassen. Des Weiteren ist es möglich, einen zufriedenstellenden Widerstand gegenüber dem externen Magnetfeld zu erzielen, durch den ein ferromagnetisches Feld aus jeder beliebigen Richtung von den Abschirmungsabschnitten 53 in der äußeren Abschirmung 50b so blockiert wird, dass das ferromagnetische Feld im Wesentlichen keinen Einfluss auf das Magnet-Erfassungselement 40 hat.
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Bei einem normalen Magnetabschirmungs-Kern wird der Spaltabschnitt ausgebildet, indem ein Teil des Kernabschnitts ausgeschnitten wird, der hergestellt wird, indem dünne magnetische Materialien laminiert und verbunden werden und Magnetfeldglühen durchgeführt wird, wodurch die Herstellungskosten zunehmen. Dementsprechend ist ein Dreiphasen-Wechselstromsensor, bei dem drei Magnetabschirmungs-Kerne eingesetzt werden, kostenintensiv.
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Im Unterschied dazu ist es mit dem Stromsensor der zweiten Ausführungsform möglich, den Magnetabschirmungs-Kern 50 herzustellen, indem lediglich ein magnetisches Material mittels Pressbearbeitung gebogen wird, wodurch die Herstellung erleichtert wird, und dann Magnetfeldglühen durchgeführt wird, so dass geringere Größe und Gewicht erzielt werden und damit die Herstellungskosten erheblich reduziert werden. Dementsprechend können die Kosten für den Dreiphasen-Wechselstromsensor verringert werden, bei dem die drei Magnetabschirmungs-Kerne eingesetzt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es können entsprechende Abwandlungen, Verbesserungen und dergleichen vorgenommen werden. Des Weiteren können Materialien, Formen, Abmessungen, die Anzahl, die Anordnungspositionen und dergleichen der jeweiligen Komponenten in den oben beschriebenen Ausführungsformen beliebig gewählt werden, sofern die vorliegende Erfindung realisiert werden kann, und unterliegen keinen Einschränkungen.
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Im Folgenden werden Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen des Stromsensors und des Verfahrens zum Herstellen des Stromsensors gemäß der vorliegenden Erfindung kurz in [1] bis [5] zusammengefasst.
- [1] Ein Stromsensor (10), der enthält:
- ein Magnet-Erfassungselement (40), das so eingerichtet ist, dass es von einem Strompfad (60) erzeugten Magnetismus erfasst; und
- einen Magnetabschirmungs-Kern (50), der einen Kernabschnitt (51), der so angeordnet ist, dass er sich um den Strompfad herum erstreckt, einen Spaltabschnitt (52), der ausgebildet wird, indem ein Teil des Kernabschnitts ausgeschnitten wird, und in dem Magnet-Erfassungselement angeordnet ist, sowie zwei Abschirmungsabschnitte (53) enthält, die sich von dem Kernabschnitt zur Außenseite erstrecken, die der Innenseite des Kernabschnitts gegenüberliegt, an der der Strompfad angeordnet ist, wobei die zwei Abschirmungsabschnitte parallel zueinander so verlaufen, dass das Magnet-Erfassungselement zwischen ihnen angeordnet ist.
- [2] Der Stromsensor gemäß 1), wobei der Magnetabschirmungs-Kern eine innere Abschirmung (50a), die so angeordnet ist, dass sie sich um den Strompfad herum erstreckt, und eine äußere Abschirmung (50b) mit einer U-Form enthält, die an einem Außenumfang der inneren Abschirmung angeordnet ist;
wobei die innere Abschirmung und ein Teil der äußeren Abschirmung, der an dem Außenumfang der inneren Abschirmung entlang angeordnet ist, als der Kernabschnitt ausgebildet sind;
der Spaltabschnitt in der inneren Abschirmung ausgebildet ist; und
beide Endabschnitte der äußeren Abschirmung den Abschirmungsabschnitt bilden.
- [3] Ein Verfahren zum Herstellen eines Stromsensors (10), der so eingerichtet ist, dass von einem Strompfad (60) erzeugten Magnetismus mit einem Magnet-Erfassungselement (40) erfasst und einen auf dem Strompfad fließenden Strom misst, wobei das Verfahren umfasst:
- Ausbilden eines Magnetabschirmungs-Kerns (50), der einen Kernabschnitt (51), der so angeordnet ist, dass er sich um den Strompfad herum erstreckt, einen Spaltabschnitt (52), der ausgebildet wird, indem ein Teil des Kernabschnitts so eingeschnitten wird, dass das Magnet-Erfassungselement darin angeordnet ist, sowie zwei Abschirmungsabschnitte (53) enthält, die sich von dem Kernabschnitt zur Außenseite erstrecken, die der Innenseite des Kernabschnitts gegenüberliegt, an der der Strompfad angeordnet ist, wobei die zwei Abschirmungsabschnitte parallel zueinander so verlaufen, dass das Magnet-Erfassungselement zwischen ihnen angeordnet ist,
- wobei beim Ausbilden des Magnetabschirmungs-Kerns der Abschirmungsabschnitt so ausgebildet wird, dass er eine Längsabmessung hat, die auf einem Dämpfungsgrad des externen Magnetfeldes basiert.
- [4] Das Verfahren zum Herstellen eines Stromsensors gemäß 3), wobei bei dem Ausbilden des Magnetabschirmungs-Kerns der Spaltabschnitt so ausgebildet wird, dass er einen Zwischenraum hat, der auf der Magnetfelddichte in dem Magnet-Erfassungselement basiert.
- [5] Das Verfahren zum Herstellen eines Stromsensors mit gemäß 3) oder 4), wobei bei dem Ausbilden des Magnetabschirmungs-Kerns der Magnetabschirmungs-Kern separat als eine innere Abschirmung (50a), die so angeordnet ist, dass sie sich um den Strompfad herum erstreckt, und eine äußere Abschirmung (50b) mit einer U-Form ausgebildet wird, die an einem Außenumfang der inneren Abschirmung entlang angeordnet ist, wobei die innere Abschirmung und ein Teil der äußeren Abschirmung, der an dem Außenumfang der inneren Abschirmung entlang angeordnet ist, als der Kernabschnitt ausgebildet werden, die innere Abschirmung den Spaltabschnitt bildet, beide Endabschnitte der äußeren Abschirmung den Abschirmungsabschnitt bilden und ein Abschnitt, an dem die innere Abschirmung und die äußere Abschirmung einander überlappen, so ausgebildet wird, dass er eine Dicke hat, die auf einer Beziehung zwischen dem Strom, der über den Strompfad geleitet wird, und maximaler Magnetfelddichte in dem Kernabschnitt basiert.
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Obwohl die vorliegende Erfindung oben ausführlich unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde, liegt für den Fachmann auf der Hand, dass verschiedene Abwandlungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Die vorliegende Anmeldung basiert auf der am 3. Dezember 2012 eingereichten japanischen Patentanmeldung (japanische Patentanmeldung Nr.
2012-264524 ), die als Ganzes als ein Bezugsdokument integriert wird.
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Industrielle Einsatzmöglichkeiten
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Mit dem Stromsensor der vorliegenden Erfindung ist es möglich, hohe Ansprechgeschwindigkeit zu erzielen, ohne eine Zunahme der Größe des Kernabschnitts und Anziehen von Magnetfeldrauschen zu verursachen, um magnetische Sättigung an dem Kernabschnitt zu verhindern. Die vorliegende Erfindung, mit der dieser Effekt erzielt werden kann, eignet sich für den Einsatz als ein Stromsensor, der zum Messen eines über einen Strompfad fließenden Stroms verwendet wird, und als ein Verfahren zum Herstellen des Stromsensors.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stromsensor
- 40
- Magnet-Erfassungselement
- 50
- Magnetabschirmungs-Kern
- 50a
- innere Abschirmung
- 50b
- äußere Abschirmung
- 51
- Kernabschnitt
- 52
- Spaltabschnitt
- 53
- Abschirmungsabschnitt
- 60
- Strompfad
- d
- Dicke
- G
- Zwischenraum
- L
- Längsabmessung
