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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.
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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.
JP 05-223849 A 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.
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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.
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Die
offengelegte japanische Patentanmeldung Nr.
JP 63-253264 A (
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.
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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.
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Andererseits,
im Fall des Stromdetektors, der in der offengelegten japanischen
Patentanmeldung Nr.
JP
05-223849 A 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.
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Im
Fall des Stromdetektors, der in der offengelegten japanischen Patentanmeldung
mit der Nr.
JP 63-253264
A (
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.
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Aus
EP-0 539 081 B1 ist
ein Strommesssystem bekannt, welches unter Verwendung eines Magnetowiderstandselements
einen Strom messen kann, ohne Erzeugung von Hysterese und Barkhausen-Rauschen. Zusätzlich zu
einem auszumessenden Leiter, in dem ein zu messender Strom fließt, ist ein
Leiter vorgesehen, in welchen ein Kompensationsstrom fließt, der
geregelt wird um die durch das Magnetfeld des zu messenden Stroms
erzeugte Veränderung des Magnetowiderstands des Magnetowiderstandselements
zu kompensieren. Der Kompensationsstrom stellt ein Maß für den Messstrom
dar. Ein ähnliches
System ist aus
FR-2 725 029 bekannt.
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Aus
DE 197 41 417 A1 ist
ein Strommessgerät
bekannt, bei welchem Hall-Elemente in der Mulde von U-förmigen Leitern
angeordnet sind, um den durch die U-förmigen Leiter fließenden Strom
zu erfassen.
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Aus
DE 298 04 737 U1 ist
eine Strommesseinrichtung bekannt, bei welcher ein Sensor in einem Aufnahmebereich
zwischen zwei quer zur Stromrichtung voneinander beabstandeten,
im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Leiterzweigen des stromführenden
Leiters angeordnet ist.
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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.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß eines
achten Aspekts der Erfindung ist im Stromdetektor des ersten Aspekts
das magneto-elektrische Leistungsumwandlungselement an dem auszumessenden
Leiter befestigt.
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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.
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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.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Perspektivansicht, welche die Struktur eines Stromdetektors
nach einer ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Ansicht zur Erklärung
des Betriebs des Stromdetektors der ersten Ausführung der Erfindung;
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3 ist
eine Perspektivansicht, welche die Struktur eines Stromdetektors
nach einer zweiten Ausführung
der Erfindung zeigt;
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4 ist
eine Ansicht zur Erklärung
des Betriebs des Stromdetektors der zweiten Ausführung der Erfindung;
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5 ist
eine Perspektivansicht, welche eine Modifikation des Stromdetektors
nach der zweiten Ausführung
der Erfindung zeigt;
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6 ist
eine Perspektivansicht, welche die Struktur von Stromdetektoren
nach einer dritten Ausführung
der Erfindung zeigt;
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7 ist
eine Planansicht, welche die Struktur der Stromdetektoren nach der
dritten Ausführung der
Erfindung zeigt;
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8 ist
eine Seitenansicht, welche die Struktur der Stromdetektoren nach
der dritten Ausführung
der Erfindung zeigt;
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9 ist
eine Perspektivansicht, welche die Struktur eines Stromdetektors
nach einer vierten Ausführung
der Erfindung zeigt;
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10 ist
eine Ansicht zur Erklärung
des Betriebs des Stromdetektors der vierten Ausführung der Erfindung;
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11 ist
eine Ansicht zur Erklärung
des Betriebs des Stromdetektors der vierten Ausführung der Erfindung; und
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12 ist
eine Perspektivansicht, welche eine Modifikation des Stromdetektors
nach der vierten Ausführung
der Erfindung zeigt.
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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.
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Erste Ausführung
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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 111 , einen zweiten Leiter 112 , 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.
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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.
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Der
erste Leiter 111 und der zweite
Leiter 112 sind lineare Leiter,
durch welche ein anderer Strom als der zu messende Strom fließt. Obwohl
in der ersten Ausführung
zwei Leiter 111 und 112 zusätzlich zu dem auszumessenden
Leiter 10 vorgesehen sind, kann die Zahl der Leiter 1,
oder 3 oder mehr betragen.
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Der
auszumessende Leiter 10, der erste Leiter 111 und der zweite Leiter 112 sind auf dem Substrat 30 platziert
und daran befestigt. Hierbei werden der erste Leiter 111 und der zweite Leiter 112 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 111 ,
dem zweiten Leiter 112 und dem
an dem auszumessenden Leiter 10 befestigten Hall-Element 20 zu
bestimmen.
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Das
bedeutet, dass, wie in 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 111 und eine longitudinale Zentrallinie
des zweiten Leiters 112 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.
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Als
nächstes
wird der Betrieb des Stromdetektors beschrieben, der die obige Struktur
gemäß der ersten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung hat.
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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 Ampere, wie in 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.
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Wenn
ein Strom durch den ersten Leiter 111 fließt, wird
ein magnetischer Fluss H2 durch ein Magnetfeld
erzeugt, das eine Stärke
entsprechend jener des Stroms hat, wie in 2 gezeigt.
Da jedoch die Positionsbeziehung zwischen dem auszumessenden Leiter 10 und
dem ersten Leiter 111 so eingestellt
ist, dass die Ebene, welche die longitudinale Zentrallinie des ersten
Leiters 111 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 111 fließenden Strom
erzeugt wird, parallel zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21.
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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 111 , 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 111 fließenden Strom
erzeugt wird, klein und vernachlässigbar,
und das von dem Hall-Element 20 erzeugte Spannungssignal
wird hierdurch nicht beeinflusst.
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Der
zweite Leiter 112 ist dem ersten
Leiter 111 ähnlich. Das bedeutet, dass,
wenn ein Strom durch den zweiten Leiter 112 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 112 so eingestellt ist, dass die Ebene,
welche die longitudinale Zentrallinie des zweiten Leiters 112 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 112 fließenden Strom
erzeugt wird, parallel zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21.
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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 112 , 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 112 fließenden Strom erzeugt wird,
klein und vernachlässigbar,
und das von dem Hall-Element 20 erzeugte Spannungssignal wird
hierdurch nicht beeinflusst.
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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 111 und der zweite Leiter 112 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 111 und 112 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 111 und
dem zweiten Leiter 112 , 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.
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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 111 ,
dem zweiten Leiter 112 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.
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Zweite Ausführung
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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 111 ,
einen zweiten Leiter 112 , 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.
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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.
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Der
erste Leiter 111 und der zweite
Leiter 112 sind lineare Leiter,
durch welche ein anderer Strom als der zu messende Strom fließt. Die
ersten und zweiten Leiter 111 und 112 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 111 und 112 in der gleichen Ebene. Der auszumessende
Leiter 10 und die ersten und zweiten Leiter 111 und 112 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.
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Wie
in den 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 111 und
eine longitudinale Zentrallinie des zweiten Leiters 112 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.
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Obwohl
in der zweiten Ausführung
zwei Leiter 111 und 112 zusätzlich vorgesehen sind zum
auszumessenden Leiter 10, kann die Zahl der Leiter auch
1, oder 3 oder mehr betragen.
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Als
nächstes
wird der Betrieb des Stromdetektors beschrieben, der die obige Struktur
gemäß der zweiten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung hat.
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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 Ampere, wie in 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.
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Wenn
ein Strom durch den ersten Leiter 111 fließt, wird
ein magnetischer Fluss H2 erzeugt von einem
Magnetfeld mit einer Stärke,
die jener des Stroms entspricht, wie in 4 gezeigt.
Da jedoch die Positionsbeziehung zwischen dem auszumessenden Leiter 10 und
dem ersten Leiter 111 so eingestellt
ist, das die Ebene, welche die longitudinale Zentrallinie des ersten
Leiters 111 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 111 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 111 , 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.
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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.
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Anders
als der auszumessende Leiter 10 sind die ersten und zweiten
Leiter 111 und 112 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 111 und dem zweiten Leiter 112 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.
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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 111 ,
dem zweiten Leiter 112 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).
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Bei
dem Stromdetektor der zweiten Ausführung kann der auszumessende
Leiter 10 auch in die Form einer Kurbel gebogen sein, wie
in 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 111 und
eine longitudinale Zentrallinie des zweiten Leiters 112 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.
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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.
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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.
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Dritte Ausführung
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Ein
Stromdetektor der dritten Ausführung
unterscheidet sich von jenen der ersten und zweiten Ausführungen
darin, dass eine Vielzahl von auszumessenden Leitern vorgesehen
ist.
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6 ist
eine Perspektivansicht, welche eine Struktur der Stromdetektoren
nach einer dritten Ausführung
der Erfindung zeigt, 7 ist eine Planansicht der Leiter,
und 8 ist eine Seitenansicht der Leiter. Dieser Stromdetektor
umfasst einen ersten auszumessenden Leiter 101 ,
einen zweiten auszumessenden Leiter 102 ,
einen dritten auszumessenden Leiter 103 ,
ein erstes Hall-Element 201 , ein
zweites Hall-Element 202 und ein drittes Hall-Element 203 . Diese Elemente sind gewöhnlich untergebracht
in einem elektrischen Verbindungskasten (nicht abgebildet). Bei
der dritten Ausführung
wird kein Kern zur Konzentration des Magnetfelds verwendet.
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Die
ersten bis dritten auszumessenden Leiter 101 –103 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 101 –103 sind U-förmig verbogen, wodurch erste
bis dritte gebogene Abschnitte 121 –123 jeweils gebildet sind. Die ersten
bis dritten Hall-Elemente 201 –203 sind jeweils an den ersten bis dritten
gebogenen Abschnitten 121 –123 befestigt. Die Hall-Elemente 201 –203 entsprechen dem magneto-elektrischen
Leistungsumwandlungselement der vorliegenden Erfindung, und sind
gleich wie jenes, das bei der ersten Ausführung verwendet wurde.
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Die
ersten bis dritten auszumessenden Leiter 101 –103 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 121 –123 ,
die in den ersten bis dritten auszumessenden Leitern 101 –103 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 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.
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Wie
bei dem auszumessenden Leiter 10 der ersten Ausführung ist
die Tiefe jeder der ersten bis dritten gebogenen Abschnitte 121 –123 , die in den ersten bis dritten auszumessenden
Leitern 101 –103 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.
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Obwohl
bei dieser dritten Ausführung
drei Leiter 101 –103 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.
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Als
nächstes
wird der Betrieb des Stromdetektors beschrieben, der die obige Struktur
nach der dritten Ausführung
der vorliegenden Erfindung hat.
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Wenn
ein zu messender Strom durch den ersten zu messenden Leiter 101 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 Ampere. Da dieser magnetische Fluss H1 senkrecht eintritt in die Magnetfeld-Erfassungsfläche des
Hall-Elements 201 , erzeugt das
Hall-Element 201 ein Spannungssignal
das einer Dichte des Magnetflusses H1 entspricht.
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Wenn
ein Strom durch den zweiten auszumessenden Leiter 102 fließt, wird ein Magnetfluss H2 durch ein Magnetfeld mit einer Stärke erzeugt,
die jener dieses Stroms entspricht. Die Position des gebogenen Abschnitts 121 , der in dem ersten auszumessenden
Leiter 101 gebildet ist, ist jedoch
nicht ausgerichtet, bzw. liegt nicht in einer Linie mit anderen
gebogenen Abschnitten in der Longitudinalrichtung des zweiten auszumessenden
Leiters 102 , und die Positionsbeziehung
der ersten und zweiten auszumessenden Leiter 101 und 102 ist so eingestellt, dass die Ebene,
welche die longitudinalen Zentrallinien enthält und den gebogenen Abschnitt 122 des zweiten auszumessenden Leiters 102 ausnimmt, durch das Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche des
Hall-Elements 201 läuft, und
die Ebene steht senkrecht zu dieser Magnetfeld-Erfassungsfläche. Daher steht der Magnetfluss
H2, der von dem durch den zweiten auszumessenden
Leiter 102 fließenden Strom erzeugt wird,
parallel zur Magnetfeld-Erfassungsfläche des ersten Hall-Elements 201 auf der Magnetfeld-Erfassungsfläche.
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Daher,
wie oben beschrieben, erfasst das erste Hall-Element 201 nur eine senkrechte Magnetfluss-Komponente,
welche durch die Magnetfeld-Erfassungsfläche läuft. Aus diesem Grund wird
der Magnetfluss H2 aus dem zweiten auszumessenden
Leiter 102 mit einem ausreichend
kleinen Wert erfasst im Vergleich zum Magnetfluss H1 aus
dem ersten auszumessenden Leiter 101 .
Das Gleiche gilt für
den Magnetfluss H3 des dritten auszumessenden
Leiters 103 . Somit sind die magnetischen
Flüsse
H2 und H3 klein und
vernachlässigbar,
und das von dem ersten Hall-Element 201 erzeugte
Spannungssignal wird durch sie nicht beeinflusst.
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Der
Betrieb, bei welchem der zu messende Strom durch den ersten auszumessenden
Leiter 101 fließt, wurde oben beschrieben,
und der Betrieb, bei welchem der zu messende Strom durch den zweiten auszumessenden
Leiter 102 oder den dritten auszumessenden
Leiter 103 fließt, ist gleich.
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Gemäß dem Stromdetektor
der dritten Ausführung
sind die ersten bis dritten Hall-Elemente 201 bis 203 auf den ersten bis dritten gebogenen
Abschnitten 121 bis 123 der ersten bis dritten auszumessenden
Leiter 101 bis 103 angeordnet,
und die ersten bis dritten gebogenen Abschnitte 121 bis 123 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 101 bis 103 fließen, welche
nebeneinander angeordnet sind, ohne Beeinflussung durch andere auszumessende
Leiter.
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Obwohl
bei der dritten Ausführung
die ersten bis dritten Hall-Elemente 201 bis 203 auf den ersten bis dritten auszumessenden
Leitern 101 bis 103 befestigt
sind, ist es nicht immer notwendig, die ersten bis dritten Hall-Elemente 201 bis 203 an
den ersten bis dritten auszumessenden Leitern 101 bis 103 zu befestigen. Die ersten bis dritten
Hall-Elemente 201 bis 203 können auf
jede beliebige Art angeordnet werden, solange die oben beschriebene
Positionsbeziehung aufrecht erhalten wird. Zum Beispiel können die
ersten bis dritten Hall-Elemente 201 bis 203 direkt auf dem Substrat (nicht abgebildet)
befestigt sein, oder können
an dem elektrischen Verbindungskasten (nicht abgebildet) befestigt
sein.
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Bei
dem Stromdetektor der dritten Ausführung kann jeder der ersten
bis dritten auszumessenden Leiter 101 bis 103 in die Form einer Kurbel gebogen sein.
Auch in diesem Fall ist die Tiefe jedes der gebogenen Abschnitte 121 bis 123 ,
die in den ersten bis dritten auszumessenden Leitern 101 bis 103 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.
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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 101 bis 103 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.
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Vierte Ausführung
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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 111 ,
den zweiten Leiter 112 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.
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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.
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Der
erste Leiter 111 ist ein Leiter,
durch welchen ein anderer Strom als der zu messende Strom fließt. Der
erste Leiter 111 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 112 hat die gleiche
Struktur wie der erste Leiter 111 .
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Der
erste und zweite Leiter 111 und 112 sind im Wesentlichen parallel zum
auszumessenden Leiter 10 angeordnet. Der auszumessende
Leiter 10 und die ersten und zweiten Leiter 111 und 112 können zum Beispiel
an dem elektrischen Verbindungskasten (nicht abgebildet) befestigt
sein, oder können
am Substrat (nicht abgebildet) befestigt sein, wie bei der ersten
Ausführung.
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Das
Hall-Element 20 ist so am auszumessenden Leiter 10 befestigt,
dass eine Ebene, welche durch gleiche Abstände von einem ersten Zweigpfad 1311 und einem zweiten Zweigpfad 1312 des ersten Leiters 111 beabstandet ist, und um gleiche Abstände von
einem ersten Zweigpfad 1321 und
einem zweiten Zweigpfad 1322 des
zweiten Leiters 112 beabstandet ist,
durch ein Zentrum der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 des Hall-Elements 20 läuft, und
die Ebene senkrecht steht zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21.
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Obwohl
bei der vierten Ausführung
zwei Leiter 111 und 112 zusätzlich zum auszumessenden Leiter 10 vorgesehen
sind, kann die Zahl der Leiter 1, oder 3 oder mehr betragen.
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Als
nächstes
wird der Betrieb des Stromdetektors beschrieben, der die obige Struktur
gemäß der vierten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung hat.
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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 Ampere, wie in 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.
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Wenn
der Strom durch den ersten Leiter 111 fließt, wird
der Strom aufgeteilt in zwei Hälften,
und die aufgeteilten Ströme
fließen
jeweils durch den ersten Zweigpfad 1311 und
den zweiten Zweigpfad 1312 . Wie
in 11 gezeigt wird ein Magnetfluss H21 von einem
Magnetfeld mit einer Stärke
erzeugt, die jener des durch den ersten Zweigpfad 1311 fließenden Stroms entspricht, und
ein Magnetfluss H22 wird erzeugt von einem
Magnetfeld mit einer Stärke,
die jener des durch den zweiten Zweigpfad 1312 fließenden Stroms
entspricht.
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Die
Positionsbeziehung zwischen dem auszumessenden Leiter 10 und
dem ersten Leiter 111 ist so eingestellt,
dass die Ebene, welche um gleiche Abstände von dem ersten Zweigpfad 1311 und dem zweiten Zweigpfad 1312 des ersten Leiters 111 beabstandet ist, und um gleiche Abstände von
dem ersten Zweigpfad 1321 und dem
zweiten Zweigpfad 1322 des zweiten
Leiters 112 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.
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Da
der Strom, welcher durch den ersten Zweigpfad 1311 des
ersten Leiters 111 fließt, gleich
ist wie der Strom, der durch den zweiten Zweigpfad 1312 fließt, wie in 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.
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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 111 , 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 112 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.
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Gemäß dem Stromdetektor
der vierten Ausführung
kreuzen die magnetischen Flüsse,
welche erzeugt werden wenn Ströme
durch den ersten Zweigpfad 1311 und
den zweiten Zweigpfad 1312 des ersten
Leiters 111 fließen, und
durch den ersten Zweigpfad 1321 und
den zweiten Zweigpfad 1322 des zweiten
Leiters 112 fließen, einander
mit gleichen Winkeln bezüglich
der Magnetfeld-Erfassungsfläche 21.
Somit löschen
sich Komponenten, welche vertikal zur Magnetfeld-Erfassungsfläche 21 stehen,
gegenseitig aus.
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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 111 und
dem zweiten Leiter 112 , 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.
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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 112 ,
den zweiten Leiter 112 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.
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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 12 abgebildet.
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Bei
diesem Stromdetektor sind erste bis dritte Hall-Elemente 201 bis 203 ,
die an im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten ersten bis
dritten auszumessenden Leitern 101 bis 103 befestigt sind, so angeordnet, dass
die ersten bis dritten Hall-Elemente 201 bis 203 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 201 bis 203 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.
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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 101 bis 103 fließt, ohne Beeinflussung durch
andere auszumessende Leiter.