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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stromdetektor.
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Hintergrundgebiet
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Es gibt einen Stromdetektor, der in der Nähe eines Leiters angeordnet ist, ein Magnetfeld detektiert, das gemäß einem Strom, der durch den Leiter fließt, erzeugt wird, und einen Betrag des durch den Leiter fließenden Stroms detektiert. Die Stromdetektoren sind z. B. jeweils in der Nähe von Leitern dreier Phasen angeordnet, die von einem Wechselrichter abgeleitet werden, der einen Gleichstrom in einen Dreiphasen-Wechselstrom umsetzt.
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PTL 1 offenbart einen Stromsensor, der einen leitfähigen Abschnitt, durch den ein Strom fließt, eine Detektionseinheit, die ein Magnetfeld detektiert, das durch den Strom erzeugt wird, der durch den leitfähigen Abschnitt fließt, und eine Abschirmung, die den leitfähigen Abschnitt und die Detektionseinheit umgibt, enthält.
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Entgegenhaltungsliste
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Patentliteratur
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Die in PTL 1 beschrieben Technik weist das Problem auf, dass sich eine Stromdetektionsgenauigkeit aufgrund eines Einflusses eines Stroms, der durch einen benachbarten Leiter fließt, verschlechtert.
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Lösung des Problems
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Ein Stromdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung enthält Folgendes: ein erstes Stromdetektionselement; ein zweites Stromdetektionselement; einen ersten Abschirmabschnitt, der einen ersten Aufnahmeraum bildet, der einen Abschnitt eines ersten Leiters und das erste Stromdetektionselement aufnimmt, und eine erste Öffnung bildet, die den ersten Aufnahmeraum und eine Außenseite verbindet; und einen zweiten Abschirmabschnitt, der zum ersten Abschirmabschnitt benachbart ist, einen zweiten Aufnahmeraum bildet, der einen Abschnitt eines zweiten Leiters und das zweite Stromdetektionselement aufnimmt, und eine zweite Öffnung bildet, die den zweiten Aufnahmeraum und die Außenseite verbindet, wobei der erste Abschirmabschnitt derart gebildet ist, dass eine Öffnungsfläche der ersten Öffnung bei Annäherung einer Umgebung eines Endabschnitts, der die erste Öffnung bildet, an den Endabschnitt zunimmt, und der zweite Abschirmabschnitt derart gebildet ist, dass eine Öffnungsfläche der zweiten Öffnung bei Annäherung einer Umgebung eines Endabschnitts, der die zweite Öffnung bildet, an den Endabschnitt zunimmt.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Einfluss eines Stroms, der durch einen benachbarten Leiter fließt, unterdrückt werden und eine Verschlechterung der Stromdetektionsgenauigkeit kann verringert werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Stromdetektors.
- 2 ist eine Querschnittsansicht des Stromdetektors.
- 3(A) und 3(B) sind Ansichten, die Magnetfelder von außerhalb aufgrund eines Unterschieds zwischen den Formen der magnetischen Abschirmabschnitte zeigen.
- 4(A) und 4(B) sind Ansichten, die Magnetfelder von benachbarten Phasen aufgrund eines Unterschieds zwischen den Formen der magnetischen Abschirmabschnitte zeigen.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Stromdetektors 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
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In der vorliegenden Ausführungsform detektiert der Stromdetektor 100 auf eine kontaktlose Weise Werte von Strömen, die in einer Z-Achsenrichtung von den veranschaulichten drei Richtungen (X-Achsenrichtung, Y-Achsenrichtung und Z-Achsenrichtung), die zueinander senkrecht sind, durch einen U-Phasenleiter, einen V-Phasenleiter und einen W-Phasenleiter, Bu, Bv und Bw, fließen.
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Der Stromdetektor ist konfiguriert, indem ein U-Phasen-Stromdetektor 100u, ein V-Phasen-Stromdetektor 100v und ein W-Phasen-Stromdetektor 100w in der X-Achsenrichtung von den veranschaulichten drei Richtungen (X-Achsenrichtung, Y-Achsenrichtung und Z-Achsenrichtung), die zueinander senkrecht sind, parallel installiert sind.
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Der Stromdetektor 100u detektiert auf eine kontaktlose Weise den Wert des Stroms, der durch den U-Phasenleiter Bu fließt. Der Stromdetektor 100v detektiert auf eine kontaktlose Weise den Wert des Stroms, der durch den V-Phasenleiter Bv fließt. Der Stromdetektor 100w detektiert auf eine kontaktlose Weise den Wert des Stroms, der durch den W-Phasenleiter Bw fließt.
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Eine Konfiguration des U-Phasen-Stromdetektors 100u wird beschrieben. Ein magnetisches Detektionselement 2u, das auf einem Substrat 1u angeordnet ist, ist in der Umgebung des veranschaulichten oberen Abschnitts des U-Phasenleiters Bu vorgesehen. Ein Abschnitt mit vorgegebener Länge des Leiters Bu, das Substrat 1u und das magnetische Detektionselement 2u sind in einem magnetischen Abschirmabschnitt 3u aufgenommen, der einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist. Das heißt, der magnetische Abschirmabschnitt 3u bildet einen Aufnahmeraum 4u, der einen Abschnitt des Leiters Bu, das Substrat 1u und das magnetische Detektionselement 2u aufnimmt, und bildet eine Öffnung 5u, die den Aufnahmeraum 4u und eine Außenseite verbindet. Der magnetische Abschirmabschnitt 3u ist derart gebildet, dass eine Öffnungsfläche der Öffnung 5u bei Annäherung einer Umgebung eines Endabschnitts 6u, der die Öffnung 5u bildet, an den Endabschnitt 6u zunimmt.
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Eine Konfiguration des V-Phasen-Stromdetektors 100v und eine Konfiguration des W-Phasen-Stromdetektors 100w sind gleichartig wie die Konfiguration des U-Phasen-Stromdetektors 100u.
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Die Leiter Bu, Bv und Bw sind Stromleiter, die sich in der Z-Achsenrichtung erstrecken und ermöglichen, dass in der Z-Achsenrichtung Ströme fließen.
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Die Leiter Bu, Bv und Bw sind aus einem leitfähigen Material hergestellt, durch das ein Strom fließt. Die Leiter Bu, Bv und Bw erzeugen Magnetfelder um sich gemäß den Werten der fließenden Ströme.
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Die magnetischen Detektionselemente 2u, 2v und 2w detektieren Magnetfelder, die durch die Ströme erzeugt werden, die durch die Leiter Bu, Bv und Bw fließen. Die magnetischen Detektionselemente 2u, 2v und 2w detektieren z. B. Magnetfelder, die im Wesentlichen zur X-Achsenrichtung in 1 parallel sind. Die magnetischen Detektionselemente 2u, 2v, und 2w sind aus einem Halbleiter wie etwa Si oder GaAs hergestellt und sie setzen die detektierten Magnetfelder (Magnetfelder) in Spannungen um, wobei die umgesetzten Spannungen zum Steuern eines Motors verwendet werden.
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Die magnetischen Abschirmabschnitte 3u, 3v und 3w weisen eine Breite W in der X-Achsenrichtung, eine Höhe H in der Y-Achsenrichtung und eine Tiefe L in der Z-Achsenrichtung (nicht veranschaulicht) auf. Die magnetischen Abschirmabschnitte 3u, 3v und 3w sind aus einer Siliziumstahlplatte hergestellt und weisen Funktionen des Erfassens eines Magnetflusses durch einen Strom und des Abschirmens eines Magnetfelds von außerhalb auf. Sie sind z. B. aus einem magnetischen Material mit einer hohen Sättigungsmagnetflussdichte wie etwa Si-Fe oder Ni-Fe hergestellt. Die magnetischen Detektionselemente 2u, 2v und 2w und Abschnitte der Leiter Bu. Bv und Bw sind im Inneren der magnetischen Abschirmabschnitte 3u, 3v und 3w angeordnet, derart, dass Einflüsse von externen Störungen verringert werden, indem von außerhalb in die magnetischen Detektionselemente 2u, 2v und 2w eingegebene Magnetfelder abgeschirmt werden.
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2 ist eine Querschnittsansicht des Stromdetektors 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Diese Querschnittsansicht veranschaulicht einen Querschnitt einer Ebene parallel zu einer Ebene, die durch die X-Achse und die Y-Achse in 1 gebildet wird. Dieselben Abschnitte wie jene in 1 werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und ihre Beschreibung wird weggelassen. Der U-Phasen-Stromdetektor 100u, der V-Phasen-Stromdetektor 100v und der W-Phasen-Stromdetektor 100w sind in der X-Achsenrichtung von den veranschaulichten drei Richtungen (X-Achsenrichtung, Y-Achsenrichtung und Z-Achsenrichtung), die zueinander senkrecht sind, parallel angeordnet. Die magnetischen Abschirmabschnitte 3u, 3v und 3w sind derart gebildet, dass die Öffnungsflächen der Öffnungen 5u, 5v und 5w bei Annäherung der Umgebungen der Endabschnitte 6u, 6v und 6w, die die Öffnungen 5u, 5v und 5w bilden, an die Endabschnitte 6u, 6v und 6w zunehmen.
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In der vorliegenden Ausführungsform detektiert der Stromdetektor 100 jeweils die Ströme, die durch die Leiter Bu, Bv und Bw fließen, für die drei Phasen der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase. Der Stromdetektor 100 ist eine sogenannter kernloser Stromsensor, der die magnetischen Detektionselemente 2u, 2v und 2w und die magnetischen Abschirmabschnitte 3u, 3v und 3w enthält. In dem kernlosen Stromdetektor werden die Magnetfelder, die durch die Leiter Bu, Bv und Bw erzeugt werden, wenn Ströme durch diese fließen, durch die magnetischen Abschirmabschnitte 3u, 3v und 3w erfasst, um die Magnetflussdichten zu erhöhen, die durch die magnetischen Detektionselemente 2u, 2v und 2w detektiert werden und als Spannungen ausgegeben werden. Es sei erwähnt, dass der kernlose Stromsensor eine kleinere Größe als ein Kerntyp aufweist, jedoch die magnetischen Abschirmwirkungen durch die magnetischen Abschirmabschnitte 3u, 3v und 3w schwach sind. Daher ist es wahrscheinlich, dass aufgrund eines Einflusses eines anderen externen, störenden Magnetfelds (Übersprechen oder dergleichen) als die Magnetfelder, die in den Leitern Bu, Bv und Bw erzeugt werden, die detektiert werden sollen, ein Detektionsfehler auftritt, was ein Problem bewirkt, derart, dass sich die Stromdetektionsgenauigkeit verschlechtert.
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3(A) und 3(B) sind Ansichten, die Magnetfelder von außerhalb aufgrund eines Unterschieds zwischen den Formen der magnetischen Abschirmabschnitte 3 veranschaulichen. 3(A) veranschaulicht ein Vergleichsbeispiel zur vorliegenden Ausführungsform und 3(B) veranschaulicht die vorliegende Ausführungsform. In 3(A) und 3(B) werden Beispiele für den U-Phasen-Stromdetektor 100u beschrieben. Dieselben Abschnitte wie jene in 1 und 2 werden durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und ihre Beschreibung wird weggelassen.
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Ein magnetischer Abschirmabschnitt 3'u in dem in 3(A) veranschaulichten Vergleichsbeispiel ist im Wesentlichen in einer U-Form ausgebildet und eine Öffnungsfläche davon ändert sich nicht, einschließlich eines Endabschnitts, der eine Öffnung bildet. Andererseits ist in dem magnetischen Abschirmabschnitt 3u in der vorliegenden Ausführungsform, der in 3(B) veranschaulicht ist, ein gebogener Abschnitt 30u gebildet, derart, dass die Öffnungsfläche der Öffnung bei Annäherung der Umgebung des Endabschnitts, der die Öffnung bildet, an den Endabschnitt 6u zunimmt. Ein Biegewinkel θ des gebogenen Abschnitts 30u liegt vorzugsweise im Bereich von 20 Grad bis 60 Grad.
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Wie in 3(A) veranschaulicht ist, wird ein Magnetfeld B', das durch den magnetischen Abschirmabschnitt 3'u übertragen wird, in Richtung der X-Achsenrichtung gelenkt und verläuft anschließend in Richtung der Y-Achsenrichtung, wenn ein Magnetfeld B aus der X-Achsenrichtung außerhalb des magnetischen Abschirmabschnitts 3'u wirkt. Wenn andererseits in der vorliegenden Ausführungsform das Magnetfeld B aus der X-Achsenrichtung außerhalb des magnetischen Abschirmabschnitts 3u wirkt, wird das Magnetfeld B', das durch den magnetischen Abschirmabschnitt 3u übertragen wird, durch den gebogenen Abschnitt 30u in die Y-Achsenrichtung gelenkt, wie in 3(B) veranschaulicht ist. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform kann das magnetische Detektionselement 2u einen Einfluss eines externen Magnetfelds verringern.
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4(A) und 4(B) sind Ansichten, die Magnetfelder von benachbarten Phasen aufgrund eines Unterschieds zwischen den Formen der magnetischen Abschirmabschnitte 3 veranschaulichen. 4(A) veranschaulicht ein Vergleichsbeispiel zur vorliegenden Ausführungsform und 4(B) veranschaulicht die vorliegende Ausführungsform. Dieselben Abschnitte wie jene in 1 und 2 werden durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und ihre Beschreibung wird weggelassen.
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Der magnetische Abschirmabschnitt 3'u in dem Vergleichsbeispiel, das in 4(A) veranschaulicht ist, ist im Wesentlichen in einer U-Form ausgebildet und seine Öffnungsfläche ändert sich nicht, einschließlich des Endabschnitts, der die Öffnung bildet. Unter Konzentration auf eine U-Phase und eine dazu benachbarte V-Phase wird durch einen Einfluss eines Stroms, der durch den V-Phasenleiter Bv fließt, ein Magnetfeld B'vu in der X-Achsenrichtung von der V-Phase zur U-Phase in den magnetischen Abschirmabschnitt 3'u eingegeben. Das Magnetfeld B'vu wird in die gesamte Seitenfläche des magnetischen Abschirmabschnitts 3'u eingegeben. Das heißt, da der magnetische Widerstand gleichmäßig ist, strömt der Magnetfluss von der benachbarten Phase im Wesentlichen gleichmäßig ein. Daher ist es wahrscheinlich, dass das magnetische Detektionselement 2u im Vergleichsbeispiel durch ein Magnetfeld von außerhalb beeinflusst wird.
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Andererseits sind in den magnetischen Abschirmabschnitten 3u und 3v in der vorliegenden Ausführungsform, die in 4(B) veranschaulicht sind, gebogene Abschnitte 30u und 30v gebildet, derart, dass die Öffnungsfläche der Öffnung 5u bei Annäherung der Umgebung des Endabschnitts 6u, der die Öffnung 5u bildet, an den Endabschnitt 6u zunimmt. Unter Konzentration auf die U-Phase und die dazu benachbarte V-Phase wird durch einen Einfluss des Stroms, der durch den V-Phasenleiter Bv fließt, ein Magnetfeld Bvu von der V-Phase zur U-Phase in den magnetischen Abschirmabschnitt 3u eingegeben. Das Magnetfeld Bvu wird zu den gebogenen Abschnitten 30u und 30v gelenkt und auf dem Endabschnitt 6u der Öffnung 5u des magnetischen Abschirmabschnitts 3u konzentriert. Das heißt, da ein Zwischenraum zwischen den benachbarten gebogenen Abschnitten 30u und 30v schmal ist, ist der magnetische Widerstand teilweise verringert, derart, dass ein Magnetfluss auf den benachbarten, gebogenen Abschnitten 30u und 30v konzentriert werden kann und der in den magnetischen Abschirmabschnitt 30u einströmende Magnetfluss verringert werden kann. Daher ist es in der vorliegenden Ausführungsform weniger wahrscheinlich, dass das magnetische Detektionselement 2u durch ein Magnetfeld von der benachbarten Phase beeinflusst wird.
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Die Stromdetektoren 100 sind z. B. in der Nähe von Leitern von drei Phasen angeordnet, die von einem Wechselrichter abgeleitet werden, der einen Gleichstrom in einen Dreiphasen-Wechselstrom umsetzt, und detektieren auf eine kontaktlose Weise die Werte von Strömen, die durch den U-Phasenleiter, den V-Phasenleiter und den W-Phasenleiter, Bu, Bv und Bw, fließen. Die Ströme, die durch die Leiter Bu, Bv und Bw fließen, werden einem Motor zugeführt und ein Detektionsfehler kann durch die Stromdetektoren 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verringert werden. Daher kann die Genauigkeit des Drehmoments des Motors auf der Grundlage der detektierten Stromwerte verbessert werden. Außerdem hängt die magnetische Abschirmfähigkeit des magnetischen Abschirmabschnitts 3 von der magnetischen Permeabilität ab und es ist außerdem möglich, ein Material mit einer niedrigen magnetischen Permeabilität als den magnetischen Abschirmabschnitt 3 einzusetzen.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Öffnungsfläche am Endabschnitt des magnetischen Abschirmabschnitts 3 vergrößert und ein externes, störendes Magnetfeld von einer benachbarten X-Achsenkomponente wird in die Y-Achsenrichtung gelenkt. Als ein Ergebnis kann die Intensität eines durch das magnetische Detektionselement 2 zu detektierenden, externen, störenden Magnetfelds verringert werden und ein Detektionsfehler kann verringert werden. Mit anderen Worten, durch das Verstärken der magnetischen Kopplung mit der benachbarten Phase am Endabschnitt des magnetischen Abschirmabschnitts 3 wird das Einströmen eines Magnetflusses von der benachbarten Phase an der Position, an der das magnetische Detektionselement 2 installiert ist, verringert.
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Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform kann die folgende funktionstechnische Wirkung erhalten werden. (1) Der Stromdetektor 100 enthält das erste Stromdetektionselement 2u, das zweite Stromdetektionselement 2v, den ersten Abschirmabschnitt 3u, der den ersten Aufnahmeraum 4u bildet, der einen Abschnitt des ersten Leiters Bu und das erste Stromdetektionselement 2u aufnimmt, und die erste Öffnung 5u bildet, die den ersten Aufnahmeraum 4u und die Außenseite verbindet, und den zweiten Abschirmabschnitt 3v, der zum ersten Abschirmabschnitt 3u benachbart ist, den zweiten Aufnahmeraum 4v bildet, der einen Abschnitt des zweiten Leiters Bv und das zweite Stromdetektionselement 2v aufnimmt, und die zweite Öffnung 5v bildet, die den zweiten Aufnahmeraum 4v und die Außenseite verbindet, wobei der erste Abschirmabschnitt 3u derart gebildet ist, dass die Öffnungsfläche der ersten Öffnung 5u bei Annäherung der Umgebung des Endabschnitts 6u, der die erste Öffnung 5u bildet, an den Endabschnitt 6u zunimmt, und der zweite Abschirmabschnitt 3v derart gebildet ist, dass die Öffnungsfläche der zweiten
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Öffnung 5v bei Annäherung der Umgebung des Endabschnitts 6v, der die zweite Öffnung 5v bildet, an den Endabschnitt 6v zunimmt. Als ein Ergebnis kann ein Einfluss des Stroms, der durch den benachbarten Leiter fließt, unterdrückt werden und eine Verschlechterung der Stromdetektionsgenauigkeit kann verringert werden.
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(Modifikation)
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Die vorliegende Erfindung kann implementiert werden, indem die oben beschriebene Ausführungsform wie folgt modifiziert wird.
- (1) Es ist ein Beispiel beschrieben worden, bei dem der magnetische Abschirmabschnitt 3 geradlinig gebogen ist, indem der Biegewinkel θ des gebogenen Abschnitts 30 derart bestimmt wird, dass die Öffnungsfläche der Öffnung bei Annäherung der Umgebung des Endabschnitts, der die Öffnung bildet, an den Endabschnitt 6 zunimmt. Jedoch kann er in einer Krümmung gebogen sein, solange die Öffnungsfläche der Öffnung bei Annäherung an den Endabschnitt 6 zunimmt.
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(2) Es ist ein Beispiel beschrieben worden, bei dem beide Endabschnitte des magnetischen Abschirmabschnitts 3 gebogen sind, derart, dass die Öffnungsfläche der Öffnung bei Annäherung der Umgebungen beider Endabschnitte, die die Öffnung bilden, an die Endabschnitte 6 zunimmt. Jedoch ist lediglich erforderlich, dass der magnetische Abschirmabschnitt 3 derart gebildet ist, dass die Öffnungsfläche der Öffnung bei Annäherung der Umgebung zumindest des Endabschnitts, der zur nächsten Phase benachbart ist, an den Endabschnitt 6 zunimmt.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen eingeschränkt, und andere Formen, die innerhalb des Umfangs der technischen Idee der vorliegenden Erfindung denkbar sind, sind ebenfalls im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten, solange die Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt werden. Außerdem können Konfigurationen eingesetzt werden, in denen die oben beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen kombiniert sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1u, 1v, 1w
- Substrat
- 2u, 2v, 2w
- magnetisches Detektionselement
- 3u, 3v, 3w
- magnetischer Abschirmabschnitt
- 4u, 4v, 4w
- Aufnahmeraum
- 5u, 5v, 5w
- Öffnung
- 6u, 6v, 6w
- Endabschnitt
- Bu, Bv, Bw
- Leiter
- 100
- Stromdetektor
- 100u
- U-Phasen-Stromdetektor
- 100v
- V-Phasen-Stromdetektor
- 100w
- W-Phasen-Stromdetektor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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