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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft einen Stromsensor unter Verwendung eines magnetischen
Elements mit magnetischem Impedanzeffekt, außerdem betrifft sie eine Überlaststrom-Schutzeinrichtung
zur Verwendung mit dem Stromsensor.
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Technischer
Hintergrund
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Als
Stromfühler
wurde üblicherweise
in großem
Umfang ein Stromtransformator eingesetzt, allerdings erfordert dessen
geringe Empfindlichkeit einen geschichteten Eisenkern, der zu magnetischer Sättigung
führt und
damit zu dem Problem eines unzureichenden Stromerfassungsbereichs.
Der Eisenkern ist außerdem
Ursache dafür,
daß die
Sensoreinheit voluminös
wird.
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Andererseits
gibt es ein Verfahren, nach welchem ein Hallelement und ein magnetoresistives
Element als Stromdetektorelemente eingesetzt werden. Da diese allerdings
eine geringe Nachweisempfindlichkeit haben, wird die Empfindlichkeit üblicherweise dadurch
verbessert, daß ein
Magnetsammelkern und ein Hallelement oder ein magnetisches Element
an der Spitze des Magnetsammelkerns verwendet werden.
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Ähnlich wie
bei einem Stromtransformator verwendet das oben angesprochene Verfahren
unter Einsatz des Magnetsammelkerns einen Kern von mindestens 3
bis 4 cm benötigt
und eine große
Sensoreinheit erfordert. Dann erzeugt er magnetische Sättigung
durch den Eisenkern und führt
damit zu einem unzureichenden Stromerfassungsbereich. Da außerdem das
Hallelement und das magnetoresistive Element abhängig von der Temperatur starken Ausgangssignalschwankungen
unterworfen sind, ist eine Temperaturkompensationsschaltung erforderlich.
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Ein
hochempfindliches Magnetdetektorelement zum Ersetzen des Hallelements
und des magnetoresistiven Elements kann beispielsweise ein magnetisches
Impedanzelement aus einem amorphen Draht sein, wie es in der japanischen
Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
Nr. Hei 6-347489 offenbart ist, außerdem eine Dünnschicht
gemäß der japanischen
Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. Hei 8-73835.
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Ein
magnetisches Impedanzelement beliebiger Form zeigt eine hochempfindliche
magnetische Nachweiskennlinie, allerdings besitzt das magnetische
Impedanzelement selbst Nicht-Linearität ähnlich dem Beispiel der magnetischen
Impedanzkennlinie des amorphen Drahts, wie sie in 10 gezeigt ist.
Durch Hinzufügen
eines Vormagnetisierungsfelds wird die Linearität der Abhängigkeit von dem Magnetfeld,
welches auf die Impedanzschwankung einwirkt, verbessert (japanische
Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. Hei 6-176930). Eine Gegenkopplungsspule
ist um das magnetische Impedanzelement gewickelt, und ein Strom
proportional zu den Spannungen an beiden Enden des magnetischen
Impedanzelements wird in die Spule eingeprägt. Es wird eine Gegenkopplung
erhalten und damit ein eine hervorragende Linearität aufweisendes
Element (japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. Hei
6-347489).
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Das
oben angesprochene Vormagnetisierungsfeld wird normalerweise erhalten
durch Anlegen von Leistung an die gewickelte Spule. Dabei allerdings
sind zwei Arten von Spulen erforderlich, nämlich eine Vormagnetisierungsspule
und eine Rückkopplungsspule,
was zu einer Volumenvergrößerung des
gesamten Systems führt.
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Die
Verwendung eines magnetischen Impedanzelements vom Draht-Typ oder
vom Dünnschicht-Typ
führt allerdings
zu dem Problem einer veränderlichen
Bauelement-Empfindlichkeit,
die von dem Material (der magnetischen Permeabilität, dem spezifischen
Widerstand und dergleichen) abhängt, welches
beim Fertigen des magnetischen Impedanzelements eingesetzt wird,
außerdem
abhängig
von der Schwankung der Bauelementgröße (der Länge, der Schichtdicke, der
Schichtbreite etc.).
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11 zeigt
ein übliches
Beispiel einer Detektorschaltung des magnetischen Impedanzelements.
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Die
Detektorschaltung ermittelt die Impedanz eines magnetischen Impedanzelements 1 durch
Ausgeben eines Ausgangssignals über
die Detektorschaltung A und die Verstärkerschaltung B desjenigen
Ausgangssignals, welches erhalten wird, wenn ein Hochfrequenzstrom
von einem Hochfrequenz-Stromgenerator (OSC) 4 zu dem magnetischen
Impedanzelement fließt.
Dabei wird das Ausgangssignal von einem veränderlichen Widerstand VR eingestellt.
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Um
allerdings die Varianz der Bauelementempfindlichkeit in der Schaltung
zu verringern, ist es notwendig, jedes System zu korrigieren und
einzustellen, wodurch größere Kosten
entstehen. Obschon jedes System justiert und korrigiert werden muß, ist eine
automatische Korrektur nicht möglich. Deshalb
schwankt die Ausgangsgröße eines
Bauelements im Verlauf der Zeit abhängig von den Temperaturschwankungen
und dergleichen, was zu dem Problem führt, daß man keine Kompensation mit
hoher Genauigkeit erreichen kann.
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Die
JP-A-6347489 zeigt einen Stromsensor mit zwei magnetischen Detektorelementen
in der Nähe
einer Wicklung, die einen Strom führt, außerdem mit einem Differenzverstärker und
einer Gegenkopplungsschleife. Die JP-A-3065661 zeigt ein Strommeßgerät, bei dem
ein Meßbereich
mit Hilfe mehrerer Schalter eingestellt wird.
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Es
ist folglich das Ziel der Erfindung, einen umfangreichen Strombereich
mit hoher Genauigkeit unter Einsatz eines kleinen und billigen Systems
zu messen, ohne dabei die Genauigkeit durch Umwelteinflüsse oder
zeitabhängige
Größen zu beeinträchtigen.
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Offenbarung
der Erfindung
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Um
die oben angesprochenen Probleme zu lösen, schafft die Erfindung
einen Stromsensor nach Anspruch 1.
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Erfindungsgemäß ist die
Einheit zum Anlegen eines Gegenkopplungs-Magnetfelds vorzugsweise
durch eine Gegenkopplungsspule ausgebildet, die sich in der Nähe des magnetischen
Detektorelements und eines Gegenkopplungselements befindet.
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Es
werden Gegenkopplungselemente ausgewählt.
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Das
Gleich-Vormagnetisierungsfeld kann durch einen Magneten bereitgestellt
werden, der sich in der Nähe
des magnetischen Detektorelements befindet (Anspruch 3), und es
ist ein nicht magnetisches Substrat mit zwei magnetischen Detektorelementen einer
dünnen
ferromagnetischen Schicht vorgesehen, und der Magnet zum Bereitstellen
des Gleich-Vormagnetisierungsfelds
und die Gegenkopplungsspule zum Anlegen des Gegenkopplungs-Magnetfelds
werden durch die Dünnschicht
gebildet (Anspruch 4).
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Die
beiden magnetischen Detektorelemente können derart angeordnet werden,
daß sie
gleich große
Absolutwerte im Ausgangssignal für
den durch den Strom hervorgerufenen magnetischen Fluß, dabei
aber entgegengesetzte Polarität
haben (Anspruch 5).
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Nach
Anspruch 6 wird eine Überlaststrom-Schutzeinrichtung
geschaffen, die einen Schalter zum Zuführen eines Stroms von einer Stromquelle
zu einer Last und zum Sperren des Stroms aufweist, ferner einen
Stromsensor zum Detektieren des Stroms sowie eine Steuerenergiequelle zum
Bereitstellen von Leistung für
jede Einheit des Geräts,
um den Strom zu der Last dann zu sperren, wenn es zu einem Überstrom
kommt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
die Konfiguration der ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 zeigt
den Einfluß eines
durch eine Nachbarwicklung fließenden
Stroms;
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3 zeigt
die Konfiguration der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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4 zeigt
das Verfahren zum Detektieren der Nachweisempfindlichkeit in 3;
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5 zeigt
die Konfiguration der dritten Ausführungsform der Erfindung;
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6 zeigt
die Stromdetektorkennlinie für den
in 5 gezeigten Aufbau;
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7 ist
eine Schrägansicht
eines Beispiels für
die Struktur eines Drahttyp-Stromdetektorelements
gemäß der Erfindung;
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8 ist
eine Schrägansicht
eines Beispiels für
die Struktur eines Dünnschichttyp-Stromdetektorelements
gemäß der Erfindung;
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9 zeigt
ein Beispiel für
den Aufbau des Systems bei Anwendung einer Überlaststrom-Schutzeinrichtung;
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10 ist
eine graphische Darstellung eines Beispiels einer magnetischen Impedanzkennlinie; und
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11 zeigt
die Schaltung der herkömmlichen
Technologie.
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Bester Weg
zum Ausführen
der Erfindung
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1 zeigt
den Aufbau der ersten Ausführungsform
der Erfindung.
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Nach 1 können magnetische
Impedanzelemente (hier auch einfach als MI-Elemente) 1a und 1b drahtförmig oder
dünnschichtförmig ausgestaltet. sein.
Eine Kompensationsspule 2 liefert eine Gegenkopplung an
die MI-Elemente 1a und 1b. Ein Magnet 3 liefert
eine Gleich-Vormagnetisierung an die MI-Elemente 1a und 1b.
Eine Schwingschaltung 4 legt einen Gleichstrom an die MI-Elemente 1a und 1b.
Puffereinheiten 5a und 5b sind abhängig von
der Stärke
des Strom-Ausgangssignals der Schwingschaltung 4 eingefügt. Bezugszeichen 6a und 6b bezeichnen
Widerstände.
Detektoreinrichtungen 7a und 7b erfas sen die Schwankungen
des Wechselstroms abhängig
von dem externen Magnetfeld, welches an die MI-Elemente 1a und 1b gelegt
wird. Ein Differenzverstärker 8 verstärkt die
Differenz eines Ausgangssignals der Detektoreinheit. Ein Gegenkopplungselement 9 liefert
einen Strom in die Kompensationsspule 2 abhängig vom
Ausgangssignal des Differenzverstärkers 8. Eine Verdrahtung 10 führt einen
Detektor- oder Nachweisstrom.
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Wie
in 1 gezeigt ist, sind magnetische Impedanzelemente 1a und 1b derart
angeordnet, daß die
Absolutwerte der magnetischen Flüsse
(Hb1, Hb2), die durch den Strom I durch die Verdrahtung 10 hervorgerufen
werden, gleich groß sind,
während
die Richtungen des magnetischen Flusses entgegengesetzt sein können, und
es wird die Ausgangsdifferenz von dem Differenzverstärker 8 ermittelt,
um dadurch die Ausgangsgröße proportional
zu dem Strom zu erhalten.
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Die
Kompensationsspule 2 und das Gegenkopplungselement 9 geben
ein magnetisches Feld auf die MI-Elemente 1a und 1b in
der Richtung des abnehmenden Ausgangssignals des Differenzverstärkers 8.
Das Gegenkopplungselement 9 ist normalerweise durch einen
Widerstand gebildet, so daß die
Ausgangsempfindlichkeit für
die Stromerfassung proportional zum Widerstand reduziert sein kann. Deshalb
läßt sich
die Meßgenauigkeit
dadurch verbessern, daß man
den Wert des Gegenkopplungselements 9 abhängig vom
Meßbereich
optimiert.
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Wenn
der in 1 gezeigte Stromsensor als das empfangene und
verteilende Bauteil eingesetzt wird, ist es notwendig, den Einfluß eines
durch die Nachbarwicklung fließenden
Stroms zu beseitigen. 2 zeigt den Einfluß eines
durch jede benachbarte Wicklung fließenden Stroms. Ein Strom I1
fließt
benachbart zu einem Strom I1.
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Der
jeweils von den Strömen
I1 und I2 erzeugte magnetische Fluß ist definiert als ϕ1
bzw. ϕ2. Mit Hilfe der magnetischen Flüsse ϕ1 und ϕ2
wird die Ausgangsgröße der Differenz
der beiden MI-Elemente 1a und 1b im folgenden
berechnet: Differenz-Ausgangssignal
= Ausgangsgröße von 1a – Ausgangsgröße von 1b
= S2 + N3 – (–S2 + N3)
= 2S2 (1)
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Damit
läßt sich
der Strom I1 erfassen, ohne beeinflußt zu werden von dem durch
die benachbarte Verdrahtung 10a fließenden Strom I2.
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Wenn
ein gleichmäßiges äußeres Magnetfeld
als Rauschen angelegt wird, liefern die beiden MI-Elemente 1a und 1b eine
Ausgangsgröße mit gleichem
Betrag und gleichem Vorzeichen. Deshalb läßt sich der Einfluß von Rauschen
durch das externe Magnetfeld beseitigen wie im Fall des Stromflusses durch
eine Nachbarwicklung.
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3 zeigt
die Konfiguration der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Gemäß 3 sind
zu dem Aufbau nach 1 eine Konstantstromeinheit 91,
eine Schaltereinheit 92, ein Analog-Digital-Wandler 81 und
eine arithmetische Steuereinheit 82 hinzugefügt.
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Bei
dem oben erläuterten
Aufbau gelangt ein Magnetfeld auf den Ausgang des Differenzverstärkers 8 unter
Verwendung der Kompensationsspule 2 und des Gegenkopplungselements 9 in
der Richtung abnehmender Ausgangsgröße des Differenzverstärkers 8.
Die arithmetische Steuereinheit 82 steuert die Schaltereinheit 92,
um einen konstanten Strom aus der Konstantstromeinheit 91 an
die Kompensationsspule 2 zu geben, und sie steuert den
Analog-Digital-Wandler 81, so daß dieser das Ausgangssignal des
Differenzverstärkers 8 erfaßt. Die
arithmetische Steuereinheit 82 steuert das Ausgangssignal,
welches dann erhalten wird, wenn ein konstanter Strom unter einer
vorbestimmten Bedingung eingespeist wird, als Referenzwert, um damit
das Ausgangssignal vom Analog-Digital-Wandler 81 zu vergleichen, die
Differenz gegenüber
dem Referenzwert im Ausgangsergebnis zu korrigieren, und die Ausgangsgröße der Vorrichtung
durch die Umgebungskennwerte wie zum Beispiel Temperatur etc. und
eine zeitabhängige
Kennlinienänderung
zu korrigieren. Im Ergebnis erhält
man einen hochpräzisen
und gegen Umwelteinflüsse
widerstandsfähigen
Stromsensor.
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4 zeigt
das Verfahren zum Nachweisen der Detektorempfindlichkeit in 3.
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In 4 kennzeichnet
die Kennlinie der Ausgangsgröße des Sensors
in bezug auf ein externes Magnetfeld die Kennlinie eines gemeinsamen
magnetischen Impedanzelements, und ein beliebiges Sensor-Ausgangssignal
wird ungeachtet der Richtung des Magnetfelds anhand des Null betragenen Magnetfelds
gewonnen.
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In
dem Fall 1, der in 4 bei (a); (b) und (c) dargestellt
ist, kennzeichnet der Mittelwert des Vormagnetisierungsfelds ein
Feld mit dem Betrag Null. Deshalb sind die Ausgangssignale der Detektoreinrichtungen 7a und 7b einander
gleich, und die Ausgangsgröße des Differenzverstärkers beträgt Null.
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Im
Fall 2, der bei (d), (e) und (f) gezeigt ist, verschiebt sich der
Mittelwert des Vormagnetisierungsfelds um den Betrag ΔH, die Ausgangssignal-Differenz
zwischen den Detektoreinrichtungen 7a und 7b beträgt ΔV, und das
Ausgangssignal des Differenzverstärkers 8 beträgt α·ΔV (α bedeutet
die Verstärkung
der Differenzverstärkereinheit). ΔV/ΔH ist lediglich
die Empfindlichkeit des Sensors.
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5 zeigt
den Aufbau der dritten Ausführungsform
der Erfindung.
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Wie
in 5 deutlich zu sehen ist, ist dieses Beispiel dadurch
gekennzeichnet, daß die
beiden Gegenkopplungselemente 9a und 9b vorhanden sind.
Bei diesem Beispiel geben die Gegenkopplungselemente 9a und 9b und
die Kompensationsspule 2 ein Magnetfeld in der Richtung
abnehmender Ausgangsgröße des Differenzverstärkers 8 abhängig von
dessen Ausgangssignal an die MI-Elemente 1a und 1b.
Da die Gegenkopplungselemente 9a und 9b normalerweise
durch Widerstände
gebildet sind, wie oben erläutert
wurde, läßt sich
die Ausgangsempfindlichkeit auf den erfaßten Strom proportional zu dem
Widerstand verringern. Aus diesem Grund werden die Werte der Gegenkopplungselemente 9a und 9b abhängig vom
Meßbereich
eingestellt, und die Schaltereinheit 92 schaltet die Werte
automatisch aufgrund der Ausgangssignale des Differenzverstärkers 8 um,
um dadurch in einem breiten Meßbereich eine
hochgenaue Stromerfassungskennlinie zu erreichen.
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In 5 werden
die beiden Gegenkopplungselemente umgeschaltet, es können aber
auch drei oder noch mehr Gegenkopplungselemente umgeschaltet werden.
Bei einigen Meßbereichen
ist eine Lösung
ohne Gegenkopplung möglich,
so daß also
keine Auswahl eines Gegenkopplungselements erfolgt.
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6 zeigt
die Stromerfassungskennlinie gemäß der dritten
Ausführungsform.
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In 6 sind
zwei Fälle
dargestellt, in dem einen Fall erfolgt keine Gegenkopplung, in dem
anderen Fall erfolgt mit Hilfe eines anderen Widerstands eine Gegenkopplung.
Ein größerer Bereich steht
zur Verfügung,
wenn ein Gegenkopplungselement eingesetzt wird. 7 ist
eine Schrägansicht eines
Beispiels für
den Aufbau eines erfindungsgemäßen Stromdetektorelements
vom Draht-Typ.
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7 zeigt
eine Schrägansicht
eines Beispiels für
die Struktur eines Drahttyp-Stromdetektorelements
gemäß der Erfindung.
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In 7 bezeichnen
die Bezugszeichen 1a und 1b MI-Elemente. Die Kompensationsspule 2 gibt an
die MI-Elemente eine Gegenkopplung. Der Magnet 3 liefert
eine Gleich-Vormagnetisierung
an die MI-Elemente. Die Verdrahtung 10 führt einen
Detektor- oder Nachweisstrom. Eine Abschirmplatte 11 beseitigt
den Einfluß eines
externen Magnetfelds. Die Abschirmplatte 11 beseitigt den
Einfluß eines
externen Magnetfelds. Ein Durchgangsloch 13 nimmt ein Signal
auf.
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8 zeigt
ein Beispiel für
den Aufbau eines Dünnschicht-Stromdetektorelements
gemäß der Erfindung. 8(a) ist eine Draufsicht, 8(b) eine Schnittansicht.
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In 8 ist
ein bei (b) gezeigtes Substrat 14 aus einer nicht-magnetischen
Substanz gebildet. Bezugszeichen 1a und 1b in
(a) bezeichnen Dünnschicht-MI-Elemente.
Die Dünnschicht-Kompensationsspule 2 gibt
eine Gegenkopplung an die MI-Elemente. Die MI-Elemente 1a und 1b und
die Kompensationsspule 2 sind über einen Isolator aus beispielsweise
Stickstoffsilicid oder dergleichen auf dem Substrat 14 aufgebracht.
Dünn schichtmagnete 3a und 3b legen
eine Gleich-Vormagnetisierung an das MI-Element. Die breiten Bereiche
auf beiden Endseiten der MI-Elemente 1a und 1b und
der Kompensationsspule 2 sind Anschlußstellen für externe Verdrahtung. Da das
Substrat 14 Abmessungen von einigen Millimetern aufweisen
kann, läßt sich
ein besonders kleines, kostengünstiges
und durch geringe Leistungsaufnahme gekennzeichnetes System realisieren.
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Ein
System mit zwei magnetischen Impedanzelementen wurde oben erläutert, jedoch
können auch
drei oder noch mehr magnetische Impedanzelemente verwendet werden.
Außerdem
kann der obige Einzelphasen-Stromsensor offensichtlich ersetzt werden
durch einen Stromsensor für
drei oder mehr Phasen, wenn der Sensor für eine Aufnahme- und Verteilungsanlage
oder dergleichen eingesetzt wird.
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9 zeigt
ein Beispiel für
die Überlaststrom-Schutzeinrichtung,
bei der der oben erläuterte Stromsensor
eingesetzt wird.
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Die
Bezugszeichen R, S und T bezeichnen die Stromleitungen, die an eine
Drehstromquelle angeschlossen sind, sie sind mit einem Motor 30 über einen
dreiphasigen Kontaktschalter 20 und über drei Leistungstransformatoren 50a, 50b und 50c verbunden.
Die Stromdetektoren 40a, 40b und 40c sind
für jede
Phase zwischen dem dreiphasigen Schalter 20 und den drei
Leistungstransformatoren 50a, 50b und 50c angeordnet.
Der Kontaktgeber 20 besitzt drei Kontaktpunkte 20a, 20b und 20c,
die mit verschiedenen Stromleitungen R, S und T an dem Motor 30 über die
Primärspulen
der Leistungs-Transformatoren 50a, 50b und 50c verbunden
sind. Der Satz von Kontaktpunkten ist mechanisch so gekoppelt, daß eine gleichzeitige
Betätigung
durch die elektromagnetische Spule 20d erfolgt. Diese Spule
ist mit dem digitalen Ausgang eines Mikrocomputers 80 verbunden. Ein
elektronisches Überlastrelais 100 wird
gebildet durch eine Steuerschaltung, die den Mikrocomputer 80 enthält, die
Stromdetektoren 40a, 40b und 40c, die
Leistungs-Transformatoren 50a, 50b und 50c und dergleichen.
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Bei
diesem Beispiel enthalten die Stromdetektoren 40a, 40b und 40c ein
MI-Element 400 mit den MI-Elementen 1a und 1b und
einem Treiber/Detektor 401. Das Ausgangssignal jeder Einheit
wird sequentiell von einem Schalter 60 umgeschaltet. Das Ausgangssignal
der Leistungs-Transformatoren 50a, 50b und 50c,
das von dem Schalter 60 ausgewählt wird, wird an den Analogeingang
des Mikrocomputers 80 über
einen Halbwellengleichrichter 70 gelegt.
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Eine
Steuerenergiequelle ist von den Sekundärspulen der Leistungs-Transformatoren 50a, 50b und 50c über Dioden
D0, D1 und D2 an einen ersten Kondensator C0 gelegt. Der erste Kondensator
C0 liegt zwischen dem positiven Eingang eines Spannungsstellers 90 und
Masse, ein Kondensator C1 liegt zwischen dem positiven Ausgang des
Spannungsstellers 90 und Masse, und die Spannung Vcc vorbestimmten
Pegels wird als Steuerleistungsquelle bereitgestellt. D3, D4 und
D5 sind Schutzdioden.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Erfindungsgemäß sind die
folgenden Effekte zu erwarten:
- (1) Da der magnetische
Fluß aufgrund
eines Stroms mit einem MI-Element nachgewiesen wird, das einen magnetischen
Impedanzeffekt aufweist, kommt es nicht zu einer magnetischen Sättigung,
wie es bei einem weit verbreiteten und derzeit eingesetzten Kern
der Fall ist. Im Ergebnis läßt sich
eine Vorrichtung mit einem breiten Stromdetektorbereich schaffen.
- (2) Wenn ein Vormagnetisierungsfeld und ein Gegenkopplungs-Magnetfeld
zur Verbesserung der Linearität
an ein MI-Element gelegt werden, kommt das Vormagnetisierungsfeld
von einem Magneten, und das Gegenkopplungs-Magnetfeld kommt von
einer Kompensationsspule. Im Vergleich zu dem herkömmlichen
Aufbau, bei dem ein Vormagnetisierungsfeld und ein Gegenkopplungs-Magnetfeld
von einer Spule kommen, läßt sich
ein kleineres, billigeres und weniger Leistung aufnehmendes Gerät schaffen.
Durch Optimieren des Werts des Gegenkopplungselements abhängig vom
Meßbereich
läßt sich
außerdem
die Linearität
verbessern.
- (3) Durch Anordnen von zwei MI-Elementen in der Weise, daß die Absolutwerte
des von den Detektorströmen
erzeugten magnetischen Flusses gleich sind, aber entgegengesetzte
Richtungen aufweisen, und durch Ermitteln der Differenz zwischen
den Detektoreinheiten, läßt sich
der Strom ohne Beeinflussung durch das Störmagnetfeld oder das Magnetfeld
des durch die Nachbarwicklung fließenden Stroms erfassen. Deshalb
läßt sich
ein Stromsensor mit hervorragender Widerstandsfähigkeit gegen Umgebungseinflüsse ohne Einfluß von Rauschen
schaffen.
- (4) Da ein gemeinsames Magnetfeld auf ein MI-Element einwirkt
und die Empfindlichkeit des Magnetdetektorelements automatisch anhand des
Ausgangssignals detektiert werden kann, ist eine automatische Korrektur
selbst dann möglich, wenn
die Empfindlichkeit eines Elements sich durch die Umgebungscharakteristik
oder durch zeitliche Änderungen
verändert.
Aus diesem Grund kann ein Stromsensor geschaffen werden, der eine
hervorragende Beständigkeit
gegen Umwelteinflüsse
und zeitliche Einflüsse
aufweist.
- (5) Es kann ein hochgenauer Stromsensor mit guter Linearität in einem
breiten Meßbereich
dadurch erhalten werden, daß man
den Widerstand einer Mehrzahl von Gegenkopplungselementen abhängig von
dem Meßbereich
einstellt und automatisch die Werte anhand des Ausgangssignals des
Differenzverstärkers
schaltet.
- (6) Ein Stromsensor mit hoher Unempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen ohne
Beeinflussung durch Störrauschen
aufgrund einer Schwankung in der Empfindlichkeit – eines
Magnetsensors, eines Stellungsfehlers etc. läßt sich dadurch erhalten, daß eine magnetische
Abschirmung vorhanden ist, um ein externes Magnetfeld zu sperren.
- (7) Da ein MI-Element, ein Vormagnetisierungsmagnet und eine
Gegenkopplungsspule durch Dünnschichttechnik
gebildet werden können,
und weil ein Substrat mit Abmessungen nur weniger Millimeter geschaffen
werden kann, läßt sich
ein bedeutend kleineres, billigeres und weniger Energie aufnehmendes
Gerät schaffen.
Aus diesem Grund ist die Schaffung eines kleinen, für die Massenproduktion
geeigneten und hochgenauen Stromsensors möglich.
- (8) Wenn der oben beschriebene Stromsensor bei einem Überlaststrom-Schutzgerät zum Steuern einer
Energiequelle für
eine Last geschaffen wird, bei dem eine Abschaltung eines durch
einen Leiter fließenden
Stroms erfolgt, wenn der ermittelte Strom einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt,
läßt sich
eine Überlaststrom-Schutzeinrichtung
schaffen, die klein baut, vergleichsweise billig ist und eine hohe
Stromdetektorgenauigkeit bei gleichzeitig hoher Linearität besitzt.