DE10042920A1 - Stromdetektor - Google Patents
StromdetektorInfo
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Abstract
Ein Stromdetektor umfasst einen linearen Leiter 11¶1¶, 11¶2¶, einen linearen auszumessenden Leiter 10, der im Wesentlichen parallel angeordnet ist zum Leiter 11¶1¶, 11¶2¶, und durch welchen ein zu messender Strom fließt, ein Hall-Element 20, das in der Nähe des auszumessenden Leiters 10 angeordnet ist, so dass ein magnetischer Fluss, der von einem durch den auszumessenden Leiter 10 fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, im Wesentlichen senkrecht in eine Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 eintritt, und ein Substrat 30 zum Tragen des Leiters und des auszumessenden Leiters 10, so dass der magnetische Fluss, der von einem durch den Leiter fließenden Strom erzeugt wird, im Wesentlichen parallel steht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 in der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
Stromdetektor zur Erfassung eines Stroms, der durch eine
elektrische Schaltung fließt, die angebracht ist an einem
Gerät, wie einem Automobil, und insbesondere auf eine Technik
zur Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit eines Stroms, wenn
eine Vielzahl von Leitern nebeneinander angeordnet sind.
Es sind Stromdetektoren bekannt, welche dazu dienen, einen
durch eine z. B. in einem Automobil angebrachte elektrische
Schaltung fließenden Strom zu erfassen, die ein Hall-Element
verwenden, welches ein magneto-elektrisches Wandlungselement
ist. Ein Beispiel eines solchen Detektors wird in der
offengelegten japanischen Patentanmeldung mit der Nr. H5-
223849 offenbart. Dieser Stromdetektor umfasst einen Leiter,
durch welchen ein zu erfassender Strom fließt, und hat eine
Kerbe bzw. einen Schlitz, der in der gleichen Ebene gebildet
ist, oder einen schleifenartigen Strompfad, der durch Biegen
gebildet ist. Der Stromdetektor umfasst auch ein magneto-
elektrisches Leistungsumwandlungselement zur Umwandlung des
magnetischen Flusses, der durch den zu erfassenden Strom I
erzeugt wird, der durch den Leiter fließt.
Wenn bei diesem Stromdetektor der zu erfassende Strom durch
den auf dem Leiter gebildeten schleifenartigen Strompfad
fließt, wird ein magnetischer Fluss erzeugt. Dieser
magnetische Fluss wird durch das magneto-elektrische
Leistungsumwandlungselement in ein elektrisches Signal
umgewandelt, und durch diese Umwandlung entsteht ein
elektrisches Signal, das proportional ist zur Stärke des zu
erfassenden Stroms. Da dieser Stromdetektor magnetische
Flüsse doppelt so stark erfassen kann wie im Fall eines in
der Nähe eines linearen Leiters angeordnetes magneto-
elektrisches Leistungsumwandlungselement, ist es möglich, die
Erfassungsgenauigkeit des Stroms zu verbessern.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. S63-253264
(japanische Patentveröffentlichung Nr. H8-3499) offenbart ein
weiteres Beispiel eines Stromdetektors. Dieser Stromdetektor
umfasst einen Leiterdraht, durch welchen ein zu erfassender
Strom fließt, magneto-elektrische
Leistungsumwandlungselemente zur Umwandlung eines
Magnetfelds, das in gegenüberliegenden Gebieten um den
Leiterdraht erzeugt wird, wenn ein zu erfassender Strom durch
den Leiterdraht fließt, und einen Verarbeitungsabschnitt zur
Verarbeitung der magneto-elektrischen Leistungsumwandlungs-
Ausgangssignale aus den magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselementen.
Bei diesem Stromdetektor haben die magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselemente die gleiche Charakteristik, und
sie empfangen die gleichen Magnetfelder in zueinander
entgegengesetzten Richtungen bezüglich des magnetischen
Felds, das erzeugt wird, wenn ein Strom durch den Leiterdraht
fließt. Daher, da die Ausgangssignale aus den Elementen
entgegengesetzte Phasen haben, ist der Ausgang des
Verarbeitungsabschnittes ungefähr doppelt so groß wie die
Ausgabe eines der Elemente, wenn diese Ausgaben von dem
Verarbeitungsabschnitt einer Differenzverarbeitung unterzogen
werden. Andererseits, wenn der gesamte Stromdetektor einem
externen Magnetfeld ausgesetzt ist, haben die Ausgabesignale
der magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselemente
bezüglich des äußeren Magnetfelds die gleiche Phase. Daher
wird das auf dem äußeren Magnetfeld beruhende Ausgangssignal
in den von dem Verarbeitungsabschnitt der
Differenzverarbeitung unterzogenen Ausgangssignalen
ausgelöscht.
Andererseits, im Fall des Stromdetektors, der in der
offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. H5-223849
offenbart ist, ist der magnetische Fluss, der von einem Strom
erzeugt wird, der durch einen anderen Leiter als den
auszumessenden Leiter fließt, eine Störung, die das
Erfassungsergebnis beeinflusst, und somit besteht das
Problem, dass der durch den auszumessenden Leiter fließende
Strom nicht genau erfasst werden kann. Insbesondere wenn ein
Strom unter Verwendung eines magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselements erfasst wird, das sich in einer
Umgebung befindet, in welcher eine Vielzahl von Leitern
nebeneinander bzw. Seite an Seite angeordnet sind, wie in
einem elektrischen Verbindungskasten eines Automobils,
besteht das Problem, dass die Stromerfassungsgenauigkeit
nicht verbessert werden kann, da der magnetische Fluss, der
von einem Strom erzeugt wird, der durch einen anderen Leiter
als den auszumessenden Leiter fließt, den Erfassungsvorgang
stört.
Im Fall des Stromdetektors, der in der offengelegten
japanischen Patentanmeldung mit der Nr. S63-253264
(japanische Patentveröffentlichung Nr. H8-3499) offenbart
wird, ist es notwendig, zwei magneto-elektrische
Leistungsumwandlungselemente bezüglich eines Leiters zu
verwenden, wodurch das Problem besteht, dass die Kosten des
Stromdetektors erhöht werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen
kostengünstigen Stromdetektor zu schaffen, der in der Lage
ist, einen durch einen auszumessenden Leiter fließenden Strom
genau zu erfassen, selbst wenn eine Vielzahl von Leitern
nebeneinander angeordnet sind, wie in einem elektrischen
Verbindungskasten eines Automobils.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird gemäß eines ersten Aspekts
der Erfindung ein Stromdetektor geschaffen, der einen
linearen Leiter umfasst, einen linearen auszumessenden
Leiter, der im wesentlichen parallel zu dem Leiter vorgesehen
ist, und durch welchen ein zu messender Strom fließt, ein
magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement, das in der
Nähe des auszumessenden Leiters angeordnet ist, so dass ein
magnetischer Fluss, der von dem durch den auszumessenden
Leiter fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, in eine
Magnetfeld-Erfassungsfläche im wesentlichen senkrecht
eintritt, und ein Substrat zum Tragen des Leiters und des
auszumessenden Leiters, so dass der von einem durch den
Leiter fließenden Strom erzeugter magnetischer Fluss im
wesentlichen parallel steht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche
in der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselements.
Bei der Ausführung des ersten Aspekts wird die räumliche
Beziehung bzw. die Positionsbeziehung zwischen dem magneto-
elektrischen Leistungsumwandlungselement, das in der Nähe des
auszumessenden Leiters angeordnet ist, und einem anderen
Leiter als dem auszumessenden Leiter, durch das Tragesubstrat
eingestellt, das diese Glieder trägt. Das heißt, dass die
auszumessenden Leiter so auf dem Substrat angeordnet sind,
dass der magnetische Fluss, der von dem durch den
auszumessenden Leiter fließenden, zu messenden Strom erzeugt
wird, senkrecht in die Magnetfeld-Erfassungsfläche eintritt,
und der magnetische Fluss, der von einem Strom erzeugt wird,
der durch den anderen Leiter als den auszumessenden Leiter
fließt, im wesentlichen parallel steht zur Magnetfeld-
Erfassungsfläche in der Magnetfeld-Erfassungsfläche des
magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements. Daher
erfasst das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement
nur den Magnetfluss, der von dem zu messenden Strom erzeugt
wird, der durch den auszumessenden Leiter fließt, und nicht
den Magnetfluss erfasst, der von einem anderen Leiter als dem
auszumessenden Leiter erzeugt wird. Somit ist es möglich,
einen durch den auszumessenden Leiter fließenden, zu
messenden Strom genau zu detektieren bzw. zu erfassen.
Ferner, da der Stromdetektor ein magneto-elektrisches
Leistungsumwandlungselement hat, ist es möglich, einen
kostengünstigen Stromdetektor zu schaffen.
Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung wird ein
Stromdetektor geschaffen, der einen auszumessenden Leiter
umfasst, der mit einem gebogenen Abschnitt gebildet ist, der
U-förmig oder kurbelförmig gebogen ist, und durch welchen ein
zu messender Strom fließt, ein magneto-elektrisches
Leistungsumwandlungselement, das in der Nähe des gebogenen
Abschnitts angeordnet ist, so dass ein magnetischer Fluss,
der von dem zu messenden Strom, der durch den auszumessenden
Leiter fließt, erzeugt wird, im wesentlichen senkrecht
eintritt in eine Magnetfeld-Erfassungsfläche, und einen
linearen Leiter, der so angeordnet ist, dass ein Magnetfluss,
der erzeugt wird, wenn ein Strom fließt, im wesentlichen
parallel steht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche in der
Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselements.
Bei der Ausführung des zweiten Aspekts wird das räumliche
Verhältnis zwischen dem magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselement, das in der Nähe des
auszumessenden Leiters angeordnet ist, und eines anderen
Leiters als des auszumessenden Leiters, durch den gebogenen
Abschnitt eingestellt, der auf dem auszumessenden Leiter
gebildet ist. Das heißt, dass der auszumessende Leiter mit
dem gebogenen Abschnitt gebildet wird, und das magneto-
elektrische Leistungsumwandlungselement in dem gebogenen
Abschnitt so angeordnet wird, dass der Magnetfluss, der von
dem zu messenden Strom erzeugt wird, der durch den
auszumessenden Leiter fließt, senkrecht in die Magnetfeld-
Erfassungsfläche des magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselements eintritt. Der andere Leiter als
der auszumessende Leiter ist so angeordnet, dass der
Magnetfluss, der durch einen durch den Leiter fließenden
Strom erzeugt wird, im wesentlichen parallel steht zur
Magnetfeld-Erfassungsfläche in der Magnetfeld-
Erfassungsfläche des magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselements. Daher, genau wie beim ersten
Aspekt, erfasst das magneto-elektrische
Leistungsumwandlungselement nur einen magnetischen Fluss, der
von dem zu messenden Strom erzeugt wird, der durch
auszumessenden Leiter fließt, und nicht einen magnetischen
Fluss, der von einem anderen Leiter als dem auszumessenden
Leiter erzeugt wird. Somit ist es möglich, einen durch den
auszumessenden Leiter fließenden, zu messenden Strom genau zu
erfassen. Ferner, da der Stromdetektor ein magneto-
elektrisches Leistungsumwandlungselement hat, ist es möglich,
einen kostengünstigen Stromdetektor zu schaffen.
Gemäß eines dritten Aspekts der Erfindung ist beim
Stromdetektor des ersten Aspekts das magneto-elektrische
Leistungsumwandlungselement so angeordnet, dass eine Ebene,
welche den Leiter enthält, im wesentlichen durch das Zentrum
der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselements läuft, und die Magnetfeld-
Erfassungsfläche im wesentlichen senkrecht kreuzt.
Bei der Ausführung des dritten Aspekts steht der magnetische
Fluss, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch einen anderen
Leiter als den auszumessenden Leiter fließt, im wesentlichen
parallel zur Magnetfeld-Erfassungsfläche in der Magnetfeld-
Erfassungsfläche des magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselements. Daher, wenn ein Strom erfasst
werden soll, der durch den auszumessenden Leiter fließt, ist
es möglich, den Einfluss des magnetischen Flusses, der durch
den anderen Leiter als den auszumessenden Leiter erzeugt
wird, im wesentlichen auszuschließen.
Gemäß eines vierten Aspekts der Erfindung wird ein
Stromdetektor geschaffen, der eine Vielzahl von
auszumessenden Leitern umfasst, durch welche jeweils zu
messende Ströme fließen, wobei jeder der auszumessenden
Leiter einen gebogenen Abschnitt enthält, der U-förmig oder
kurbelförmig gebogen ist, magneto-elektrische
Leistungsumwandlungselemente sind in der Nähe der gebogenen
Abschnitte der auszumessenden Leiter jeweils angeordnet, so
dass ein magnetischer Fluss, der von einem zu messenden Strom
erzeugt wird, der durch jeweilige auszumessende Leiter
fließt, im wesentlichen senkrecht in die Magnetfeld-
Erfassungsfläche eintritt, und die Vielzahl von zu messenden
Leitern ist parallel zueinander angeordnet und so angeordnet,
dass die gebogenen Abschnitte der auszumessenden Leiter in
einer Längsrichtung bzw. Longitudinalrichtung jedes der
auszumessenden Leiter nicht zueinander ausgerichtet sind bzw.
nicht in einer Linie liegen.
Bei der Ausführung des vierten Aspekts ist das magneto-
elektrische Leistungsumwandlungselement angeordnet in jedem
der gebogenen Abschnitte der Vielzahl von auszumessenden
Leitern, die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet
sind, und die gebogenen Abschnitte der auszumessenden Leiter
sind so angeordnet, dass sie in der Längsrichtung bzw.
Longitudinalrichtung des auszumessenden Leiters nicht
zueinander ausgerichtet sind bzw. nicht in einer Linie
liegen. Daher beeinflusst jeder der auszumessenden Leiter
nicht das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement,
das bei anderen auszumessenden Leitern angeordnet ist. Daher
ist es möglich, einen Strom, der durch jeden der Vielzahl von
auszumessenden Leitern fließt, genau zu erfassen, ohne
Beeinflussung durch andere auszumessende Leiter.
Gemäß eines fünften Aspekts der Erfindung ist in dem
Stromdetektor des vierten Aspekts jeder der magneto-
elektrischen Leistungsumwandlungselemente so angeordnet, dass
eine Ebene, welche den auszumessenden Leiter der anderen
magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselemente enthält,
die die gebogenen Abschnitte ausnimmt, im wesentlichen durch
ein Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche des ersteren
magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements läuft und
die Magnetfeld-Erfassungsfläche im wesentlichen vertikal
kreuzt.
Bei der Ausführung des fünften Aspekts kann in einer
Magnetfeld-Erfassungsfläche eines magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselements, das in einem bestimmten
auszumessenden Leiter angeordnet ist, ein Magnetfluss, der
erzeugt wird, wenn ein Strom durch einen anderen
auszumessenden Leiter fließt, genau parallel werden zu dieser
Magnetfeld-Erfassungsfläche. Daher, wenn ein Strom erfasst
werden soll, der durch jeden der auszumessenden Leiter
fließt, ist es möglich, jeden Einfluss eines von einem
anderen auszumessenden Leiter erzeugten magnetischen Flusses
im wesentlichen auszuschließen.
Gemäß eines sechsten Aspekts der Erfindung wird ein
Stromdetektor geschaffen, der einen linearen auszumessenden
Leiter umfasst, durch welchen ein zu messender Strom fließt,
ein magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement, das in
der Nähe des auszumessenden Leiters angeordnet ist, so dass
ein magnetischer Fluss, der von dem durch den auszumessenden
Leiter fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, im
wesentlichen senkrecht in eine Magnetfeld-Erfassungsfläche
eintritt, und einen linearen Leiter, der parallele Zweigpfade
hat, um einen fließenden Strom durch Durchgangslöcher zu
halbieren, und so angeordnet ist, dass magnetische Flüsse,
welche erzeugt werden, wenn Ströme durch die Zweigpfade
fließen, einander bei gleichen Winkeln bezüglich der
Magnetfeld-Erfassungsfläche auf der Magnetfeld-
Erfassungsfläche des magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselements kreuzen.
Bei der Ausführung des sechsten Aspekts kreuzen sich
magnetische Flüsse, welche erzeugt werden, wenn Ströme durch
die Zweigpfade fließen, in der Magnetfeld-Erfassungsfläche
des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements bei
gleichen Winkeln bezüglich der Magnetfeld-Erfassungsfläche.
Daher löschen sich vertikale Komponenten bezüglich der
Magnetfeld-Erfassungsflächen der magnetischen Flüsse
gegenseitig aus. Somit, wenn ein Strom erfasst werden soll,
der durch den auszumessenden Leiter fließt, ist es möglich,
jeden Einfluss des magnetischen Flusses, der durch den
anderen Leiter als den auszumessenden Leiter erzeugt wird, im
wesentlichen auszuschließen.
Gemäß eines siebten Aspekts der Erfindung ist in dem
Stromdetektor des sechsten Aspekts das magneto-elektrische
Leistungsumwandlungselement so angeordnet, dass eine Ebene,
welche um einen gleichen Abstand von jedem der Zweigpfade
beabstandet ist, im wesentlichen durch das Zentrum der
Magnetfeld-Erfassungsfläche des gleichen magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselements läuft, und die Magnetfeld-
Erfassungsfläche im wesentlichen senkrecht kreuzt.
Bei der Ausführung des siebten Aspekts wird ein magnetischer
Fluss, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch einen anderen
Leiter als den auszumessenden Leiter fließt, in der
Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselements genau ausgelöscht. Daher, wenn
ein durch den auszumessenden Leiter fließender Strom erfasst
werden soll, ist es möglich, jeden Einfluss des magnetischen
Flusses, der durch den anderen Leiter als den auszumessenden
Leiter erzeugt wird, im wesentlichen auszuschließen.
Gemäß eines achten Aspekts der Erfindung ist im Stromdetektor
des ersten Aspekts das magneto-elektrische
Leistungsumwandlungselement an dem auszumessenden Leiter
befestigt.
Bei der Ausführung des achten Aspekts, da eine Position des
magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements bezüglich
des auszumessenden Leiters genau fixiert werden kann, ist es
möglich, einen magnetischen Fluss, der erzeugt wird, wenn ein
Strom durch den auszumessenden Leiter fließt, so
einzustellen, dass der magnetische Fluss genau senkrecht in
die Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselements eintritt. Ferner ist die
Position des anderen Leiters oder des auszumessenden Leiters
bezüglich des magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselements genau bestimmt, durch
Positionierung des anderen Leiters oder des auszumessenden
Leiters bezüglich des auszumessenden Leiters, und somit ist
der Zusammenbau des Stromdetektors einfach.
Gemäß eines neunten Aspekts der Erfindung ist im
Stromdetektor des zweiten Aspekts das magneto-elektrische
Leistungsumwandlungselement so angeordnet, dass eine Ebene,
welche den Leiter enthält, im wesentlichen durch das Zentrum
der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselements läuft, und die Magnetfeld-
Erfassungsfläche im wesentlichen senkrecht kreuzt.
Bei der Ausführung des neunten Aspekts steht ein magnetischer
Fluss, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch einen anderen
Leiter als den auszumessenden Leiter fließt, im wesentlichen
parallel zur Magnetfeld-Erfassungsfläche. Daher, wenn ein
durch den auszumessenden Leiter fließender Strom gemessen
werden soll, ist es möglich, jeden Einfluss des magnetischen
Flusses, der von dem anderen Leiter als dem auszumessenden
Leiter erzeugt wird, im wesentlichen auszuschließen.
Fig. 1 ist eine Perspektivansicht, welche die Struktur
eines Stromdetektors nach einer ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Ansicht zur Erklärung des Betriebs des
Stromdetektors der ersten Ausführung der Erfindung;
Fig. 3 ist eine Perspektivansicht, welche die Struktur
eines Stromdetektors nach einer zweiten Ausführung
der Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist eine Ansicht zur Erklärung des Betriebs des
Stromdetektors der zweiten Ausführung der
Erfindung;
Fig. 5 ist eine Perspektivansicht, welche eine
Modifikation des Stromdetektors nach der zweiten
Ausführung der Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist eine Perspektivansicht, welche die Struktur von
Stromdetektoren nach einer dritten Ausführung der
Erfindung zeigt;
Fig. 7 ist eine Planansicht, welche die Struktur der
Stromdetektoren nach der dritten Ausführung der
Erfindung zeigt;
Fig. 8 ist eine Seitenansicht, welche die Struktur der
Stromdetektoren nach der dritten Ausführung der
Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist eine Perspektivansicht, welche die Struktur
eines Stromdetektors nach einer vierten Ausführung
der Erfindung zeigt;
Fig. 10 ist eine Ansicht zur Erklärung des Betriebs des
Stromdetektors der vierten Ausführung der
Erfindung;
Fig. 11 ist eine Ansicht zur Erklärung des Betriebs des
Stromdetektors der vierten Ausführung der
Erfindung; und
Fig. 12 ist eine Perspektivansicht, welche eine
Modifikation des Stromdetektors nach der vierten
Ausführung der Erfindung zeigt.
Ausführungen von Stromdetektoren der vorliegenden Erfindung
werden nun ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben. In der folgenden Beschreibung der Ausführungen
erhalten gleiche oder entsprechende Teile die gleichen
Bezugszeichen.
Fig. 1 ist eine Perspektivansicht, welche die Struktur eines
Stromdetektors nach einer ersten Ausführung der vorliegenden
Erfindung zeigt. Dieser Stromdetektor umfasst einen
auszumessenden Leiter 10, einen ersten Leiter 11 1, einen
zweiten Leiter 11 2, ein Hall-Element 20 und ein Substrat 30.
Diese Elemente sind gewöhnlich untergebracht in einem
elektrischen Verbindungskasten (nicht abgebildet). Bei der
ersten Ausführung wird kein Kern zur Konzentration des
Magnetfelds verwendet.
Der auszumessende Leiter 10 ist ein linearer Leiter, durch
welchen ein zu messender Strom fließt, und das Hall-Element
20 ist an dem auszumessenden Leiter 10 befestigt. Das Hall-
Element 20 entspricht einem magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselement der vorliegenden Erfindung. Das
Hall-Element 20 erzeugt ein Spannungssignal (Hall-Spannung),
das der magnetischen Flussdichte entspricht, die in eine
Magnetfeld-Erfassungsfläche (Magnetfluss-Erfassungsfläche)
des Hall-Elements 20 eintritt. Dem Hall-Element 20 wird über
eine Zuführung (nicht abgebildet) ein vorbestimmter Strom
zugeführt. Das von dem ersten Hall-Element 20 erzeugte
Spannungssignal wird über einen Anschluss (nicht abgebildet)
abgegriffen.
Der erste Leiter 11 1 und der zweite Leiter 11 2 sind lineare
Leiter, durch welche ein anderer Strom als der zu messende
Strom fließt. Obwohl in der ersten Ausführung zwei Leiter 11 1
und 11 2 zusätzlich zu dem auszumessenden Leiter 10 vorgesehen
sind, kann die Zahl der Leiter 1, oder 3 oder mehr betragen.
Der auszumessende Leiter 10, der erste Leiter 11 1 und der
zweite Leiter 11 2 sind auf dem Substrat 30 platziert und
daran befestigt. Hierbei werden der erste Leiter 11 1 und der
zweite Leiter 11 2 im wesentlichen parallel zum auszumessenden
Leiter 10 angeordnet. Das Substrat 30 ist mit einer Stufe
versehen, um eine Positionsbeziehung bzw. eine räumliche
Beziehung zwischen dem ersten Leiter 11 1, dem zweiten Leiter
11 2 und dem an dem auszumessenden Leiter 10 befestigten Hall-
Element 20 zu bestimmen.
Das bedeutet, dass, wie in Fig. 1 abgebildet, die Stufe auf
dem Substrat 30 in einer solchen Höhe gebildet ist, dass eine
Ebene, die durch eine longitudinale Zentrallinie des ersten
Leiters 11 1 und eine longitudinale Zentrallinie des zweiten
Leiters 11 2 gebildet wird, durch ein Zentrum einer
Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des an dem auszumessenden
Leiter 10 befestigten Hall-Elements 20 läuft, und die Ebene
senkrecht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 steht.
Als nächstes wird der Betrieb des Stromdetektors beschrieben,
der die obige Struktur gemäß der ersten Ausführung der
vorliegenden Erfindung hat.
Wenn ein zu messender Strom durch den auszumessenden Leiter
10 fließt, wird ein magnetischer Fluss H1 durch ein
Magnetfeld erzeugt mit einer Stärke, die jener des zu
messenden Stroms entspricht, in Übereinstimmung mit der
Korkenzieherregel nach Ampère, wie in Fig. 2 gezeigt. Da
dieser Magnetfluss H1 senkrecht eintritt in die Magnetfeld-
Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20, erzeugt das Hall-
Element 20 ein Spannungssignal, das der Dichte des
magnetischen Flusses H1 entspricht.
Wenn ein Strom durch den ersten Leiter 11 1 fließt, wird ein
magnetischer Fluss H2 durch ein Magnetfeld erzeugt, das eine
Stärke entsprechend jener des Stroms hat, wie in Fig. 2
gezeigt. Da jedoch die Positionsbeziehung zwischen dem
auszumessenden Leiter 10 und dem ersten Leiter 11 1 so
eingestellt ist, dass die Ebene, welche die longitudinale
Zentrallinie des ersten Leiters 11 1 enthält, durch das
Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements
20 läuft, und die Ebene senkrecht zur Magnetfeld-
Erfassungsfläche 21 steht, auf der Magnetfeld-
Erfassungsfläche 21, steht der magnetische Fluss H2, der von
dem durch den ersten Leiter 11 1 fließenden Strom erzeugt
wird, parallel zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21.
Das Hall-Element 20 erfasst nur eine senkrechte Magnetfluss-
Komponente, die durch die Magnetfeld-Erfassungsfläche 21
läuft. Daher wird der magnetische Fluss H2 aus dem ersten
Leiter 11 1, der verschieden ist von dem auszumessenden Leiter
10, mit einem ausreichend kleinen Wert erfasst im Vergleich
zum magnetischen Fluss H1 aus dem auszumessenden Leiter 10.
Somit ist der magnetische Fluss H2, der von dem durch den
ersten Leiter 11 1 fließenden Strom erzeugt wird, klein und
vernachlässigbar, und das von dem Hall-Element 20 erzeugte
Spannungssignal wird hierdurch nicht beeinflusst.
Der zweite Leiter 11 2 ist dem ersten Leiter 11 1 ähnlich. Das
bedeutet, dass, wenn ein Strom durch den zweiten Leiter 11 2
fließt, ein magnetischer Fluss H3 erzeugt wird von einem
Magnetfeld mit einer Stärke, die jener des Stroms entspricht.
Da jedoch die Positionsbeziehung zwischen dem auszumessenden
Leiter 10 und dem zweiten Leiter 11 2 so eingestellt ist, dass
die Ebene, welche die longitudinale Zentrallinie des zweiten
Leiters 11 2 enthält, durch das Zentrum der Magnetfeld-
Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20 läuft, und die Ebene
senkrecht steht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21, auf der
Magnetfeld-Erfassungsfläche 21, steht der Magnetfluss H3, der
von dem durch den zweiten Leiter 11 2 fließenden Strom erzeugt
wird, parallel zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21.
Wie bereits oben beschrieben, erfasst das Hall-Element 20 nur
eine senkrechte Magnetfluss-Komponente, welche durch die
Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 läuft. Daher wird der
magnetische Fluss H3 aus dem zweiten Leiter 11 2, der
verschieden ist von dem auszumessenden Leiter 10, mit einem
ausreichend kleinen Wert im Vergleich zum magnetischen Fluss
H1 aus dem auszumessenden Leiter 10 erfasst. Somit ist der
magnetische Fluss H3, der von dem durch den zweiten Leiter
11 2 fließenden Strom erzeugt wird, klein und
vernachlässigbar, und das von dem Hall-Element 20 erzeugte
Spannungssignal wird hierdurch nicht beeinflusst.
Gemäß dem Stromdetektor der ersten Ausführung ist der
auszumessende Leiter 10 auf dem Substrat 30 so angeordnet,
dass der magnetische Fluss H1, der von dem zu messenden Strom
erzeugt wird, in die Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des Hall-
Elements 20 eintritt. Anders als der auszumessende Leiter 10
sind der erste Leiter 11 1 und der zweite Leiter 11 2 so auf
dem Substrat 30 angeordnet, dass der magnetische Fluss H2 und
der magnetische Fluss H3, die von Strömen erzeugt werden,
welche durch die ersten und zweiten Leiter 11 1 und 11 2
fließen, im wesentlichen parallel stehen zur Magnetfeld-
Erfassungsfläche 21. Daher erfasst das Hall-Element 20 nur
den magnetischen Fluss H1, der von dem durch den
auszumessenden Leiter 10 fließenden, zu messenden Strom
erzeugt wird, und der magnetische Fluss H2 und der
magnetische Fluss H3, die erzeugt werden von dem ersten
Leiter 11 1 und dem zweiten Leiter 11 2, die vom auszumessenden
Leiter 10 verschieden sind, werden nicht erfasst. Daher ist
es möglich, den durch den auszumessenden Leiter 10
fließenden, zu messenden Strom genau zu erfassen. Ferner, da
der Stromdetektor ein Hall-Element 20 hat, ist es möglich,
einen kostengünstigen Stromdetektor zu schaffen.
Obwohl das Hall-Element 20 bei der ersten Ausführung auf dem
auszumessenden Leiter 10 befestigt ist, ist es nicht immer
notwendig, das Hall-Element 20 auf dem auszumessenden Leiter
10 zu befestigen. Das Hall-Element 20 kann auf jede beliebige
Weise angeordnet werden, so lange die oben beschriebene
Positionsbeziehung zwischen dem ersten Leiter 11 1, dem
zweiten Leiter 11 2 und dem Hall-Element 20 aufrecht erhalten
werden kann. Zum Beispiel kann das Hall-Element 20 direkt auf
dem Substrat 30 befestigt sein, oder an dem elektrischen
Verbindungskasten (nicht abgebildet) befestigt sein.
Fig. 3 ist eine Perspektivansicht, welche eine Struktur eines
Stromdetektors nach einer zweiten Ausführung der Erfindung
zeigt. Dieser Stromdetektor umfasst einen auszumessenden
Leiter 10, einen ersten Leiter 11 1, einen zweiten Leiter 11 2,
ein Hall-Element 20 und ein Substrat 30. Diese Elemente sind
gewöhnlich in einem elektrischen Verbindungskasten (nicht
abgebildet) untergebracht. Bei der zweiten Ausführung wird
kein Kern zur Konzentration des Magnetfelds verwendet.
Der auszumessende Leiter 10 ist ein Leiter, durch welchen ein
zu messender Strom fließt. Der auszumessende Leiter 10 ist
mit einem gebogenen Abschnitt 12 versehen, der durch U-
förmige Verbiegung des auszumessenden Leiters 10 gebildet
wird. Das Hall-Element 20 ist an dem gebogenen Abschnitt 12
befestigt. Das Hall-Element 20 entspricht einem magneto-
elektrischen Leistungsumwandlungselement der vorliegenden
Erfindung, und ist gleich wie jenes, das bei der ersten
Ausführung verwendet wurde.
Der erste Leiter 11 1 und der zweite Leiter 11 2 sind lineare
Leiter, durch welche ein anderer Strom als der zu messende
Strom fließt. Die ersten und zweiten Leiter 11 1 und 11 2 sind
im wesentlichen parallel zu dem auszumessenden Leiter 10, und
sind so angeordnet, dass der auszumessende Leiter 10,
abgesehen von dem gebogenen Abschnitt 12, bündig liegt mit
dem ersten und zweiten Leiter 11 1 und 11 2 in der gleichen
Ebene. Der auszumessende Leiter 10 und die ersten und zweiten
Leiter 11 1 und 11 2 können z. B. an dem elektrischen
Verbindungskasten (nicht abgebildet) befestigt sein, oder
können an dem Substrat (nicht abgebildet) befestigt sein, wie
bei der ersten Ausführung.
Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, ist die Tiefe des
gebogenen Abschnitts 12, der im auszumessenden Leiter 10
gebildet ist, so eingestellt, dass eine Ebene, die durch eine
longitudinale Zentrallinie des ersten Leiters 11 1 und eine
longitudinale Zentrallinie des zweiten Leiters 11 2 gebildet
wird, durch ein Zentrum einer Magnetfeld-Erfassungsfläche 21
des an dem auszumessenden Leiter 10 befestigten Hall-Elements
läuft, und die Ebene steht senkrecht zur Magnetfeld-
Erfassungsfläche 21.
Obwohl in der zweiten Ausführung zwei Leiter 11 1 und 11 2
zusätzlich vorgesehen sind zum auszumessenden Leiter 10, kann
die Zahl der Leiter auch 1, oder 3 oder mehr betragen.
Als nächstes wird der Betrieb des Stromdetektors beschrieben,
der die obige Struktur gemäß der zweiten Ausführung der
vorliegenden Erfindung hat.
Wenn ein zu messender Strom durch den auszumessenden Leiter
10 fließt, wird ein Magnetfluss H1 erzeugt durch ein
Magnetfeld mit einer Stärke, die jener des zu messenden
Stroms entspricht, in Übereinstimmung mit der
Korkenzieherregel nach Ampère, wie in Fig. 4 gezeigt. Da
dieser magnetische Fluss H1 senkrecht in die Magnetfeld-
Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20 eintritt, erzeugt
das Hall-Element 20 ein Spannungssignal, das der Dichte des
magnetischen Flusses H1 entspricht.
Wenn ein Strom durch den ersten Leiter 11 1 fließt, wird ein
magnetischer Fluss H2 erzeugt von einem Magnetfeld mit einer
Stärke, die jener des Stroms entspricht, wie in Fig. 4
gezeigt. Da jedoch die Positionsbeziehung zwischen dem
auszumessenden Leiter 10 und dem ersten Leiter 11 1 so
eingestellt ist, das die Ebene, welche die longitudinale
Zentrallinie des ersten Leiters 11 1 enthält, durch das
Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements
20 läuft, und die Ebene senkrecht steht zur Magnetfeld-
Erfassungsfläche 21, auf der Magnetfeld-Erfasssungsfläche 21,
steht der Magnetfluss H2, der von einem durch den ersten
Leiter 11 1 fließenden Strom erzeugt wird, parallel zur
Magnetfeld-Erfassungsfläche 21. Daher erfasst das Hall-
Element 20 nur eine senkrechte Magnetfluss-Komponente, welche
durch die Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 läuft, wie oben
beschrieben. Aus diesem Grund werden die magnetischen Flüsse
H2 und H3 aus dem ersten Leiter 11 1, der verschieden ist von
dem auszumessenden Leiter 10, mit einem ausreichend kleinen
Wert erfasst im Vergleich zum Magnetfluss H1 aus dem
auszumessenden Leiter 10. Somit sind die magnetischen Flüsse
H2 und H3 klein und vernachlässigbar, und das von dem Hall-
Element 20 erzeugte Spannungssignal wird durch sie nicht
beeinflusst.
Wie oben beschrieben, ist bei dem Stromdetektor der zweiten
Ausführung das Hall-Element 20 in dem gebogenen Abschnitt 12
angeordnet, der in dem auszumessenden Leiter 10 gebildet ist,
so dass der magnetische Fluss H1, der von dem durch den
auszumessenden Leiter 10 fließenden, zu messenden Strom
erzeugt wird, senkrecht in die Magnetfeld-Erfassungsfläche 21
des Hall-Elements 20 eintritt.
Anders als der auszumessende Leiter 10 sind die ersten und
zweiten Leiter 11 1 und 11 2 so angeordnet, dass die
magnetischen Flüsse H2 und H3, welche durch diese
hindurchfließende Ströme erzeugt werden, im wesentlichen
parallel stehen zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21, auf der
Magnetfeld-Erfassungsfläche 21. Daher, wie beim Stromdetektor
der ersten Ausführung, erfasst das Hall-Element 20 nur den
magnetischen Fluss H1, der von dem durch den auszumessenden
Leiter 10 fließenden Strom erzeugt wird, und der magnetische
Fluss H2 und der magnetische Fluss H3, die von dem ersten
Leiter 11 1 und dem zweiten Leiter 11 2 erzeugt werden, welche
verschieden sind von dem auszumessenden Leiter 10, werden
nicht erfasst. Daher ist es möglich, den zu messenden Strom,
der durch den auszumessenden Leiter fließt, genau zu
erfassen. Ferner, da der Stromdetektor ein Hall-Element 20
hat, ist es möglich, einen kostengünstigen Stromdetektor zu
schaffen.
Obwohl das Hall-Element 20 bei der zweiten Ausführung an dem
auszumessenden Leiter 10 befestigt ist, ist es nicht immer
notwendig, das Hall-Element 20 an dem auszumessenden Leiter
10 zu befestigen. Das Hall-Element 20 kann auf jede beliebige
Art angeordnet werden, so lange die oben beschriebene
Positionsbeziehung zwischen dem ersten Leiter 11 1, dem
zweiten Leiter 11 2 und dem Hall-Element. 20 aufrecht erhalten
werden kann. Zum Beispiel kann das Hall-Element 20 direkt am
Substrat 30 befestigt werden, oder an dem elektrischen
Verbindungskasten (nicht abgebildet).
Bei dem Stromdetektor der zweiten Ausführung kann der
auszumessende Leiter 10 auch in die Form einer Kurbel gebogen
sein, wie in Fig. 5 gezeigt. Auch in diesem Fall wird die
Tiefe des gebogenen Abschnitts, der in dem auszumessenden
Leiter 10 gebildet ist, so eingestellt, dass eine Ebene, die
durch eine longitudinale Zentrallinie des ersten Leiters 11 1
und eine longitudinale Zentrallinie des zweiten Leiters 11 2
gebildet wird, durch ein Zentrum der Magnetfeld-
Erfassungsfläche 21 des an dem auszumessenden Leiter 10
befestigten Hall-Elements 20 läuft, und die Ebene senkrecht
zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 steht.
Gemäß dieser Struktur, bei welcher der auszumessende Leiter
mit einem kurbelförmig gebogenen Abschnitt versehen ist, ist
die Zahl der gebogenen Abschnitte des auszumessenden Leiters
10 verringert, was bewirkt, dass zusätzlich zum oben
beschriebenen Effekt, der auszumessende Leiter 10 einfacher
hergestellt werden kann im Vergleich mit dem auszumessenden
Leiter, der den U-förmig gebogenen Abschnitt 12 hat.
Jeder der Stromdetektoren der ersten und zweiten Ausführung
hat eine ausreichende Erfassungsempfindlichkeit zur Messung
eines Stroms ohne Verwendung eines Kerns, wenn der zu
messende Strom groß ist und auch der durch einen anderen
Leiter erzeugte Magnetfluss groß ist. Daher können die
Stromdetektoren wirksam eingesetzt werden in einem F/L-Kasten
oder dergleichen.
Ein Stromdetektor der dritten Ausführung unterscheidet sich
von jenen der ersten und zweiten Ausführungen darin, dass
eine Vielzahl von auszumessenden Leitern vorgesehen ist.
Fig. 6 ist eine Perspektivansicht, welche eine Struktur der
Stromdetektoren nach einer dritten Ausführung der Erfindung
zeigt, Fig. 7 ist eine Planansicht der Leiter, und Fig. 8 ist
eine Seitenansicht der Leiter. Dieser Stromdetektor umfasst
einen ersten auszumessenden Leiter 10 1, einen zweiten
auszumessenden Leiter 10 2, einen dritten auszumessenden
Leiter 10 3, ein erstes Hall-Element 20 1, ein zweites Hall-
Element 20 2 und ein drittes Hall-Element 20 3. Diese Elemente
sind gewöhnlich untergebracht in einem elektrischen
Verbindungskasten (nicht abgebildet). Bei der dritten
Ausführung wird kein Kern zur Konzentration des Magnetfelds
verwendet.
Die ersten bis dritten auszumessenden Leiter 10 1-10 3 sind
Leiter, durch welche zu messende Ströme fließen, und sie
haben die gleiche Struktur wie jene des auszumessenden
Leiters 10 der zweiten Ausführung. Abschnitte der ersten bis
dritten auszumessenden Leiter 10 1-10 3 sind U-förmig
verbogen, wodurch erste bis dritte gebogene Abschnitte 121-
123 jeweils gebildet sind. Die ersten bis dritten Hall-
Elemente 20 1-20 3 sind jeweils an den ersten bis dritten
gebogenen Abschnitten 12 1-12 3 befestigt. Die Hall-Elemente
20 1-20 3 entsprechen dem magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselement der vorliegenden Erfindung, und
sind gleich wie jenes, das bei der ersten Ausführung
verwendet wurde.
Die ersten bis dritten auszumessenden Leiter 10 1-10 3 sind
abgesehen von den ersten bis dritten gebogenen Abschnitten
121-123 im wesentlichen parallel zueinander und bündig in
der gleichen Ebene. Ferner sind die ersten bis dritten
gebogenen Abschnitte 12 1-12 3, die in den ersten bis dritten
auszumessenden Leitern 10 1-10 3 gebildet sind, so
angeordnet, dass sie in der longitudinalen Richtung der
auszumessenden Leiter nicht zueinander ausgerichtet sind bzw.
nicht in einer Linie stehen, wie in den Fig. 6-8
gezeigt. Die ersten bis dritten auszumessenden Leiter 101-
103 können z. B. an dem elektrischen Verbindungskasten (nicht
abgebildet) befestigt sein, oder können and dem Substrat
(nicht abgebildet) befestigt sein, wie bei der ersten
Ausführung.
Wie bei dem auszumessenden Leiter 10 der ersten Ausführung
ist die Tiefe jeder der ersten bis dritten gebogenen
Abschnitte 12 1-12 3, die in den ersten bis dritten
auszumessenden Leitern 10 1-10 3 gebildet sind, so
eingestellt, dass eine Ebene, die durch longitudinale
Zentrallinien der anderen beiden auszumessenden Leiter
gebildet wird, durch ein Zentrum einer Magnetfeld-
Erfassungsfläche des an dem auszumessenden Leiter befestigten
Hall-Elements läuft, und die Ebene senkrecht zur Magnetfeld-
Erfassungsfläche steht.
Obwohl bei dieser dritten Ausführung drei Leiter 10 1-10 3
vorgesehen sind, kann die Zahl der Leiter auch 2, oder 4 oder
mehr betragen. Ferner kann es einen auszumessenden Leiter und
einen anderen als den auszumessenden Leiter geben.
Als nächstes wird der Betrieb des Stromdetektors beschrieben,
der die obige Struktur nach der dritten Ausführung der
vorliegenden Erfindung hat.
Wenn ein zu messender Strom durch den ersten zu messenden
Leiter 10 1 fließt, wird ein magnetischer Fluss H1 von einem
Magnetfeld mit einer Stärke erzeugt, die jener des zu
messenden Stroms entspricht, in Übereinstimmung mit der
Korkenzieherregel nach Ampère. Da dieser magnetische Fluss H1
senkrecht eintritt in die Magnetfeld-Erfassungsfläche des
Hall-Elements 20 1, erzeugt das Hall-Element 20 1 ein
Spannungssignal das einer Dichte des Magnetflusses H1
entspricht.
Wenn ein Strom durch den zweiten auszumessenden Leiter 10 2
fließt, wird ein Magnetfluss H2 durch ein Magnetfeld mit
einer Stärke erzeugt, die jener dieses Stroms entspricht. Die
Position des gebogenen Abschnitts 12 1, der in dem ersten
auszumessenden Leiter 10 1 gebildet ist, ist jedoch nicht
ausgerichtet, bzw. liegt nicht in einer Linie mit anderen
gebogenen Abschnitten in der Longitudinalrichtung des zweiten
auszumessenden Leiters 10 2, und die Positionsbeziehung der
ersten und zweiten auszumessenden Leiter 10 1 und 10 2 ist so
eingestellt, dass die Ebene, welche die longitudinalen
Zentrallinien enthält und den gebogenen Abschnitt 12 2 des
zweiten auszumessenden Leiters 10 2 ausnimmt, durch das
Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche des Hall-Elements 20 1
läuft, und die Ebene steht senkrecht zu dieser Magnetfeld-
Erfassungsfläche. Daher steht der Magnetfluss H2, der von dem
durch den zweiten auszumessenden Leiter 10 2 fließenden Strom
erzeugt wird, parallel zur Magnetfeld-Erfassungsfläche des
ersten Hall-Elements 20 1 auf der Magnetfeld-Erfassungsfläche.
Daher, wie oben beschrieben, erfasst das erste Hall-Element
20 1 nur eine senkrechte Magnetfluss-Komponente, welche durch
die Magnetfeld-Erfassungsfläche läuft. Aus diesem Grund wird
der Magnetfluss H2 aus dem zweiten auszumessenden Leiter 10 2
mit einem ausreichend kleinen Wert erfasst im Vergleich zum
Magnetfluss H1 aus dem ersten auszumessenden Leiter 10 1. Das
Gleiche gilt für den Magnetfluss H3 des dritten
auszumessenden Leiters 10 3. Somit sind die magnetischen
Flüsse H2 und H3 klein und vernachlässigbar, und das von dem
ersten Hall-Element 20 1 erzeugte Spannungssignal wird durch
sie nicht beeinflusst.
Der Betrieb, bei welchem der zu messende Strom durch den
ersten auszumessenden Leiter 10 1 fließt, wurde oben
beschrieben, und der Betrieb, bei welchem der zu messende
Strom durch den zweiten auszumessenden Leiter 10 2 oder den
dritten auszumessenden Leiter 10 3 fließt, ist gleich.
Gemäß dem Stromdetektor der dritten Ausführung sind die
ersten bis dritten Hall-Elemente 20 1 bis 20 3 auf den ersten
bis dritten gebogenen Abschnitten 12 1 bis 12 3 der ersten bis
dritten auszumessenden Leiter 10 1 bis 10 3 angeordnet, und die
ersten bis dritten gebogenen Abschnitte 12 1 bis 12 3 sind in
der Longitudinalrichtung der zu messenden Leiter nicht
zueinander ausgerichtet bzw. liegen nicht in einer Linie.
Daher beeinflusst der auszumessende Leiter ein Hall-Element,
das auf anderen auszumessenden Leitern angeordnet ist, nicht.
Somit ist es möglich Ströme genau zu erfassen, die durch die
ersten bis dritten auszumessenden Leiter 10 1 bis 10 3 fließen,
welche nebeneinander angeordnet sind, ohne Beeinflussung
durch andere auszumessende Leiter.
Obwohl bei der dritten Ausführung die ersten bis dritten
Hall-Elemente 20 1 bis 20 3 auf den ersten bis dritten
auszumessenden Leitern 10 1 bis 10 3 befestigt sind, ist es
nicht immer notwendig, die ersten bis dritten Hall-Elemente
20 1 bis 20 3 an den ersten bis dritten auszumessenden Leitern
10 1 bis 10 3 zu befestigen. Die ersten bis dritten Hall-
Elemente 20 1 bis 20 3 können auf jede beliebige Art angeordnet
werden, solange die oben beschriebene Positionsbeziehung
aufrecht erhalten wird. Zum Beispiel können die ersten bis
dritten Hall-Elemente 20 1 bis 20 3 direkt auf dem Substrat
(nicht abgebildet) befestigt sein, oder können an dem
elektrischen Verbindungskasten (nicht abgebildet) befestigt
sein.
Bei dem Stromdetektor der dritten Ausführung kann jeder der
ersten bis dritten auszumessenden Leiter 10 1 bis 10 3 in die
Form einer Kurbel gebogen sein. Auch in diesem Fall ist die
Tiefe jedes der gebogenen Abschnitte 12 1 bis 12 3, die in den
ersten bis dritten auszumessenden Leitern 10 1 bis 10 3
gebildet sind, so eingestellt, dass eine Ebene welche
gebildet wird durch die longitudinalen Zentrallinien der
anderen beiden auszumessenden Leiter durch das Zentrum der
Magnetfeld-Erfassungsfläche des an dem auszumessenden Leiter
befestigten Hall-Elements läuft, und die Ebene senkrecht zur
Magnetfeld-Erfassungsfläche steht, wie beim Stromdetektor 10
der ersten Ausführung.
Gemäß der Struktur, bei welcher der auszumessende Leiter mit
einem kurbelförmig gebogenen Abschnitt versehen ist, ist die
Zahl der gebogenen Abschnitte jedes der ersten bis dritten
auszumessenden Leiters 10 1 bis 10 3 verringert, was zusätzlich
zum obigen Effekt bewirkt, dass der auszumessende Leiter
einfacher hergestellt werden kann im Vergleich mit einem
auszumessenden Leiter, der einen U-förmig gebogenen Abschnitt
hat.
Fig. 9 ist eine Perspektivansicht, welche eine Struktur
eines Stromdetektors nach einer vierten Ausführung der
Erfindung zeigt. Dieser Stromdetektor umfasst den
auszumessenden Leiter 10, den ersten Leiter 11 1, den zweiten
Leiter 11 2 und das Hall-Element 20. Diese Elemente sind
gewöhnlich untergebracht in einem elektrischen
Verbindungskasten (nicht abgebildet). Bei der vierten
Ausführung wird kein Kern zur Konzentration des Magnetfelds
verwendet.
Der auszumessende Leiter 10 ist ein linearer Leiter, durch
welchen ein zu messender Strom fließt und das Hall-Element 20
ist an dem auszumessenden Leiter 10 befestigt. Das Hall-
Element 20 entspricht einem magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselement der vorliegenden Erfindung, und
ist gleich wie jenes, das bei der ersten Ausführung verwendet
wurde.
Der erste Leiter 11 1 ist ein Leiter, durch welchen ein
anderer Strom als der zu messende Strom fließt. Der erste
Leiter 11 1 ist mit einem Durchgangsloch versehen. Dieses
Durchgangsloch bildet erste und zweite Zweigpfade, welche
einen Strom teilen bzw. halbieren, der durch den Leiter
fließt. Der zweite Leiter 11 2 hat die gleiche Struktur wie
der erste Leiter 11 1.
Der erste und zweite Leiter 11 1 und 11 2 sind im Wesentlichen
parallel zum auszumessenden Leiter 10 angeordnet. Der
auszumessende Leiter 10 und die ersten und zweiten Leiter 11 1
und 11 2 können zum Beispiel an dem elektrischen
Verbindungskasten (nicht abgebildet) befestigt sein, oder
können am Substrat (nicht abgebildet) befestigt sein, wie bei
der ersten Ausführung.
Das Hall-Element 20 ist so am auszumessenden Leiter 10
befestigt, dass eine Ebene, welche durch gleiche Abstände von
einem ersten Zweigpfad 13 11 und einem zweiten Zweigpfad 1312
des ersten Leiters 11 1 beabstandet ist, und um gleiche
Abstände von einem ersten Zweigpfad 13 21 und einem zweiten
Zweigpfad 13 22 des zweiten Leiters 11 2 beabstandet ist, durch
ein Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des Hall-
Elements 20 läuft, und die Ebene senkrecht steht zur
Magnetfeld-Erfassungsfläche 21.
Obwohl bei der vierten Ausführung zwei Leiter 11 1 und 11 2
zusätzlich zum auszumessenden Leiter 10 vorgesehen sind, kann
die Zahl der Leiter 1, oder 3 oder mehr betragen.
Als nächstes wird der Betrieb des Stromdetektors beschrieben,
der die obige Struktur gemäß der vierten Ausführung der
vorliegenden Erfindung hat.
Wenn ein zu messender Strom durch den ersten auszumessenden
Leiter 10 fließt, wird ein magnetischer Fluss H1 von einem
Magnetfeld mit einer Stärke erzeugt, die jener des
auszumessenden Stroms entspricht, in Übereinstimmung mit der
Korkenzieherregel nach Ampère, wie in Fig. 11 gezeigt. Da
dieser Magnetfluss H1 senkrecht eintritt in die Magnetfeld-
Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20, erzeugt das Hall-
Element 20 ein Spannungssignal, das einer Dichte des
magnetischen Flusses H1 entspricht.
Wenn der Strom durch den ersten Leiter 11 1 fließt, wird der
Strom aufgeteilt in zwei Hälften, und die aufgeteilten Ströme
fließen jeweils durch den ersten Zweigpfad 13 11 und den
zweiten Zweigpfad 13 12. Wie in Fig. 11 gezeigt wird ein
Magnetfluss H21 von einem Magnetfeld mit einer Stärke
erzeugt, die jener des durch den ersten Zweigpfad 13 11
fließenden Stroms entspricht, und ein Magnetfluss H22 wird
erzeugt von einem Magnetfeld mit einer Stärke, die jener des
durch den zweiten Zweigpfad 13 12 fließenden Stroms
entspricht.
Die Positionsbeziehung zwischen dem auszumessenden Leiter 10
und dem ersten Leiter 11 1 ist so eingestellt, dass die Ebene,
welche um gleiche Abstände von dem ersten Zweigpfad 13 11 und
dem zweiten Zweigpfad 13 12 des ersten Leiters 11 1 beabstandet
ist, und um gleiche Abstände von dem ersten Zweigpfad 13 21
und dem zweiten Zweigpfad 13 22 des zweiten Leiters 11 2
beabstandet ist, durch das Zentrum der Magnetfeld-
Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20 läuft, und die Ebene
senkrecht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 steht. Daher
werden die magnetischen Flüsse H21 und H22 so erzeugt, dass
sie sich auf der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des Hall-
Elements 20 kreuzen.
Da der Strom, welcher durch den ersten Zweigpfad 13 11 des
ersten Leiters 11 1 fließt, gleich ist wie der Strom, der
durch den zweiten Zweigpfad 13 12 fließt, wie in Fig. 11
gezeigt, haben die magnetischen Flüsse H21 und H22 die
gleiche Stärke bzw. den gleichen Betrag und kreuzen einander
mit gleichen Winkeln bzgl. der Magnetfeld-Erfassungsfläche
21, auf der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21. Daher löschen
sich eine Horizontalkomponente des Magnetflusses H21
(Komponente, welche vertikal läuft zur Magnetfeld-
Erfassungsfläche) und eine Horizontalkomponente des
Magnetflusses H22 (Komponente, welche vertikal läuft zur
Magnetfeld-Erfassungsfläche) gegenseitig aus, und die
Vertikalkomponente (Komponente welche parallel steht zur
Magnetfeld-Erfassungsfläche) wird verdoppelt und bleibt
bestehen.
Wie oben beschrieben, erfasst das Hall-Element 20 nur eine
senkrechte Magnetfluss-Komponente die durch die Magnetfeld-
Erfassungsfläche 21 läuft. Daher wird der magnetische Fluss
H2 aus dem ersten Leiter 11 1, der verschieden ist von dem
auszumessenden Leiter 10, mit einem ausreichend kleinen Wert
erfasst im Vergleich zum magnetischen Fluss H1 aus dem
auszumessenden Leiter 10. Somit sind die magnetischen Flüsse
H21 und H22 klein und vernachlässigbar, und das von dem Hall-
Element 20 erzeugte Spannungssignal wird hierdurch nicht
beeinflusst. Der zweite Leiter 11 2 wird ebenfalls auf die
gleiche Weise betrieben, wenn durch ihn ein Strom fließt, und
somit wird das von dem Hall-Element 20 erzeugte
Spannungssignal auch hierdurch nicht beeinflusst.
Gemäß dem Stromdetektor der vierten Ausführung kreuzen die
magnetischen Flüsse, welche erzeugt werden wenn Ströme durch
den ersten Zweigpfad 13 11 und den zweiten Zweigpfad 13 12 des
ersten Leiters 11 1 fließen, und durch den ersten Zweigpfad
13 21 und den zweiten Zweigpfad 13 22 des zweiten Leiters 11 2
fließen, einander mit gleichen Winkeln bezüglich der
Magnetfeld-Erfassungsfläche 21. Somit löschen sich
Komponenten, welche vertikal zur Magnetfeld-Erfassungsfläche
21 stehen, gegenseitig aus.
Wenn ein Strom erfasst werden soll, der durch den
auszumessenden Leiter 10 fließt, ist es möglich den Einfluss
von magnetischen Flüssen, die erzeugt werden vom ersten
Leiter 11 1 und dem zweiten Leiter 11 2, die verschieden sind
von dem auszumessenden Leiter 10, im Wesentlichen vollständig
auszuschließen. Somit kann ein durch den auszumessenden
Leiter 10 fließender Strom genau erfasst werden. Ferner, da
der Stromdetektor ein Hall-Element 20 hat, ist es möglich,
einen kostengünstigen Stromdetektor zu schaffen.
Obwohl bei der vierten Ausführung das Hall-Element 20 an dem
auszumessenden Leiter 10 befestigt ist, ist es nicht immer
notwendig, das Hall-Element 20 an dem auszumessenden Leiter
10 zu befestigen. Das Hall-Element 20 kann auf jede beliebige
Weise angeordnet werden, solange die oben beschriebene
Positionsbeziehung zwischen dem ersten Leiter 11 2, den
zweiten Leiter 11 2 und dem Hall-Element 20 aufrecht erhalten
wird. Zum Beispiel kann das Hall-Element 20 direkt auf dem
Substrat 30 befestigt sein, oder kann an dem elektrischen
Verbindungskasten (nicht abgebildet) befestigt sein.
Der Stromdetektor der vierten Ausführung kann so modifiziert
werden, dass eine Vielzahl von auszumessenden Leitern
nebeneinander vorgesehen werden, wie bei der dritten
Ausführung. Der modifizierte Stromdetektor ist in Fig. 12
abgebildet.
Bei diesem Stromdetektor sind erste bis dritte Hall-Elemente
20 1 bis 20 3, die an im Wesentlichen parallel zueinander
angeordneten ersten bis dritten auszumessenden Leitern 10 1
bis 10 3 befestigt sind, so angeordnet, dass die ersten bis
dritten Hall-Elemente 20 1 bis 20 3 in der Longitudinalrichtung
des zu messenden Leiters nicht zueinander ausgerichtet sind
bzw. nicht in einer Linie liegen, aber jedes der ersten bis
dritten Hall-Elemente 20 1 bis 20 3 ausgerichtet ist, bzw. in
einer Linie liegt mit Durchgangslöchern der anderen beiden
auszumessenden Leiter. Der Betrieb dieses Stromdetektors ist
der Gleiche wie jener der dritten Ausführung, außer dass
Magnetflüsse die von zwei der drei auszumessenden Leiter
erzeugt werden, einander bei gleichem Winkel bzgl. der
Magnetfeld-Erfassungsfläche in der verbleibenden Magnetfeld-
Erfassungsfläche des im auszumessenden Leiter angeordneten
Hall-Elements kreuzen. Daher wird eine Erläuterung des
Betriebs weggelassen.
Gemäß dieses modifizierten Stromdetektors beeinflusst jeder
auszumessende Leiter ein in einem anderen auszumessenden
Leiter angeordnetes Hall-Element nicht. Daher ist es möglich,
einen Strom genau zu erfassen, der durch jeden der ersten bis
dritten auszumessenden Leiter 10 1 bis 10 3 fließt, ohne
Beeinflussung durch andere auszumessende Leiter.
Claims (9)
1. Stromdetektor, umfassend:
einen linearen Leiter,
einen linearen auszumessenden Leiter, der im Wesentlichen parallel angeordnet ist zu dem Leiter, und durch welchen ein zu messender Strom fließt,
ein magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement, das in der Nähe des auszumessenden Leiters angeordnet ist, so dass ein magnetischer Fluss, der von dem durch den auszumessenden Leiter fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, in Wesentlichen senkrecht eintritt in eine Magnetfeld-Erfassungsfläche, und
ein Substrat zum Tragen des Leiters und des auszumessenden Leiters, so dass der magnetische Fluss, der von einem Strom erzeugt wird, der durch den Leiter fließt, im Wesentlichen parallel steht zur Magnetfeld- Erfassungsfläche in der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements.
einen linearen Leiter,
einen linearen auszumessenden Leiter, der im Wesentlichen parallel angeordnet ist zu dem Leiter, und durch welchen ein zu messender Strom fließt,
ein magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement, das in der Nähe des auszumessenden Leiters angeordnet ist, so dass ein magnetischer Fluss, der von dem durch den auszumessenden Leiter fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, in Wesentlichen senkrecht eintritt in eine Magnetfeld-Erfassungsfläche, und
ein Substrat zum Tragen des Leiters und des auszumessenden Leiters, so dass der magnetische Fluss, der von einem Strom erzeugt wird, der durch den Leiter fließt, im Wesentlichen parallel steht zur Magnetfeld- Erfassungsfläche in der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements.
2. Stromdetektor, umfassend:
einen auszumessenden Leiter, der mit einem gebogenen Abschnitt gebildet ist, welcher in U-Form oder kurbelförmig gebogen ist, und durch welchen ein zu messender Strom fließt,
ein magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement das in der Nähe des gebogenen Abschnitts angeordnet ist, so dass ein magnetischer Fluss, der von dem durch den auszumessenden Leiter fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, im Wesentlichen senkrecht in eine Magnetfeld-Erfassungsfläche eintritt, und
einen linearen Leiter, der so angeordnet ist, dass ein magnetischer Fluss, der erzeugt wird wenn ein Strom fließt, im Wesentlichen parallel steht zu der Magnetfeld-Erfassungsfläche in der Magnetfeld- Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements.
einen auszumessenden Leiter, der mit einem gebogenen Abschnitt gebildet ist, welcher in U-Form oder kurbelförmig gebogen ist, und durch welchen ein zu messender Strom fließt,
ein magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement das in der Nähe des gebogenen Abschnitts angeordnet ist, so dass ein magnetischer Fluss, der von dem durch den auszumessenden Leiter fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, im Wesentlichen senkrecht in eine Magnetfeld-Erfassungsfläche eintritt, und
einen linearen Leiter, der so angeordnet ist, dass ein magnetischer Fluss, der erzeugt wird wenn ein Strom fließt, im Wesentlichen parallel steht zu der Magnetfeld-Erfassungsfläche in der Magnetfeld- Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements.
3. Stromdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
dass das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement
so angeordnet ist, dass eine Ebene, welche den Leiter
enthält, im Wesentlichen durch ein Zentrum der
Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselement läuft, und die Magnetfeld-
Erfassungsfläche im Wesentlichen senkrecht kreuzt.
4. Stromdetektor umfassend eine Vielzahl von auszumessenden
Leitern, durch welche jeweils zu messende Ströme
fließen, wobei
jeder der auszumessenden Leiter einen gebogenen Abschnitt enthält, der in U-Form oder Kurbelform gebogen ist,
magneto-elektrische Leistungsumwandlungselemente in der Nähe der gebogenen Abschnitte der auszumessenden Leiter angeordnet sind, so dass ein magnetischer Fluss, der durch einen durch jeweilige auszumessende Leiter fließenden, zu messendem Strom erzeugt wird, im Wesentlichen senkrecht in die Magnetfeld- Erfassungsfläche eintritt, und
die Vielzahl von auszumessenden Leitern parallel zueinander angeordnet sind, und so angeordnet sind, dass die gebogenen Abschnitte der auszumessenden Leiter nicht zueinander ausgerichtet sind in einer Longitudinalrichtung jeder der auszumessenden Leiter.
jeder der auszumessenden Leiter einen gebogenen Abschnitt enthält, der in U-Form oder Kurbelform gebogen ist,
magneto-elektrische Leistungsumwandlungselemente in der Nähe der gebogenen Abschnitte der auszumessenden Leiter angeordnet sind, so dass ein magnetischer Fluss, der durch einen durch jeweilige auszumessende Leiter fließenden, zu messendem Strom erzeugt wird, im Wesentlichen senkrecht in die Magnetfeld- Erfassungsfläche eintritt, und
die Vielzahl von auszumessenden Leitern parallel zueinander angeordnet sind, und so angeordnet sind, dass die gebogenen Abschnitte der auszumessenden Leiter nicht zueinander ausgerichtet sind in einer Longitudinalrichtung jeder der auszumessenden Leiter.
5. Stromdetektor nach Anspruch 4 wobei jedes der magneto-
elektrischen Leistungsumwandlungselemente so angeordnet
ist, dass eine Ebene welche den auszumessenden Leiter
der anderen magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselemente enthält und die gebogenen
Abschnitte ausnimmt, im Wesentlichen durch ein Zentrum
der Magnetfeld-Erfassungsfläche des ersteren magneto-
elektrischen Leistungsumwandlungselements läuft, und die
Magnetfeld-Erfassungsfläche im Wesentlichen vertikal
kreuzt.
6. Stromdetektor, umfassend:
einen linearen auszumessenden Leiter, durch welchen ein zu messender Strom fließt,
ein magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement, das in der Nähe des auszumessenden Leiters angeordnet ist, so dass ein magnetischer Fluss, der von dem durch den auszumessenden Leiter fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, im Wesentlichen senkrecht eintritt in eine Magnetfeld-Erfassungsfläche, und
einen linearen Leiter, welcher parallele Zweigpfade hat, zur Halbierung eines fließenden Stromes mittels Durchgangslöcher, und welcher so angeordnet ist, dass magnetische Flüsse, die erzeugt werden wenn Ströme durch die Zweigpfade fließen, einander bei gleichen Winkeln kreuzen bezüglich der Magnetfeld-Erfassungsfläche, auf der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements.
einen linearen auszumessenden Leiter, durch welchen ein zu messender Strom fließt,
ein magneto-elektrisches Leistungsumwandlungselement, das in der Nähe des auszumessenden Leiters angeordnet ist, so dass ein magnetischer Fluss, der von dem durch den auszumessenden Leiter fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, im Wesentlichen senkrecht eintritt in eine Magnetfeld-Erfassungsfläche, und
einen linearen Leiter, welcher parallele Zweigpfade hat, zur Halbierung eines fließenden Stromes mittels Durchgangslöcher, und welcher so angeordnet ist, dass magnetische Flüsse, die erzeugt werden wenn Ströme durch die Zweigpfade fließen, einander bei gleichen Winkeln kreuzen bezüglich der Magnetfeld-Erfassungsfläche, auf der Magnetfeld-Erfassungsfläche des magneto-elektrischen Leistungsumwandlungselements.
7. Stromdetektor nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet,
dass das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement
so angeordnet ist, dass eine um gleiche Abstände von
jedem der Zweigpfade beabstandete Ebene im Wesentlichen
durch das Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche des
gleichen magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselements läuft, und die Magnetfeld-
Erfassungsfläche im Wesentlichen senkrecht kreuzt.
8. Stromdetektor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
dass das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement
an dem auszumessenden Leiter befestigt ist.
9. Stromdetektor nach Anspruch 2, wobei das magneto-
elektrische Leistungsumwandlungselement so angeordnet
ist, dass eine Ebene, welche den Leiter enthält, im
Wesentlichen durch ein Zentrum der Magnetfeld-
Erfassungsfläche des magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselements läuft, und die Magnetfeld-
Erfassungsfläche im Wesentlichen senkrecht kreuzt.
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