DE10045670B4

DE10045670B4 - Stromerfassungsvorrichtung und Stromerfassungsverfahren

Info

Publication number: DE10045670B4
Application number: DE10045670A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Susono Tamai; Yoshinori Susono Ikuta; Takashi Susono Gohara; Mitsuaki Susono Morimoto
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 2000-09-15
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2020-09-16
Also published as: US6605936B1; DE10045670A1

Abstract

Stromerfassungsvorrichtung, umfassend:
n Leiter (11, 12, 13), die so angeordnet sind, dass sie von einem Verzweigungspunkt (0) radial verzweigt sind;
m elektromagnetische Wandler (21, 22, 23), die zwischen benachbarten Leitern der n Leiter (11, 12,13) angeordnet sind; und
eine Betriebsverarbeitungsschaltung (30) zum Erfassen eines Stroms (I1, I2, I3), der durch jeden der n Leiter (11, 12, 13) fließt, auf Grundlage eines Betriebsausgangs (DT1, DT2, DT3), der aus einer vorgegebenen Operation (31, 32, 33) auf Grundlage eines elektrischen Signals (VB1, VB2, VB3) von jedem der m elektromagnetischen Wandler (21, 22, 23) erhalten wird,
wobei n: ein Integer ist, der n ≥ 3 erfüllt; und
wobei m: ein Integer ist, der m ≥ 2 erfüllt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromerfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Stroms, der durch eine elektrische Schaltung fließt, die auf eine Vorrichtung wie ein Automobil geladen ist, und ein Stromerfassungsverfahren, und insbesondere auf eine Technologie zum Verbessern einer Erfassungsgenauigkeit für einen Strom, der durch jeden Verzweigungsleiter fließt.
Beschreibung des verwandten Sachstands
Seit kurzem hat sich mit der Existenz zum Beispiel eines elektrischen Fahrzeugs, eines hybriden Fahrzeugs und dergleichen der Bedarf nach einer Stromerfassungsvorrichtung, zum Beispiel einer Lade-/Entlade-Steuerung, intensiviert. Als eine derartige Stromerfassungsvorrichtung ist eine Stromerfassungsvorrichtung altbekannt gewesen, die in einer elektrischen Verbindungsbox installiert ist, um Ströme von einer Stromversorgung zu verteilen und ein Strom, der durch einen Leiter fließt, der in der elektrischen Verbindungsbox eingebaut ist, unter Verwendung eines elektromagnetischen Wandlers zu erfassen. Jedoch weist die Stromerfassungsvorrichtung unter Verwendung des elektromagnetischen Wandlers ein derartiges Problem auf, dass aufgrund der Tatsache, dass eine Vielzahl von Leitern in der elektrischen Verbindungsbox eingebaut sind, eine genaue Stromerfassung aufgrund einer Störung eines magnetischen Flusses unmöglich ist, die von einem Strom erzeugt wird, der durch einen anderen Leiter als den Leiter fließt, in dem ein Erfassungsobjektstrom fließt.
Um ein derartiges Problem zu lösen, ist zum Beispiel in der japanischen offengelegten Patentanmeldung mit der Nummer JP63-063974 A eine Stromerfassungsvorrichtung für einen elektrischen Draht offenbart worden. Bei dieser Stromerfassungsvorrichtung, wie in 1 gezeigt, ist ein Leiter B, in dem ein Erfassungsobjektstrom I₁ fließt, im wesentlichen rechtwinklig zu einem anderen Leiter A angeordnet und ferner ist ein magnetischer Kern 1a, durch den der Leiter B geht, im wesentlichen rechtwinklig zu diesem Leiter B angeordnet.
Mit diesem Aufbau werden magnetische Felder H₂ und H₃, die von einem Strom I₂ erzeugt werden, der durch einen anderen Leiter A fließt, in einem Magnetkern 1a gelöscht und nur ein magnetisches Feld H₁, welches von einem Strom I₁ erzeugt wird, der durch einen Leiter B fließt, geht durch den Magnetkern 1a. Somit empfängt der elektromagnetische Wandler 1b, der in einem Spalt des Magnetkerns 1a angeordnet ist, eine Störung von einem anderen Leiter B nicht, wobei der Strom I₁, der durch den Leiter B fließt, genau erfasst werden kann.
Weil diese herkömmliche Stromerfassungsvorrichtung für einen elektrischen Draht den Magnetkern verwendet, gibt es jedoch derartige Probleme, dass ihr Gewicht und das belegte Volumen nicht über einen vorgegebenen Grad verringert werden können und die Produktionskosten hoch sind. Insbesondere dann, wenn eine Vielzahl von Leitern, durch die der Erfassungsobjektstrom fließt, parallel angeordnet sind, ist die gleiche Anzahl von Magnetkernen erforderlich, so dass das Gewicht und das belegte Volumen in Abhängigkeit von der Anzahl von Leitern ansteigt und ferner die Produktionskosten erhöht werden.
Andererseits sind zum Beispiel in einer Kraftfahrzeug-Stromerfassungsbox nicht nur eine Vielzahl von Leitern in irgendeinem Fall parallel angeordnet, sondern ein Leiter wird auch an eine Vielzahl von Leitern in der elektrischen Verbindungsbox verzweigt, so dass sich eine Situation ergibt, bei der mehrere Leiter in einem anderen Gehäuse parallel angeordnet sind.
DE 197 48 550 A1 betrifft ein Verfahren zum Messen von elektrischen Strömen in n Leitern sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Bei dem Verfahren werden in n Leitern (n ≥ 2) elektrische Ströme gemessen, wobei die Messung der Ströme mit n – 1 magnetoresistiven Sensoren durchgeführt wird.
Dabei ist ein Isolator zwischen Sensoren und Leitern vorgesehen, und die Leiter sind parallel zueinander angeordnet. Ferner ist die Anzahl der magnetoresistiven Sensoren durch die Anzahl der Leiter festgelegt.
DE 298 12 531 U1 betrifft eine Messvorrichtung zur Bestimmung eines Stroms, welcher einen elektrischen Leiter durchfließt. Dabei wird das magnetische Feld, das durch diesen Strom erzeugt wird, mit einem magnetempfindlichen Sensor gemessen. Ferner beschreibt das Dokument eine Auswertungsvorrichtung, welche mit dem Sensor verbunden ist. Dabei wird ein Sensor für jeden Leiterzweig verwendet, und die Leiterzweige sind parallel zueinander angeordnet. Ferner ist die Anzahl der elektromagnetischen Wandler durch die Anzahl der Leiter festgelegt.
EP 710 844 A2 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung von Drehstrom. Dabei beschreibt das Dokument drei Leiter, wobei jeder Leiter eine Phase des Drehstroms transportiert. Für das Verfahren wird in dem Stromleitungssystem oder in direkter Nähe dieses Systems ein Gradientenmesser eingefügt, wobei der Strom, welcher in dem Stromleitungssystem fließt, eine Spannung in dem Gradientenmesser induziert.
CH 414 010 betrifft eine Anordnung zum Messen von Strömen, die in einzelnen Leitern einer mehrere Leiter enthaltenen Hochspannungsleitung fließen. Dabei ist jedem Leiter, dessen Strom zu messen ist, ein zur Strommessung dienender Geber zugeordnet. Der Geber erzeugt ein Signal, welches von der Stärke und der Richtung des Magnetfeldes abhängig ist, das vom Strom am Ort des Gebers erzeugt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Stromerfassungsvorrichtung bereitzustellen, die einen durch jeden Leiter fließenden Strom selbst dann erfassen kann, wenn eine Vielzahl von Leitern zusammen angeordnet sind, indem positiv eine Bedingung einschließlich von Verzweigungsleitern, die in einer elektrischen Verbindungsbox vorgesehen sind, verwendet wird, wobei die Stromerfassungsvorrichtung in ihrer Größe und ihrem Gewicht bei geringen Kosten verkleinert werden kann. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Stromerfassungsverfahrens, welches einen durch jeden Leiter fließenden Strom mit einer hohen Empfindlichkeit selbst dann erfassen kann, wenn eine Vielzahl der Leiter zusammen angeordnet sind.
Um die obige Aufgabe zu lösen, ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Stromerfassungsvorrichtung vorgesehen, die umfasst: n Leiter (n ≥ 3), die so angeordnet sind, dass sie von einem Verzweigungspunkt radial verzweigt werden; m elektromagnetische Wandler (m ≥ 2), die zwischen benachbarten Leitern der n Leiter angeordnet sind; und eine Betriebsverarbeitungsschaltung zum Erfassen eines Stroms, der durch jeden der n Leiter fließt, auf Grundlage eines Betriebsausgangs, der von einem vorgegebenen Betrieb auf Grundlage eines elektrischen Signals von jedem der m elektromagnetischen Wandlern (Transducern) erhalten wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die elektromagnetischen Wandler auf beiden Seiten jedes der n Leiter angeordnet. Ein Strom, der durch jeden Leiter fließt, wird durch Ausführen eines vorgegebenen Betriebs für ein elektrisches Signal von den zwei elektromagnetischen Wandlern erfasst. In diesem Fall empfängt jeder der zwei elektromagnetischen Wandler einen elektromagnetischen Fluss, der von einer Differenz zwischen einem Strom vor einer Verzweigung und einem Strom nach einer Verzweigung erzeugt wird. Selbst wenn der Strom, der ein Erfassungsobjekt ist, konstant ist, wird somit der magnetische Fluss elektromagnetisch gewandelt. Infolgedessen kann ein Strom, der durch jeden Leiter fließt, mit einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden, selbst wenn er klein ist.
Weil kein Magnetisierungssammelkern in dem ersten Aspekt verwendet wird (im Prinzip ist es nicht erforderlich, den Magnetismussammelkern zu verwenden), kann die Größe, das Gewicht und die Herstellungskosten der Stromerfassungsvorrichtung verringert werden. Insbesondere ist dieser Effekt beim Erfassen eines Stroms in jeder Verzweigungsroute bemerkenswert.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Stromerfassungsvorrichtung gemäß dem erste Aspekt vorgesehen, wobei die n Leiter auf einer flachen Ebene einschließlich des Verzweigungspunkts angeordnet sind und die m elektromagnetischen Wandler so angeordnet sind, dass eine für einen Magnetismus empfindliche Oberfläche von jedem Typ dieser auf der flachen Ebene existiert.
Weil n Leiter und m elektromagnetische Wandler auf der gleichen Ebene angeordnet sind, tritt ein magnetischer Fluss, der von einem Stromfluss durch jeden Leiter erzeugt wird, in die für einen Magnetismus empfindliche Oberfläche jedes elektromagnetischen Wandlers gemäß dem zweiten Aspekt ein. Infolgedessen muss in der Betriebsverarbeitungsschaltung ein elektrisches Signal von jedem elektromagnetischen Wandler nicht korrigiert werden, so dass ein Betrieb für die Betriebsverarbeitungsschaltung vereinfacht wird.
Gemäß einem dritten Aspekt ist eine Stromerfassungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt vorgesehen, wobei die Anzahl n = 3 ist, während die drei Leiter von dem Verzweigungspunkt auf der flachen Ebene in drei Richtungen um jeweils 120° angeordnet sind; die Anzahl m = 3 ist, während die elektromagnetischen Wandler in dem gleichen Abstand von benachbarten Leitern und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt angeordnet sind; und die Betriebsverarbeitungsschaltung einen Strom, der durch den Leiter fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals zwischen den zwei elektromagnetischen Wandlern, die jeden Leiter einbetten, erfasst.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Strom, der durch jeden Leiter fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals von zwei elektromagnetischen Wandlern, die den Leiter einbetten, erfasst. In diesem Fall empfängt ein elektromagnetischer Wandler einen magnetischen Fluss in einer vorgegebenen Richtung, der von einem Strom vor einer Verzweigung und einem Strom nach einer Verzweigung erzeugt wird, während der andere elektromagnetische Wandler einen magnetischen Fluss in einer entgegengesetzten Richtung empfängt, der von dem Strom vor einer Verzweigung und dem Strom nach der Verzweigung erzeugt wird. Selbst wenn der Erfassungsobjektstrom konstant ist, ergibt es sich somit, dass ein magnetischer Fluss, der dreimal so groß wie ein magnetischer Fluss ist, der von einem Strom erzeugt wird, wenn keine Verzweigung vorhanden ist, elektromagnetisch umgewandelt wird. Selbst wenn der Strom, der durch jeden Leiter fließt, klein ist, kann er infolgedessen mit einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden.
Selbst wenn sich ein störendes Magnetfeld in der Nähe dieser Stromerfassungsvorrichtung befindet, kann dieses ferner durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals von den zwei elektromagnetischen Wandlern gelöscht werden. Selbst wenn andere Leiter zusammen vorgesehen sind, wird infolgedessen ein Einfluss von diesen nicht empfangen. Somit kann ein Strom, der durch jeden Leiter fließt, mit einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden. Ferner können Ströme, die durch drei Leiter fließen, mit einer hohen Empfindlichkeit unter Verwendung von drei elektromagnetischen Wandlern erfasst werden. Deshalb kann diese Stromerfassungsvorrichtung bei geringeren Kosten im Vergleich mit einer Stromerfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Stroms, der durch einen Leiter fließt, mit zwei elektromagnetischen Wandlern erzeugt werden.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Stromerfassungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt vorgesehen, wobei die n = 3 ist, während die drei Leiter in drei Richtungen von dem Verzweigungspunkt auf der flachen Ebene so angeordnet sind, dass ein Winkel zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter 90° ist, ein Winkel zwischen dem zweiten Leiter und dem dritten Leiter 90° ist und ein Winkel zwischen dem dritten Leiter und dem ersten Leiter 180° ist; die m = 4 ist, während der erste elektromagnetische Wandler in dem gleichen Abstand von dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt angeordnet ist, der zweite elektromagnetische Wandler in dem gleichen Abstand von dem zweiten Leiter und dem dritten Leiter und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt angeordnet ist, der dritte elektromagnetische Wandler symmetrisch zu dem zweiten elektromagnetischen Wandler bezüglich des dritten Leiters und in einem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt angeordnet ist, und der vierte elektromagnetische Wandler symmetrisch zu dem ersten elektromagnetischen Wandler bezüglich des ersten Leiters und in einem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt symmetrisch angeordnet ist; und die Betriebsverarbeitungsschaltung einen Strom, der durch den Leiter fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals zwischen den vier elektromagnetischen Wandlern, die jeden Leiter einbetten, erfasst.
Gemäß diesem vierten Aspekt wird ein Strom, der durch jeden Leiter fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals von den elektromagnetischen Wandlern, die jeden Leiter einbetten, erfasst. In diesem Fall kann ein Strom, der durch jeden der ersten Leiter, zweiten Leiter und dritten Leiter fließt, mit einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden.
Weil ferner das störende Magnetfeld, welches in der Nähe der Stromerfassungsvorrichtung existiert, beseitigt werden kann, kann der Strom, der durch jeden Leiter fließt, mit einer hohen Genauigkeit erfasst werden. Weil ferner Ströme, die durch drei Leiter fließen, mit einer hohen Empfindlichkeit unter Verwendung von nur vier elektromagnetischen Wandlern erfasst werden kann, kann diese Stromerfassungsvorrichtung mit geringeren Kosten als eine Stromerfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Stroms, der durch einen Leiter fließt, unter Verwendung von zwei elektromagnetischen Wandlern hergestellt werden.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Stromerfassungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt vorgesehen, wobei die n = 4 ist, während die vier Leiter jeweils 90° von dem Verzweigungspunkt auf der flachen Ebene in vier Richtungen angeordnet sind; die m = 4 ist, während die vier elektromagnetischen Wandler in dem gleichen Abstand von benachbarten zwei Leitern und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt angeordnet sind; und die Betriebsverarbeitungsschaltung einen Strom, der durch den Leiter fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals zwischen den vier elektromagnetischen Wandlern, die jeden Leiter einbetten, erfasst.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Strom, der durch jeden Leiter fließt, mit einer hohen Empfindlichkeit durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals von vier elektromagnetischen Wandlern, die jeden Leiter einbetten, erfasst werden.
Weil der störende magnetische Fluss, der in der Nähe der Stromerfassungsvorrichtung existiert, beseitigt wird, kann ein Strom, der durch jeden Leiter fließt, mit einer hohen Genauigkeit erfasst werden. Weil Ströme, die durch die vier Leiter fließen, mit einer hohen Empfindlichkeit nur unter Verwendung von vier elektromagnetischen Wandlern erfasst werden können, kann die Stromerfassungsvorrichtung mit geringeren Kosten als eine Stromerfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Stroms, der durch einen Leiter fließt, unter Verwendung von zwei elektromagnetischen Wandlern erzeugt werden.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Stromerfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt vorgesehen, wobei die n Leiter auf dreidimensionalen Achsen senkrecht zueinander mit dem Verzweigungspunkt als eine Ausgangsposition angeordnet sind und die m elektromagnetischen Wandler so angeordnet sind, so dass für einen Magnetismus empfindliche Oberflächen davon auf einer flachen Ebene einschließlich von zwei Achsen existieren.
Gemäß diesem sechsten Aspekt sind die m Leiter an den dreidimensionalen Achsen senkrecht zueinander mit dem Verzweigungspunkt als eine Ausgangsposition angeordnet und m elektromagnetische Wandler sind so angeordnet, dass die für den Magnetismus empfindlichen Oberflächen auf der gleichen Ebene einschließlich von zwei Achsen der drei Achsen existieren. Somit tritt der magnetische Fluss, der von einem Stromfluss in jedem Leiter, der auf der gleichen Ebene existiert, hinein erzeugt wird, in die für den Magnetismus empfindliche Oberfläche jedes elektromagnetischen Wandlers vertikal ein. Infolgedessen wird ein elektrisches Signal von jedem elektromagnetischen Wandler in der Betriebsverarbeitungsschaltung genau, so dass ein Betrieb in der Betriebsverarbeitungsschaltung vereinfacht werden kann.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Stromerfassungsvorrichtung gemäß dem sechsten Aspekt vorgesehen, wobei die n = 3 ist, während die drei Leiter in drei Richtungen der drei Achsen angeordnet sind; die m = 3 ist, während der erste elektromagnetische Wandler in dem gleichen Abstand von dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter, die auf der flachen Ebene existieren, und in dem gleichen Abstand zu dem Verzweigungspunkt angeordnet ist, der zweite elektromagnetische Wandler symmetrisch zu dem ersten elektromagnetischen Wandler bezüglich des zweiten Leiters und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt angeordnet ist und der dritte elektromagnetische Wandler symmetrisch zu dem ersten elektromagnetischen Wandler bezüglich des ersten Leiters und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt angeordnet ist; und die Betriebsverarbeitungsschaltung einen Strom erfasst, der durch jeden Leiter der ersten bis dritten Leiter fließt, indem eine Differenz eines elektrischen Signals zwischen drei elektromagnetischen Wandlern erhalten wird, die jeden des ersten Leiters und des zweiten Leiters, die auf der flachen Ebene existieren, einbetten.
Gemäß einem siebten Aspekt wird ein Strom, der durch die ersten bis dritten Leiter fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals von den drei elektromagnetischen Wandlern erfasst, die jeden des ersten Leiters und des zweiten Leiters, die auf der flachen Ebene existieren, einbetten.
Selbst wenn der störende magnetische Fluss in der Nähe dieser Stromerfassungsvorrichtung existiert, kann dieser durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals von den drei elektromagnetischen Wandlern ferner gelöscht werden. Selbst wenn andere Leiter zusammen vorgesehen sind, wird infolgedessen ein Einfluss davon nicht empfangen. Somit kann ein Strom, der durch jeden Leiter fließt, erfasst werden. Ferner können Ströme, die durch die drei Leiter fließen, bei einer hohen Empfindlichkeit unter Verwendung von nur drei elektromagnetischen Wandlern erfasst werden. Somit kann diese Stromerfassungsvorrichtung bei geringeren Kosten als eine Stromerfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Stroms, der durch einen Leiter fließt, unter Verwendung von zwei elektromagnetischen Wandlern hergestellt werden.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Stromerfassungsvorrichtung gemäß dem sechsten Aspekt vorgesehen, wobei die n = 4 ist, wobei die vier Leiter auf den drei Achsen und einer Achse mit einer negativen Richtung von einer der drei Achsen angeordnet sind; die m = 4 ist, während die ersten bis vierten elektromagnetischen Wandler auf einer flachen Ebene einschließlich von zwei Achsen der drei Achsen und von Achsen einer negativen Richtung angeordnet sind; der erste elektromagnetische Wandler und der zweite elektromagnetische Wandler in dem gleichen Abstand von dem ersten Leiter angeordnet sind, der einer der ersten bis dritten Leiter ist, die auf der flachen Ebene existieren, und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt angeordnet sind, der dritte elektromagnetische Wandler symmetrisch zu dem zweiten elektromagnetischen Wandler bezüglich des zweiten Leiters und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt angeordnet ist, und der vierte elektromagnetische Wandler symmetrisch zu dem dritten elektromagnetischen Wandler bezüglich des dritten Leiters und in einem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt symmetrisch angeordnet ist; und die Betriebsverarbeitungsschaltung einen durch jeden Leiter der ersten bis vierten Leiter fließenden Strom erfasst, indem eine Differenz eines elektrischen Signals zwischen den vier elektromagnetischen Wandlern ermittelt wird, die jeden Leiter der ersten bis dritten Leiter einbetten, die auf der flachen Ebene existieren.
Gemäß einem achten Aspekt wird ein Strom, der durch jeden der ersten bis vierten Leiter fließt, erfasst, indem eine Differenz eines elektrischen Signals von den vier elektromagnetischen Wandlern ermittelt wird, die jeden Leiter der ersten bis dritten Leiter einbetten, die auf der flachen Ebene existieren.
Ferner wird der störende magnetische Fluss, der in der Nähe dieser Stromerfassungsvorrichtung existiert, in der gleichen Weise wie bei dem siebten Aspekt gelöscht. Somit kann ein Strom, der durch jeden Leiter fließt, erfasst werden. Ferner können Ströme, die durch die vier Leiter fließen, mit einer hohen Empfindlichkeit unter Verwendung von nur vier elektromagnetischen Wandlern erfasst werden. Somit kann diese Stromerfassungsvorrichtung bei geringeren Kosten als eine Stromerfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Stroms, der durch einen Leiter fließt, unter Verwendung von zwei magnetischen Wandlern erzeugt werden.
Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Stromerfassungsvorrichtung gemäß der dritten bis achten Aspekte vorgesehen, wobei die m elektromagnetischen Wandler so angeordnet sind, dass die für den Magnetismus empfindlichen Oberflächen davon in der gleichen Richtung ausgerichtet sind.
Weil gemäß diesem neunten Aspekt die m elektromagnetischen Wandler so angeordnet sind, dass die jeweiligen für einen Magnetismus empfindlichen Oberflächen in der gleichen Richtung ausgerichtet sind, kann das elektrische Signal von jedem elektromagnetischen Wandler leicht in der Betriebsverarbeitungsschaltung behandelt werden, so dass ein Betrieb in der Betriebsverarbeitungsschaltung vereinfacht wird.
Gemäß einem 10. Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stromerfassungsverfahren vorgesehen, umfassend die folgenden Schritte: Anordnen von n Leitern (n ≥ 3), so dass sie von einem Verzweigungspunkt radial verzweigt werden; Anordnen von m elektromagnetische Wandler (m ≥ 2) zwischen benachbarten Leitern der n Leiter; und Erfassen eines Stroms, der durch jeden der n Leiter fließt, auf Grundlage eines Betriebsausgangs, der von einem vorgegebenen Betrieb auf Grundlage eines elektrischen Signals von jedem der m elektromagnetischen Wandler erhalten wird. Gemäß dem 10. Aspekt werden der gleiche Betrieb und der gleiche Effekt wie bei dem ersten Aspekt ausgeübt.
Gemäß einem 11. Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die n Leiter auf einer flachen Ebene einschließlich des Verzweigungspunkts angeordnet und die m elektromagnetischen Wandler sind so angeordnet, dass eine für einen Magnetismus empfindliche Oberfläche von jedem davon auf der flachen Ebene existiert. Gemäß dem 11. Aspekt werden der gleiche Betrieb und der gleiche Effekt wie der zweite Aspekt ausgeübt.
Gemäß einem 12. Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stromerfassungsverfahren vorgesehen, welches die folgenden Schritte umfasst: Während die n = 3 ist, Anordnen der drei Leiter von dem Verzweigungspunkt auf der flachen Ebene in drei Richtungen um jeweils 120°; während die m = 3 ist, Anordnen der drei elektromagnetischen Wandler in dem gleichen Abstand von benachbarten Leitern und dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt; und Erfassen eines Stroms, der durch den Leiter fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals zwischen den zwei elektromagnetischen Wandlern, die jeden Leiter einbetten. Gemäß dem 12. Aspekt wird der gleiche Betrieb und der Effekt wie bei dem 3. Aspekt ausgeübt.
Gemäß einem 13. Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Stromerfassungsverfahren gemäß dem 11. Aspekt vorgesehen, umfassend die folgenden Schritte: während die n = 3 ist, Anordnen der drei Leiter in drei Richtungen von dem Verzweigungspunkt auf der flachen Ebene derart, dass ein Winkel zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter 90° ist, ein Winkel zwischen dem zweiten Leiter und dem dritten Leiter 90° ist und ein Winkel zwischen dem dritten Leiter und dem ersten Leiter 180° ist; während das m = 4 ist, Anordnen des ersten elektromagnetischen Wandlers in dem gleichen Abstand von dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter und dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt, Anordnen des zweiten elektromagnetischen Wandlers in dem gleichen Abstand von dem zweiten Leiter und dem dritten Leiter und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt, Anordnen des dritten elektromagnetischen Wandlers symmetrisch zu dem zweiten elektromagnetischen Wandler bezüglich des dritten Leiters und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt, und Anordnen des vierten elektromagnetischen Wandlers symmetrisch zu dem ersten elektromagnetischen Wandlers bezüglich des ersten Leiters und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt; und Erfassen eines Stroms, der durch den Leiter fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals zwischen den vier elektromagnetischen Wandlern, die jeden Leiter einbetten. Gemäß diesem 13. Aspekt werden der gleiche Betrieb und der gleiche Effekt wie bei dem vierten Aspekt ausgeübt.
Gemäß einem 14. Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stromerfassungsvorrichtung gemäß dem 11. Aspekt vorgesehen, wobei die n = 4 ist, während die vier Leiter von dem Verzweigungspunkt auf der flachen Ebene in vier Richtungen um jeweils 90° angeordnet sind; die m = 4 ist, während die vier elektromagnetischen Wandler in dem gleichen Abstand von benachbarten zwei Leitern und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt angeordnet sind; und ein Strom, der durch den Leiter fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals zwischen den vier elektromagnetischen Wandlern, die jeden Leiter einbetten, erfasst wird. Gemäß dem 14. Aspekt werden der gleiche Betrieb und der gleiche Effekt wie bei dem fünften Aspekt ausgeübt.
Gemäß einem 15. Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stromerfassungsverfahren vorgesehen, bei dem die n Leiter auf dreidimensionalen Achsen senkrecht zueinander mit dem Verzweigungspunkt als eine Ausgangsposition angeordnet sind und die m elektromagnetischen Wandler so angeordnet sind, dass die für einen Magnetismus empfindlichen Oberflächen davon auf einer flachen Ebene einschließlich von zwei Achsen der drei Achsen existieren. Gemäß diesem fünfzehnten Aspekt wird der gleiche Betrieb und der gleiche Effekt wie bei dem sechsten Aspekt ausgeübt.
Gemäß einem sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stromerfassungsverfahren vorgesehen, wobei die n = 3, während die drei Leiter in drei Richtungen der drei Achsen angeordnet sind; die m = 3 ist, während der erste elektromagnetische Wandler in dem gleichen Abstand vom ersten Leiter und dem zweiten Leiter, die auf der flachen Ebene existieren, und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt angeordnet ist, der zweite elektromagnetische Wandler symmetrisch zu dem ersten elektromagnetischen Wandler bezüglich des zweiten Leiters und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt angeordnet ist und der dritte elektromagnetische Wandler symmetrisch zu dem ersten elektromagnetischen Wandler bezüglich des ersten Leiters und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt angeordnet ist; und ein Strom, der durch jeden Leiter des ersten bis dritten Leiters fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals zwischen drei elektromagnetischen Wandlern, die jeweils den ersten Leiter und den zweiten Leiter einbetten, die auf der flachen Ebene existieren, erfasst wird. Gemäß diesem sechzehnten Aspekt wird der gleiche Betrieb und der gleiche Effekt wie bei dem siebten Aspekt ausgeübt.
Gemäß einem siebzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stromerfassungsverfahren vorgesehen, bei dem die n = 4 ist, während die vier Leiter auf den drei Achsen und einer Achse einer negativen Richtung von einer der drei Achsen angeordnet sind; die m = 4 ist, während die ersten bis vierten elektromagnetischen Wandler auf einer flachen Ebene, die zwei Achsen der drei Achsen und die Achsen der negativen Richtung einschließt, angeordnet sind; der erste elektromagnetische Wandler und zweite elektromagnetische Wandler in dem gleichen Abstand von dem ersten Leiter angeordnet sind, der einer der ersten bis dritten Leiter ist, die auf der flachen Ebene existieren, und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt angeordnet ist, der dritte elektromagnetische Wandler symmetrisch zu dem zweiten elektromagnetischen Wandler bezüglich des zweiten Leiters und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt angeordnet ist, und der vierte elektromagnetische Wandler symmetrisch zu dem dritten elektromagnetischen Wandler bezüglich des ersten Leiters und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt angeordnet ist; und ein Strom, der durch jeden Leiter der ersten bis vierten Leiter fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals zwischen den vier elektromagnetischen Wandlern erfasst wird, die jeden Leiter der ersten bis dritten Leiter einbetten, die auf der flachen Ebene existieren. Gemäß dem siebzehnten Aspekt wird der gleiche Betrieb und der gleiche Effekt wie bei dem achten Aspekt ausgeübt.
Gemäß einem achtzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stromerfassungsverfahren vorgesehen, wobei die n elektromagnetischen Wandler so angeordnet sind, dass die für einen Magnetismus empfindlichen Oberflächen davon in der gleichen Richtung ausgerichtet sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Diagramm zum Erläutern eines Beispiels einer herkömmlichen Stromerfassungsvorrichtung;
2 eine Aufsicht, die einen Aufbau eines Sensorabschnitts einer Stromerfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein Blockdiagramm, das einen Aufbau der Stromerfassungsvorrichtung einschließlich in 2 gezeigten Sensorabschnitts zeigt;
4 ein Aufbaudiagramm einer elektrischen Schaltung für den Fall, dass die Stromerfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf ein Automobil angewendet wird;
5 ein Diagramm, das einen Aufbau einer experimentellen Schaltung zeigt, die in einem Experiment zum Überprüfen eines Betriebsprinzips und einer Erfassungscharakteristik der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
6 ein Diagramm, das ein Messergebnis und ein Berechnungsergebnis in einer Bedingung zeigt, bei der kein störender magnetischer Fluss in der in 5 gezeigten experimentellen Schaltung existiert;
7 ein Diagramm, das ein Messergebnis und ein Berechnungsergebnis in einer Bedingung zeigt, das ein störender magnetischer Fluss in der in 5 gezeigten experimentellen Schaltung existiert;
8 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Strom I₁, der durch einen ersten Leiter fließt, erhalten durch die experimentelle Schaltung, die in 5 gezeigt ist, und "S₂ – S₃" erhalten durch eine Berechnung zeigt.
9 ein Diagramm, das eine Beziehung dem Strom I₂, der durch einen zweiten Leiter fließt, erhalten durch die experimentelle Schaltung, die in 5 gezeigt ist, und "S₁ – S₂" ermittelt durch eine Berechnung zeigt;
10 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Strom I₃, der durch einen dritten Leiter fließt, ermittelt durch die in 5 gezeigte experimentelle Schaltung und "S₁ – S₃" ermittelt durch eine Berechnung zeigt;
11 eine Aufsicht, die einen Aufbau eines Sensorabschnitts der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Berechnungssteuerschaltung in der Stromerfassungsvorrichtung, die in 11 gezeigt ist, zeigt;
13 eine Aufsicht, die einen Aufbau eines Sensorabschnitts der Stromerfassungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ein Blockdiagramm, das einen Aufbau der Berechnungssteuerschaltung in der Stromerfassungsvorrichtung, die in 13 gezeigt ist, zeigt;
15 eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines Sensorabschnitts der Stromerfassungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 ein Blockdiagramm, das einen Aufbau der Berechnungssteuerschaltung der in 15 gezeigten Stromerfassungsvorrichtung zeigt;
17 eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Sensorabschnitts der Stromerfassungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
18 ein Blockdiagramm, das einen Aufbau der Berechnungssteuerschaltung der in 17 gezeigten Stromerfassungsvorrichtung zeigt;
19 eine Aufsicht, die einen Abschnitt eines Sensorabschnitts der Stromerfassungsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
20 ein Diagramm zum Erläuten eines Magnetfelds, das von einer ersten Hall-Einrichtung der in 19 gezeigten Stromerfassungseinrichtung aus einem Strom, der durch den ersten Leiter fließt, empfangen wird;
21 ein Diagramm zum Erläuten eines Magnetfelds, das von einer ersten Hall-Einrichtung der in 19 gezeigten Stromerfassungsvorrichtung aus einem Strom, der durch den dritten Leiter fließt, empfangen wird;
22 ein Diagramm, das Änderungen einer Empfindlichkeit bezüglich Änderungen eines Winkels, der zwischen dem zweiten Leiter und dem dritten Leiter gebildet wird, in der in 19 gezeigten Stromerfassungsvorrichtung zeigt;
23 eine Aufsicht, die einen Aufbau des Sensorabschnitts der Stromerfassungsvorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
24 ein Diagramm, welches ein erstes Einstellbeispiel für einen Winkel, der zwischen zwei Leitern der ersten bis dritten Leiter gebildet wird, in der in 23 gezeigten Stromerfassungsvorrichtung zeigt;
25 ein Diagramm, das ein zweites Einstellbeispiel für einen Winkel, der zwischen zwei Leitern der ersten bis dritten Leiter gebildet wird, in der in 23 gezeigten Stromerfassungsvorrichtung zeigt;
26 ein Diagramm das ein drittes Einstellbeispiel für einen Winkel, der zwischen zwei Leitern der ersten bis dritten Leiter gebildet wird, in der in 23 gezeigten Stromerfassungsvorrichtung zeigt; und
27 ein Diagramm, das ein viertes Einstellbeispiel für einen Winkel, der zwischen zwei Leitern der ersten bis dritten Leiter gebildet wird, in der in 23 gezeigten Stromerfassungsvorrichtung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Stromerfassungsvorrichtung und das Stromerfassungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Gleiche Bezugszeichen sind an die gleichen Komponenten in den jeweiligen Ausführungsformen für eine Beschreibung davon angefügt.
Erste Ausführungsform
Die erste Ausführungsform ist ein Beispiel, bei dem die Anzahl n der vorliegenden Erfindung "3" ist und die Anzahl m "3" ist. 2 ist eine Aufsicht, die einen Aufbau der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieser Sensorabschnitt umfasst einen Leiter 10, eine erste Hall-Einrichtung 21, eine zweite Hall-Einrichtung 22 und eine dritte Hall-Einrichtung 23. Gewöhnlicherweise sind diese Komponenten in einer elektrische Verbindungsbox eingebaut. In der ersten Ausführungsform wird kein Magnetismus-Sammelkern verwendet.
Der Leiter 10 umfasst den ersten Leiter 11, den zweiten Leiter 12 und den dritten Leiter 13, die in drei Richtungen von einem Verzweigungspunkt O jeweils um 120° angeordnet sind, wie in 2 gezeigt. Der erste Leiter 11, der zweite Leiter 12 und der dritte Leiter 13 entsprechen n Leitern der vorliegenden Erfindung. Enden der jeweiligen Leiter sind an dem Verzweigungspunkt O verbunden.
Zudem kann der Leiter 10 gebildet werden, indem Enden der drei getrennten Leiter, nämlich des ersten Leiters 11, des zweiten Leiters 12 und des dritten Leiters 13 an dem Verzweigungspunkt O verbunden werden und anstelle davon durch integrales Bilden des ersten Leiters 11, des zweiten Leiters 12 und des dritten Leiters 13 gebildet wird. Ferner ist es auch zulässig, diesen Leiter 10 durch Bilden eines Verdrahtungsmusters mit drei Verzweigungsrouten einschließlich des ersten Leiters 11, des zweiten Leiters 12 und des dritten Leiters 13 auf einem Substrat zu bilden.
Die erste Hall-Einrichtung 21, die zweite Hall-Einrichtung 22 und die dritte Hall-Einrichtung 23 entsprechen m elektromagnetischen Wandlern der vorliegenden Erfindung. Jede Hall-Einrichtung erzeugt ein Spannungs-(Hallspannungs)Signal, das einer Dichte eines magnetischen Flusses entspricht, der in eine für einen Magnetismus empfindliche Oberfläche (Magnetfluss-Erfassungsoberfläche) eintritt. Ein vorgegebener Strom wird an jede Hall-Einrichtung über eine Zuleitung (nicht gezeigt) geführt und das in jeder Hall-Einrichtung erzeugte Spannungssignal wird durch eine Zuleitung (nicht gezeigt) herausgeholt.
Positionen, an denen die jeweiligen Hall-Einrichtungen angeordnet sind, sind wie folgt bestimmt. Das heißt, die erste Hall-Einrichtung 21 ist zwischen dem ersten Leiter 11 und dem zweiten Leiter 12 und im gleichen Abstand von diesen Leitern angeordnet. Die zweite Hall-Einrichtung 22 ist zwischen dem zweiten Leiter 12 und dem dritten Leiter 13 und in dem gleichen Abstand von diesen Leitern angeordnet. Die dritte Hall-Einrichtung 23 ist zwischen dem dritten Leiter 13 und dem ersten Leiter 11 und in dem gleichen Abstand von diesen Leitern angeordnet. Die jeweiligen Hall-Einrichtungen sind in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt und in der Nähe des Verzweigungspunktes angeordnet. Die für einen Magnetismus empfindlichen Oberflächen der jeweiligen Hall-Einrichtungen stimmen im wesentlichen mit der Ebene, die den Verzweigungspunkt O einschließt, überein, und sind so angeordnet, dass sie in der gleichen Richtung ausgerichtet sind.
Als nächstes wird ein Betrieb des Sensorabschnitts der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem derartigen Aufbau beschrieben.
Es sei angenommen, dass die für einen Magnetismus empfindliche Oberfläche jeder Hall-Einrichtung von der Zeichnungsoberfläche nach oben gerichtet ist. Ferner sei angenommen, dass ein Strom I₁ vom Verzweigungspunkt O an sein Ende in dem ersten Leiter 11 fließt, ein Strom I₂ von dem Ende zu dem Verzweigungspunkt O in dem zweiten Leiter 12 fließt und ein dritter Strom I₃ von dem Verzweigungspunkt O zu dem Ende in dem dritten Leiter I₃ fließt. Die Richtung eines Stromflusses, die hier erwähnt wird, ist lediglich ein Beispiel und ist nicht auf die voranstehend beschriebene Richtung beschränkt. Weil die jeweiligen Hall-Einrichtungen nahe zueinander angeordnet sind und die für einen Magnetismus empfindlichen Oberflächen der jeweiligen Hall-Einrichtungen in die gleiche Richtung ausgerichtet sind, sei angenommen, dass die jeweiligen für einen Magnetismus empfindlichen Oberflächen einen störenden magnetischen Fluss n gleichermaßen empfangen.
Wenn ein magnetischer Fluss, der in einer für einen Magnetismus empfindlichen Oberfläche von jeder der Hall-Einrichtungen eintritt, die auf beiden Seiten eines Leiters i angeordnet sind, wenn ein Strom Ii an den Leiter i (i = 1, 2, 3) fließt, Ii ist und ein magnetischer Fluss, der von der für einen Magnetismus empfindlichen Oberfläche herausgeht, f(I_i) ist, ist ein Gesamtmagnetfluss B₁, der von einer für einen Magnetismus empfindlichen Ebene der ersten Hall-Einrichtung 21 empfangen wird, "B₁ = –(f(I₁) – f(I₂) + n". Der Gesamtmagnetfluss B₂, der von der für einen Magnetismus empfindlichen Oberfläche er zweiten Hall-Einrichtung 22 empfangen wird, ist "B₂ f(I₂) + f(I₃) + n. Der Gesamtmagnetfluss B₃ der von der für einen Magnetismus empfindlichen Oberfläche der dritten Hall-Einrichtung 23 empfangen wird, ist "B₃ = –f(I₃) + f(I₁)+ n".
Wenn nun "B₂ – B₁" berechnet wird, ergibt sich, dass B₂ – B₁ = f(I₂) + f(I₃) + n – {–(f(I₁) – f(I₂) + n} = f(I₁) + 2·f(I₂) + f(I₃)" ist. Weil wegen der Kirchhoff-Formel "I₁ + I₃ = I₂ ist, wird "B₂ – B₁ = 3·f(I₂)" erhalten.
Diese Gleichung "B₂ – B₁ = 3·f(I₂)" lässt sich wie folgt verstehen. Das heißt, wenn ein Strom I₂ durch den zweiten Leiter 12 fließt, empfangen die für einen Magnetismus empfindliche Oberfläche der ersten Hall-Einrichtung 21 und die für einen Magnetismus empfindliche Oberfläche der zweiten Hall-Einrichtung 22 einen magnetischen Fluss mit der gleichen Größe und in der entgegengesetzten Richtung. Wenn Verzweigungsströme I₁ und I₃ an einen ersten Leiter 11 und den dritten Leiter 13 fließen, empfangen die für einen Magnetismus empfindliche Oberfläche der ersten Hall-Einrichtung 21 und die für einen Magnetismus empfindliche Oberfläche der zweiten Hall-Einrichtung 22 einen magnetischen Fluss, der der Größe jedes Verzweigungsstroms entspricht und in einer entgegengesetzten Richtung zueinander sind.
Wenn eine Subtraktion zwischen einem magnetischen Fluss, der von der Magnetismuserfassungsebene der ersten Hall-Einrichtung 21 empfangen wird, und einem magnetischen Fluss, der von der Magnetismuserfassungsoberfläche der zweiten Hall-Einrichtung 22 empfangen wird, ausgeführt wird, ist dies somit das gleiche, als ob ein magnetischer Fluss, der dreimal so groß wie ein magnetischer Fluss ist, der erzeugt wird, wenn der Strom I₂ durch den zweiten Leiter 12 fließt. Weil die Subtraktion ausgeführt wird, löschen sich ferner ein störender Magnetfluss n, der von der Magnetismus-Erfassungsoberfläche der ersten Hall-Einrichtung 21 aufgenommen wird, und dem störenden Fluss n, der von der Magnetismus-Erfassungsebene der zweiten Hall-Einrichtung 22 empfangen wird, einander aus.
Wenn als nächstes "B₃ – B₁" berechnet wird, ergibt sich, dass "B₃ – B₁ = –(f(I₃) + f(I₁) + n – {–(f(I₁) – f(I₂) + n} = 2·f(I₁) + f(I₂) – f(I₃)" wird. Weil "f(I₁) = f(I₂) – f(I₃)" wegen der Kirchhoff-Formel eingerichtet wird, wird "B₃ – B₁ = 3·f(I₂) erhalten.
Wenn ferner "B₂ – B₃" berechnet wird, ergibt sich, dass "B₂ – B₃ = f(I₂) + f(I₃) + n – {–(f(I₃) + f(I₁) + n} ist = 2·f(I₃) + f(I₂) – f(I₁)" ist. Weil f(I₃) = f(I₂) – f(I₁)" aufgrund der Kirchhoff-Formel eingerichtet wird, wird "B₂ – B₃ = 3·f(I₃)" erhalten.
Wenn der Strom I₂, der durch den zweiten Leiter 12 fließt, der Strom I₁, der durch den ersten Leiter 11 fließt, und der Strom I₃, der durch den dritten Leiter 12 fließt, erfasst werden, wird jedes Ergebnis einer Berechnung von "B₂ – B₁", "B₃ – B₁" und "B₂ – B₃" gleich zu der Erzeugung eines magnetischen Flusses, der dreimal so groß wie ein magnetischer Fluss ist, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch jeden Leiter fließt. Weil der störende magnetische Fluss ausgelöscht werden kann, kann ferner ein Strom mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Weil sämtliche Hall-Einrichtungen in der Nähe des Verzweigungspunktes O angeordnet sind, werden ferner Fehlerfaktoren wie eine Temperaturdrift ebenfalls ausgelöscht.
3 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Stromerfassungsvorrichtung gemäss des voranstehend beschriebenen Sensorabschnitts zeigt. In dieser Stromerfassungsvorrichtung umfasst der Sensorabschnitt den ersten Leiter 10, die erste Hall-Einrichtung 21, die zweite Hall-Einrichtung 22 und die dritte Hall-Einrichtung 23 und ferner ist eine Betriebsverarbeitungsschaltung 30 dazu hinzugefügt. Die Betriebsverarbeitungsschaltung 30 umfasst einen ersten Operationsverstärker 31, einen zweiten Operationsverstärker 32 und einen dritten Operationsverstärker 33. Ein Ausgang von der Betriebsverarbeitungsschaltung 30 wird z. B. an eine Zentralverarbeitungseinheit (nachstehend als eine CPU 48 bezeichnet) geführt.
Der erste Operationsverstärker 31 führt eine Operation äquivalent zu "–(B₃ – B₁)" aus. Ein nicht-invertierender Eingangsanschluss (+) dieses ersten Operationsverstärkers 31 ist mit der ersten Hall-Einrichtung 21 verbunden und ein nicht-invertierender Eingangsanschluss (–) ist mit der dritten Hall-Einrichtung 23 verbunden und ein Ausgangsanschluss ist mit der CPU 40 verbunden. Somit subtrahiert der erste Operationsverstärker 31 ein Spannungssignal VB₃, das dem magnetischen Fluss B₃ entspricht, von einem Spannungssignal VB₁, das dem magnetischen Fluss B₁ und liefert dieses Subtraktionsergebnis an die CPU 40 als ein erstes Erfassungssignal DT₁, das die Größe des Stroms I₁ anzeigt. Weil dieses erste Erfassungssignal DT₁ ähnlich zu einem Signal ist, welches durch ein elektromagnetisches Umwandeln eines magnetischen Flusses 3·f(I₁) erhalten wird, dass dreimal so groß wie ein magnetischer Fluss f(I₁) ist, der nur durch den Strom I₁ erzeugt wird, kann ein durch den ersten Leiter 11 fließender Strom I₁ mit einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden. In einem in 3 gezeigten Beispiel wird das erste Erfassungssignal DT₁ als ein negativer Wert erhalten.
Der zweite Operationsverstärker 31 führt eine Operation aus, die "B₂ – B₁" entspricht. Der nicht-invertierende Eingangsschluss (+) dieses zweiten Operationsverstärkers 32 ist mit der zweiten Hall-Einrichtung 22 verbunden, der nicht invertierende Eingangsanschluss (–) ist mit der ersten Hall-Einrichtung 21 verbunden und der Ausgangsanschluss ist mit der CPU 40 verbunden. Deshalb subtrahiert der zweite Operationsverstärker 32 das Spannungssignal VB₁, das dem magnetischen Fluss B₁ entspricht, von dem Spannungssignal VB₂, das dem magnetischen Fluss B₂ entspricht. Das Subtraktionsergebnis wird an die CPU 40 als das zweite Erfassungssignal DT₂, das die Größe des Stroms I₂ anzeigt, geliefert. Weil das zweite Erfassungssignal DT₂ ähnlich zu einem Signal ist, welches durch elektromagnetisches Umwandeln eines magnetischen Flusses 3·f(I₂) erhalten wird, der dreimal so groß wie ein magnetischer Fluss f(I₂) ist, der nur von dem Strom I₂ erzeugt wird, kann der Strom I₂, der durch den zweiten Leiter 12 fließt, mit einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden. Zudem wird in dem in 3 gezeigten Beispiel das zweite Erfassungssignal DT₂ als ein positiver Wert ermittelt.
Der dritte Operationsverstärker 33 führt eine Operation aus, die "B₂ – B₃" entspricht. Ein nicht invertierender Eingangsanschluss (+) dieses dritten Operationsverstärkers 33 ist mit der dritten Hall-Einrichtung 32 verbunden, ein nicht invertierender Eingangsanschluss (–) ist mit der zweiten Hall-Einrichtung 22 verbunden und ein Ausgangsanschluss ist mit der CPU 40 verbunden. Deshalb subtrahiert der dritte Operationsverstärker 33 ein Spannungssignal VB₃, das dem magnetischen Fluss 33 entspricht, von einem Spannungssignal VB₂, das dem magnetischen Fluss B₂ entspricht. Sein Subtraktionsergebnis davon wird an die CPU 40 als das dritte Erfassungssignal DT₃, das die Größe des Stroms I₃ anzeigt, geliefert. Weil dieses dritte Erfassungssignal DT₃ ähnlich zu deinem Signal ist, welches durch elektromagnetisches Umwandeln eines magnetischen Flusses 3·f(I₃) erhalten wird, der dreimal so groß wie ein magnetischer Fluss f(I₃) ist, der nur von dem Strom I₃ erzeugt wird, kann der Strom I₃, der durch den dritten Leiter fließt, mit einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden. Zudem wird in dem in 3 gezeigten Beispiel das dritte Erfassungssignal DT₃ als ein positiver Wert erhalten.
Die CPU 40 empfängt das erste Erfassungssignal DT₁ von dem ersten Operationsverstärker 31, das zweite Erfassungssignal DT₂ von dem zweiten Operationsverstärker 32 und das dritte Erfassungssignal DT₃ von dem dritten Operationsverstärker 33 und bestimmt die Größen der Ströme, die durch den ersten Leiter 11, den zweiten Leiter 12 und den dritten Leiter 13 fließen, und steuert, wenn erforderlich, einen Stromschaltungsunterbrecher oder dgl. an.
Als nächstes wird ein Beispiel eines Aufbaus einer elektrischen Schaltung, wenn die obenbeschriebene Stromerfassungsvorrichtung auf ein Automobil angewendet wird, unter Bezugnahme auf 4 beschrieben werden. Diese elektrische Schaltung besteht aus der voranstehend beschriebenen Stromerfassungsvorrichtung (Sensorabschnitt) und Betriebsverarbeitungsschaltung 30), einer Steuerschaltung 40, einem Generator 41, einer Batterie 42, einem Stator 43 und einer Last 44. Dabei ist der erste Leiter 11 der Stromerfassungsvorrichtung mit der Batterie 42 verbunden, der zweite Leiter 12 ist mit dem Generator 41 verbunden und der dritte Leiter 13 ist mit der Last 44 verbunden. Ein Stator 43 steuert eine Leitung/Abschaltung zwischen der Batterie 42 und dem ersten Leiter 41.
Die Steuerschaltung 40 besteht aus der CPU 40, wie in 3 angedeutet. Die Steuerschaltung 40 beurteilt eine Strombedingung der elektrischen Schaltung gemäss des ersten Erfassungssignals DT₁, des zweiten Erfassungssignals DT2 und des dritten Erfassungssignals DT₃ von der Betriebsverarbeitungsschaltung und steuert den Generator 41 je nach Anforderung an.
Der Generator 41 erzeugt Leistung, die einem Steuersignal von der Schaltung 40 entspricht. Ein Strom, der von diesem Generator 41 erzeugt wird, wird an die Batterie 42 und die Last 44 über den zweiten Leiter 12 geführt. Die Batterie 42 liefert einen Entladestrom an die Last 44, um so die Last 44 anzusteuern, und gleichzeitig liefert sie einen Ladestrom vom Generator 41, so dass sie geladen wird. Die Last 44 umfasst z. B. eine Abblendlichtlampe, einen Scheibenwischer und dgl.
Durch Auswerten des ersten Erfassungssignals DT₁, des zweiten Erfassungssignals DT₂ und des dritten Erfassungssignals DT₃ von der Betriebsverarbeitungsschaltung 30 insgesamt kann die elektrische Schaltung eines Automobils mit einem derartigen Aufbau dem Generator 41 gemäss einer Betriebsbedingung der Last 44 und einer Ladebedingung der Batterie 42 eine optimale Leistungserzeugungsmenge vorgeben.
Um zu überprüfen, dass das Betriebsprinzip der Stromerfassungsvorrichtung mit einem derartigen Aufbau richtig ist, und um eine Erfassungscharakteristik davon zu untersuchen, wurde als nächstes das folgende Experiment ausgeführt. Dieses Ergebnis wird nachstehend dargelegt.
5 zeigt eine Schaltung, die für dieses Experiment verwendet wurde. In der experimentellen Schaltung wird ein Strom von der Energieversorgung E dem dritten Leiter 13 des Sensorabschnitts über einen Widerstand R angegeben. Dann wird der Strom I₃, der diesem dritten Leiter 13 eingegeben wird, in einen Strom I₁, der durch den ersten Leiter 11 fließt, und den Strom I₂, der durch den zweiten Leiter 12 fließt, aufgeteilt. Der Strom I₁, der durch den ersten Leiter 11 fließt, kehrt zu der Stromversorgung I durch die Last LOAD1 zurück und der Strom I₂, der durch den zweiten Leiter 12 fließt, kehrt zu der Energieversorgung I über die Last LOAD2 zurück.
Für die Lasten LOAD1 und LOAD2 wurden Lasten, die einen fließenden Strom einstellen können, verwendet. Während ein durch die Lasten LOAD1 und LOAD2 fließender Strom geändert wird, wurden ein Strom, der durch den dritten Leiter 13 fließt, und eine Spannung zu dieser Zeit und die jeweiligen Ausgangsspannungen der ersten Hall-Einrichtung S₁, der zweiten Hall-Einrichtung S₂ und der Hall-Einrichtung S₃ gemessen. Dann wurden eine Differenz zwischen einem Ausgang der zweiten Hall-Einrichtung S2 und dem Ausgang der dritten Hall-Einrichtung S₃, "S₂ – S₃", eine Differenz zwischen einem Ausgang der ersten Hall-Einrichtung S₁ und einem Ausgang der zweiten Hall-Einrichtung S₂, "S₁ – S₂" und eine Differenz zwischen einem Ausgang der ersten Hall-Einrichtung S1 und der dritten Hall-Einrichtung S₃, "S₁ – S₃" durch eine Berechnung ermittelt. Ferner wurde ein störendes Magnetfeld n erzeugt, indem ein Magnet in die Nähe des Sensorabschnitts gebracht wurde. Die Magnetismus-Erfassungsebene jeder Hall-Einrichtung auf ein Experiment hin wurde bezüglich der Magnetisierungs-Erfassungsoberfläche der in den 2, 3 Hall-Einrichtung invertiert.
6 zeigt ein Ergebnis einer Messung, welches mit dem störenden magnetischen Fluss ausgeführt wird, und ein Ergebnis einer Berechnung. 7 ist ein Diagramm, welches ein Ergebnis einer Messung, die mit dem angewendeten störenden magnetischen Fluss ausgeführt wird, und ein Ergebnis einer Berechnung zeigt.
8 zeigt eine Beziehung zwischen dem Strom I₁, der durch den ersten Leiter 11 fließt, und "S₂ – S₃", was durch eine Berechnung erhalten wird. 8A zeigt einen Fall, bei dem der störende magnetische Fluss n nicht existiert und 8B zeigt einen Fall, bei dem der störende magnetische Fluss n existiert. 9 zeigt eine Beziehung zwischen dem Strom I₂, der durch den zweiten Leiter 12 fließt, und "S₁ – S₂", was durch eine Berechnung erhalten wird. 12A zeigt einen Fall, bei dem der störende magnetische Fluss n nicht existiert und 12B zeigt einen Fall, bei dem der störende magnetische Fluss n existiert. 10 zeigt eine Beziehung zwischen dem Strom I₃, der durch den zweiten Leiter 13 fließt, und "S₁ – S₃", was durch eine Berechnung erhalten wird. 13A zeigt einen Fall, bei dem der störende magnetische Fluss n nicht existiert und 13B zeigt einen Fall, bei dem der störende magnetische Fluss n existiert.
Hinsichtlich eines Ausgangs jeder Hall-Einrichtung, wenn auf 6 Bezug genommen wird, ist ein Ausgangssignal S₁ von der ersten Hall-Einrichtung 21 16 mA unter einen Strom I₁ (LOAD1) = 30 A und einem Strom I₂ (LOAD2) = OA für den Fall der Nummer 5 und ein Ausgangssignal S₃ von der dritten Hall-Einrichtung 23 ist 19 mA unter einem Strom I₂ (LOAD2) = 30 A und einem Strom I₁ (LOAD1) = OA für den Fall der Nummer 8. Wenn das störende magnetische Feld n nicht existiert, ist infolgedessen ersichtlich, dass die Stromerfassungskapazität einer Hall-Einrichtung, wenn eine zugeführte Leistung nicht geteilt wird, 16–19 mA für jeweils 30 A.
Wenn man ein Ergebnis einer Berechnung betrachtet, wenn 30 A für den Strom I₁ flossen, wird ein Berechnungssignal S2 – S3 –56 mA unter einem Strom I₁ (LOAD1) = 30 A und einem Strom I₂ (LOAD2) = 30 A für den Fall der Nummer 4 und ein Berechnungssignal S₂ – S₃ = – 54 mA unter einem Strom I₁ (LOAD1) = 30 A und einem Strom I₂ (LOAD2) i = OA für den Fall der Nummer 5 und ein Berechnungssignal S₂ – S₃ ist –54 mV unter einem Strom I₁ (LOAD1) = 30 A und einem Strom I₂ (LOAD2) = 15 A für den Fall der Nummer 11. Demzufolge wurde bestätigt, dass das Berechnungsergebnis ein Signal von ungefähr einer Größe, die dreimal so groß wie für den Fall einer Hall-Einrichtung ist, war.
Wenn das störende Magnetfeld n existierte, wie in 7 gezeigt, wurde im wesentlichen das gleiche Ergebnis erhalten, wie bei dem Fall, bei dem das störende magnetische Feld nicht existierte. Infolgedessen enthält das Berechnungssignal einen Einfluss des störenden magnetischen Felds n nicht, so dass das störende magnetischen Felds n ausgelöscht wird.
Für den Fall der Nummer 5 ist ein Ausgangssignal S1 von der ersten Hall-Einrichtung 21 –19 mA unter einem Strom I₁ (LOAD1) = 30 A und einem Strom I₁ (LOAD2) = OA. Für den Fall der Nummer 8 ist das Ausgangssignal S₃ von der dritten Hall-Einrichtung 31 21 mA unter einem Strom I₂ (LOAD2) = 30 A und einem Strom I₁ (LOAD1) = OA. Für den Fall der Nummer 4 ist eine Berechnungssignal S2 – S3 –59 mV unter einem Strom I₁ (LOAD1) = 30 A und einem Strom I₂ (LOAD2) = 30 A. Für den Fall der Nummer 5 ist ein Berechnungssignal S2 – S3 –59 mV unter einem Strom I₁ (LOAD)1 = 30 A und einem Strom I₂ (LOAD2) = 0 A. Für den Fall der Nummer 11 ist Berechnungssignal S₂ – S₃ –56 mV unter einem Strom I₁ (LOAD1) = 30 OA und einem Strom I₁ (LOAD1) = 15 A. Demzufolge wurde bestätigt, dass dann, wenn das störende magnetische Feld n existierte, das Berechnungsergebnis ein Signal von ungefähr einer Größe ist, die dreimal so groß wie für den Fall einer Hall-Einrichtung ist.
Wie voranstehend beschrieben werden in der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform unter Verwendung von drei Leitern, die in einer Y-Form angeordnet sind, und drei Hall-Einrichtungen Ströme, die durch die jeweiligen Leitern fließen, jeweils durch Ermitteln einer Differenz einer Spannung zwischen zwei Hall-Einrichtungen, die den Leiter einbetten, erfasst. Als ein Strom, der durch jeden Leiter fließt, kann somit ein Ausgang mit einer Größe, die dreimal so groß ist, erhalten werden, ohne von dem störenden magnetischen Feld beeinflusst zu werden, so das eine höchst genaue Strommessung möglich ist.
Wenn, wie in 4 gezeigt, die Stromerfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform für einen Verzweigungspunkt zu einer Batterie, einen Generator und einer Last in einem Automobil angewendet wird, ist dies für eine Ladungs-/Entladungssteuerung verfügbar.
Weil die Stromerfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform den magnetischen Kern nicht verwendet, kann das Gewicht und das belegte Volumen im Vergleich mit einem Fall, bei dem der magnetische Kern an jedem Leiter angebracht ist, wodurch insgesamt drei magnetische Kerne angebracht sind, verringert werden und ferner können die Produktionskosten stark verringert werden. Ferner wird die Frequenzcharakteristik verbessert und es gibt keine magnetische Sättigung.
Zweite Ausführungsform
Die zweite Ausführungsform ist ein Beispiel, bei dem n der vorliegenden Erfindung "3" ist und m "4" ist. 11 ist eine Aufsicht, die einen Aufbau der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieser Sensorabschnitt umfasst einen Leiter 10, eine erste Hall-Einrichtung 21, eine zweite Hall-Einrichtung 22, eine dritte Hall-Einrichtung 23 und eine vierte Hall-Einrichtung 24. Gewöhnlicherweise sind diese Komponenten in einer elektrischen Verbindungsbox eingebaut. In der zweiten Ausführungsform wird kein Magnetismus-Sammelkern verwendet.
Wie in 11 gezeigt umfasst der Leiter 10 einen ersten Leiter 11, der ein Ende davon an den Verzweigungspunkt O enthalten in einer flachen Ebene aufweist, einen zweiten Leiter 12, der in der Gegenuhrzeigerrichtung von dem ersten Leiter 11 um 90° versetzt ist und ein Ende an dem Verzweigungspunkt O aufweist, und einen dritten Leiter 13, der in der Gegenuhrzeigerrichtung von dem zweiten Leiter 12 um 90° versetzt angeordnet ist und ein Ende in dem Verzweigungspunkt O aufweist. Das heißt, der erste Leiter 11, der zweite Leiter 12 und der dritte Leiter 13 sind in einer T-Form auf der flachen Ebene einschließlich des Verzweigungspunkts O angeordnet. Der erste Leiter 11, der Leiter 12 und der dritte Leiter 13 entsprechend den n-Leitern in der vorliegenden Erfindung. Ein Ende von diesen Leiten ist jeweils mit dem Verzweigungspunkt O verbunden.
Zudem kann der Leiter 10 durch Verbinden von Enden der drei getrennten Leiter, nämlich des ersten Leiters 11, des zweiten Leiters 12 und des dritten Leiters 13 an dem Verzweigungspunkt O und anstelle davon durch integrales Bilden des ersten Leiters 11, des zweiten Leiters 12 und des dritten Leiters 13 gebildet sein. Ferner ist es auch zulässig, diesen Leiter 10 durch Bilden eines Verdrahtungsmusters mit drei Verzweigungsrouten einschließlich des ersten Leiters 11, des zweiten Leiters 12 und des dritten Leiters 13 auf dem Substrat zu bilden.
Eine erste Hall-Einrichtung 21, eine zweite Hall-Einrichtung 22, eine dritte Hall-Einrichtung 23 und eine vierte Hall-Einrichtung 24 entsprechen den n-elektromagnetischen Wandlern der vorliegenden Erfindung. Jede Hall-Einrichtung erzeugt ein Spannungs-(Hall-Spannungs)Signal, das einer Dichte eines magnetischen Flusses entspricht, der in ihre Magnetismus-Erfassungsoberfläche eintritt. Ein vorgegebener Strom wird an jede Hall-Einrichtung über eine Zuleitung (nicht gezeigt) geführt und das in jeder Hall-Einrichtung erzeugte Spannungssignal wird durch eine Zuleitung/nichtgezeigt(=) herausgeholt.
Positionen, an denen die jeweiligen Hall-Einrichtungen angeordnet sind, werden wie folgt bestimmt. Das heißt, die erste Hall-Einrichtung 21 ist zwischen dem ersten Leiter 11 und dem zweiten Leiter 12 und in dem gleichen Abstand von diesen Leitern angeordnet. Die zweite Hall-Einrichtung 22 ist zwischen dem zweiten Leiter 12 und dem dritten Leiter 13 und in dem gleichen Abstand von diesen Leitern angeordnet. Die dritte Hall-Einrichtung 23 ist an einer Position symmetrisch zu der zweiten Hall-Einrichtung 12 bezüglich des dritten Leiters 13 als eine symmetrische Linie angeordnet Die vierte Hall-Einrichtung 24 ist an einer Position symmetrisch zu der ersten Hall-Einrichtung 11 bezüglich des ersten Leiters 11 als eine Symmetrielinie angeordnet. Die jeweiligen Hall-Einrichtungen sind in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt und in der Nähe des Verzweigungspunkts angeordnet. Die Magnetismus-Erfassungsoberflächen der jeweiligen Hall-Einrichtungen stimmen im wesentlichen mit der flachen Ebene einschließlich des Verzweigungspunkts O überein und sind so angeordnet, dass sie in der gleichen Richtung ausgerichtet sind.
Als nächstes wird ein Betrieb der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform unter Verwendung eines derartigen Aufbaus beschrieben.
Es sei angenommen, dass die Magnetismus-Erfassungsoberfläche jeder Hall-Einrichtung von der Zeichnungsoberfläche nach oben gerichtet ist. Ferner sei angenommen, dass ein Strom I₁ von dem Verzweigungspunkt O an ein Ende in dem ersten Leiter 11 fließt, ein Strom I₂ von dem Ende des Verzweigungspunkts O in dem zweiten Leiter 12 fließt und ein dritter Strom I₃ von dem Verzweigungspunkt O zu dem Ende in dem dritten Leiter I₃ fließt. Die Richtung eines Stromflusses, der hier erwähnt ist, ist lediglich ein Beispiel und ist nicht auf die voranstehend beschriebenen einzelnen Richtungen beschränkt. Weil die jeweiligen Hall-Einrichtungen nahe zueinander angeordnet sind und die Magnetismus-Erfassungsoberflächen der jeweiligen Hall-Einrichtungen in der gleichen Richtung ausgerichtet sind, wird angenommen, dass die jeweiligen Magnetismus-Erfassungsoberflächen einen störenden magnetischen Fluss n gleich erfassen.
Wenn ein magnetischer Fluss, der in einer Magnetismus-Erfassungsoberfläche jeder der Hall-Einrichtungen, die auf beiden Seiten eines Leiters i angeordnet sind, eintritt, wenn ein Strom Ii an den Leiter i (i = 1, 2, 3) fließt, f(I₁), und ein magnetischer Fluss, der aus der Magnetismus-Erfassungsoberfläche herausgeht, f(I₁) ist, dann ist ein Gesamtmagnetfluss B₁, der von der Magnetismus-Erfassungsebene der ersten Hall-Einrichtung 21 empfangen wird, "B₁ = f(I₁) – f(I₂) + n". Der Gesamtmagnetfluss B₂, der von der Magnetismus-Erfassungsoberfläche der zweiten Hall-Einrichtung 22 erfasst wird, ist " B₂ = f(I₂) – f(I₃) + n. Der Gesamtmagnetfluss B₃, der von der Magnetismus-Erfassungsoberfläche der dritten Hall-Einrichtung 23 erfasst wird, ist "B₃ = f(I₃) + n. Der Gesamtmagnetfluss B₄, der von der Magnetismus-Erfassungsoberfläche der vierten Hall-Einrichtung 24 empfangen wird, beträgt "B4 = –f(I₁) + n".
Wenn nun "B₂ – B₁" berechnet wird, ergibt sich, dass "B₂ – B₁" = f(I₂) – f(I₃) + n – {f(I₁) – f(I₂) + n} = 2·f(I₂) – f(I₃) – f(I₁)" ist. Weil wegen der Kirchhoff-Formel "I₁ + I₃ = –I₂" ist, wird "B₂ – B₁ = 3·f(I₂)" erhalten.
Wenn als nächstes "B₃ – B₂" berechnet wird, ergibt sich, dass "B₃ – B₂ = f(I₃) + n – {f(I₂) – f(I₃) + n} = 2·f(I₃) – f(I₂)" ist. Weil "f(I₁) + f(I₃) = –f(I₂)" wegen der Kirchhoff-Formel eingerichtet wird, wird "B₃– B₂ = 3·f(I₃) + f(I₁)" erhalten.
Wenn ferner "B₁ – B₄" berechnet wird, ergibt sich, dass "B₁ – B₄ = f(I₁) – f(I₂) + n – {–f(I₁) + n} = 2·f(I₁) – f(I₂)" ist. Weil "f(I₁) + f(I₃) = –f(I₂)" wegen der Kirchhoff-Formel eingerichtet wird, wird "B₁ – B₄ = 3·f(I₁) + f(I₃) erhalten.
Als nächstes wird unter Verwendung des voranstehend beschriebenen Berechnungsergebnisses "3·(B₁ – B₄) – (B₃ – B₂)" berechnet und es wird "3·(B₁ – B₄) – (B₃ – B₂) = 3·{3·f(I₁) + f(I₃)} – {3·f(I₃) + f(I₁)} = 8·f(I₁)" erhalten.
Wenn ferner "3·(B₃ – B₂) – (B₁ – B₄)" berechnet wird, wird "3·(B₃ – B₂) – (B₁ – B₄) = 3·{3·f(I₃) + f(I₁)} – {3·f(I₁) + f(I₃)} = 8·f(I₃)" erhalten.
Wenn der durch den zweiten Leiter 12 fließende Strom I₂, der durch den ersten Leiter 11 fließende Strom I₁ und der durch den dritten Leiter fließende Strom I₃ erfasst werden, werden Berechnungsergebnisse von "B₂ – B₁", "3·(B₁ – B₄) – (B₃ – B₂)" und "3·(B₃ – B₂) – (B₁ – B₄)" gleich zu der Erzeugung eines magnetischen Flusses, der relativ zu einem magnetischen Fluss, der erzeugt wird, wenn ein Fluss durch jeden Leiter fließt, dreimal so groß, achtmal so groß und achtmal so groß ist. Weil ferner der störende magnetische Fluss beseitigt werden kann, kann ein Strom höchst genau erfasst werden. Weil sämtliche Hall-Einrichtungen in der Nähe des Verzweigungspunktes O angeordnet sind, löschen sich ferner Fehlerfaktoren wie eine Temperaturdrift ebenfalls aus.
12 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau der Betriebsverarbeitungsschaltung 30 dieser Stromerfassungsvorrichtung zeigt. Ein Ausgang dieser Betriebsverarbeitungsschaltung 30 wird z. B. an die CPU 40 geführt.
Die Betriebsverarbeitungsschaltung 30 empfängt Eingänge des Spannungssignals VB₁, das von der ersten Hall-Einrichtung 21 entsprechend zu dem magnetischen Fluss B₁ zugeführt wird, des Spannungssignals B₂, das von der zweiten Hall-Einrichtung 22 entsprechend zu dem magnetischen Fluss B₂ zugeführt wird, eines Spannungssignals VB₃, das von der dritten Hall-Einrichtung 23 entsprechend zu dem magnetischen Fluss B₃ zugeführt wird, und eines Spannungssignals VB₄, das von der vierten Hall-Einrichtung 24 entsprechend zu dem magnetischen Fluss B₄ zugeführt wird.
Diese Betriebsverarbeitungsschaltung umfasst z. B. eine Vielzahl von Operationsverstärkern. Dann führen die Operationsverstärker eine Berechnung ähnlich zu (B₃ – B₂)" aus und liefern ihre Berechnungsergebnisse an die CPU 40 als das erste Erfassungssignal DT₁, das die Größe des Stroms I₁ anzeigt. Weil dieses erste Erfassungssignal DT₁ ähnlich zu einem Signal ist, welches durch elektromagnetisches Umwandeln eines magnetischen Flusses 8·f(I₁) achtmal zu einem magnetischen Fluss f(I₁), der nur von dem Strom I₁ erzeugt wird, ist, kann der Strom I₁, der durch den ersten Leiter 11 fließt, erfasst werden.
Ein in der Betriebsverarbeitungsschaltung 30 enthaltener Operationsverstärker führt eine Berechnung entsprechend zu "B₂ – B₁" aus und liefert sein Berechnungsergebnis an die CPU 40 als das zweite Erfassungssignal DT₂, das die Größe des Stroms 12 anzeigt. Weil dieses zweite Erfassungssignal DT₂ ähnlich zu einem Signal ist, welches durch elektromagnetisches Umwandeln eines magnetischen Flusses 3·f(I₂), der dreimal ein magnetischer Fluss f(I₂) ist, der nur von dem Strom I₂ erzeugt wird, erhalten wird, kann der Strom I₂, der durch den zweiten Leiter 12 fließt, mit einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden.
Ferner führt der Operationsverstärker, der in der Operations- oder Betriebsverarbeitungsschaltung 30 enthalten ist, eine Berechnung entsprechend zu "3·(B₃ – B₂) – (B₁ – B₄)" aus und liefert sein Berechnungsergebnis an die CPU 40 als das dritte Erfassungssignal DT₃, das die Größe des Stroms I₃ anzeigt. Weil dieses dritte Erfassungssignal DT₃ einem Signal entspricht, welches durch elektromagnetisches Umwandeln eines magnetischen Flusses 8·f(I₃) erhalten wird, der achtmal so groß wie ein magnetischer Fluss f(I₃) ist, der nur von dem Strom I₃ erzeugt wird, kann der Strom I₃, der durch den dritten Leiter 13 fließt, mit einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden.
Die CPU 40 empfängt das erste Erfassungssignal DT₁, das zweite Erfassungssignal DT₂ und das dritte Erfassungssignal DT₃ von der Betriebsverarbeitungsschaltung 30 und bestimmt die Größen von Strömen, die durch den Leiter 11, den zweiten Leiter 12 und den dritten Leiter 13 fließen, und wenn erforderlich, steuert sie einen Stromschaltungsunterbrecher oder dgl. an.
Wie voranstehend beschrieben werden in der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform unter Verwendung von drei Leitern, die in einer T-Form angeordnet sind, und von vier Hall-Einrichtungen, Ströme, die durch die jeweiligen Leiter fließen, jeweils erfasst, indem eine Differenz einer Spannung zwischen zwei Hall-Einrichtungen, die den Leiter einbetten, ermittelt wird. Für einen Strom, der durch jeden Leiter fließt, können somit Ausgänge mit einer Größe, die dreimal so groß und achtmal so groß sind, erhalten werden, ohne von dem störenden magnetischen Feld beeinflusst zu werden, so das seine höchst genaue Messung mit hoher Empfindlichkeit des Stroms möglich wird.
Weil die Stromerfassungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform den magnetischen Kern nicht verwendet, kann ferner das Gewicht und das belegte Volumen im Vergleich mit einem Fall, bei dem der Magnetkern an jedem Leiter angebracht ist, wodurch insgesamt drei magnetische Kerne angebracht werden, verringert werden und ferner können die Herstellungskosten stark verringert werden. Ferner wird eine Frequenzcharakteristik verbessert und es gibt keine magnetische Sättigung.
Dritte Ausführungsform
Die dritte Ausführungsform ist ein Beispiel, bei der die Anzahl n der vorliegenden Erfindung "4" ist und die Anzahl m "4" ist. 13 ist eine Aufsicht, die einen Aufbau eines Sensorabschnitts der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieser Sensorabschnitt umfasst einen Leiter 10, eine erste Hall-Einrichtung 21, eine Hall-Einrichtung 22, eine dritte Hall-Einrichtung 23 und eine vierte Hall-Einrichtung 24. Gewöhnlicherweise sind diese Komponenten in einer elektrischen Verbindungsbox eingebaut. In der dritten Ausführungsform wird kein Magnetismus-Sammelkern verwendet.
Der Leiter 10 umfasst den ersten Leiter 11, den zweiten Leiter 12, den dritten Leiter 13 und den vierten Leiter 14, die von einem Verzweigungspunkt O auf einer flachen Ebene, die den Verzweigungspunkt O enthält, wie in 13 gezeigt, in vier Richtungen angeordnet sind. Das heißt, der erste Leiter 11, der zweite Leiter 12, der dritte Leiter 13 und der vierte Leiter 14 sind in einer Kreuzform auf der flachen Ebene, die den Verzweigungspunkt O einschießt, angeordnet. Der erste Leiter 11, der zweite Leiter 12, der dritte Leiter 13 und der vierte Leiter 14 entsprechen den n Leitern der vorliegenden Erfindung. Die Enden der jeweiligen Leiter sind an dem Verbindungspunkt O verbunden.
Zudem kann der Leiter 10 durch Verbinden von Enden der vier getrennten Leiter, nämlich des Leiters 11, des zweiten Leiters 12, des dritten Leiters 13 und des vierten Leiters 14 an dem Verzweigungspunkt O und anstelle davon durch integrales Bilden des ersten Leiters 11, des zweiten Leiters 12, des dritten Leiters 13 und des vierten Leiters 14 gebildet sein. Ferner ist es auch zulässig, den Leiter 10 durch Bilden eines Verdrahtungsmusters mit 4 Verzweigungsrouten einschließlich des ersten Leiters 11, des zweiten Leiters 12, des dritten Leiters 13 und des vierten Leiters 14 auf einem Substrat zu bilden.
Eine erste Hall-Einrichtung 21, eine zweite Hall-Einrichtung 22, eine dritte Hall-Einrichtung 23 und eine vierte Hall-Einrichtung 24 entsprechen den m elektromagnetischen Wandlern der vorliegenden Erfindung. Jede Hall-Einrichtung erzeugt ein Spannungs-(Hallspannungs-)Signal, das einer Dichte eines magnetischen Flusses entspricht, der in ihre Magnetismus-Erfassungsoberfläche eintritt. Ein vorgegebener Strom wird an jede Hall-Einrichtung über eine Zuleitung (nicht gezeigt) zugeführt und das Spannungssignal, das in jeder Hall-Einrichtung erzeugt wird, wird über eine Zuleitung (nicht gezeigt) herausgeholt.
Positionen, an denen die jeweiligen Hall-Einrichtungen angeordnet sind, werden wie folgt bestimmt. Das heißt, die erste Hall-Einrichtung 21 ist zwischen dem ersten Leiter 11 und dem zweiten Leiter 12 und dem zweiten Leiter 12 und in dem gleichen Abstand von diesen Leitern angeordnet. Die zweite Hall-Einrichtung 22 ist zwischen dem zweiten Leiter 12 und dem dritten Leiter 13 und in dem gleichen Abstand von diesen Leitern angeordnet. Die dritte Hall-Einrichtung 23 ist zwischen dem dritten Leiter 13 und dem vierten Leiter 14 und in dem gleichen Abstand von diesen Leitern angeordnet. Die vierte Hall-Einrichtung 24 ist zwischen dem vierten Leiter 14 und dem ersten Leiter 11 und in dem gleichen Abstand von diesen Leitern angeordnet. Die jeweiligen Hall-Einrichtungen sind in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt und in der Nähe des Verzweigungspunkts angeordnet. Die Magnetismus-Erfassungsoberfläche der jeweiligen Hall-Einrichtungen stimmen im wesentlichen mit der Ebene einschließlich des Verzweigungspunkts O überein und sind so angeordnet, dass sie in der gleichen Richtung ausgerichtet sind.
Als nächstes wird ein Betrieb der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen derartigen Aufbau aufweist, beschrieben werden.
Es sei angenommen, dass die Magnetismus-Erfassungsoberfläche von jeder Hall-Einrichtung von einer Zeichnungsoberfläche nach oben gerichtet ist. Es sei ferner angenommen, dass ein Strom I₁ von dem Verzweigungspunkt O an sein Ende in dem ersten Leiter 11 fließt, ein Strom I₂ von dem Ende zu dem Verzweigungspunkt O in dem zweiten Leiter 12 fließt, und ein dritter Strom I₃ von dem Verzweigungspunkt O zu dem Ende des dritten Leiters 13 fließt. Die Richtung der Stromflüsse, die hier erwähnt ist, ist lediglich ein Beispiel und ist nicht auf die voranstehend beschriebene, sondern auf irgendeine beschränkt. Weil die jeweiligen Hall-Einrichtungen in der Nähe zueinander angeordnet sind und die Magnetismus-Erfassungsoberflächen der jeweiligen Hall-Einrichtungen in der gleichen Richtung ausgerichtet sind, wird angenommen, dass die jeweiligen Magnetismus-Erfassungsoberflächen einen störenden magnetischen Fluss n gleichermaßen empfangen.
Wenn ein magnetischer Fluss, der in eine Magnetismus-Erfassungsoberfläche von jeder der Hall-Einrichtungen eintritt, die auf beiden Seiten eines Leiters i angeordnet sind, wenn ein Strom I_i an den Leiter i fließt (i = 1, 2, 3 4), f(I_i) ist und ein magnetischer Fluss, der von der Magnetismus-Erfassungsoberfläche herausgeht, –f(I_i) ist, ist ein Gesamtmagnetfluss B₁, der von einer Magnetismus-Erfassungsebene der ersten Hall-Einrichtung 21 empfangen wird, "B₁ = f(I₁) – f(I₂) + n". Ein Gesamtmagnetfluss B₂, der von der Magnetismus-Erfassungsoberfläche der zweiten Hall-Einrichtung 22 empfangen wird, ist "B₂ = f(I₂) – f(I₃) + n". Ein Gesamtmagnetfluss B₃, wie er von der Magnetismus-Erfassungsoberfläche der dritten Hall-Einrichtung 23 empfangen wird, ist "B₃ = f(I₃) – f(I₄) + n". Ein Gesamtmagnetfluss 34, der von der Magnetismus-Erfassungsoberfläche der vierten Hall-Einrichtung 24 empfangen wird, ist "B₄ = f(I₄) – f(I₁) + n".)".
Wenn nun "B₂ – B₁" berechnet wird, ergibt sich, dass "B₂ – B₁" = f(I₂) – f(I₃) + n – {f(I₁) – f(I₂) + n} = 2·f(I₂) – f(I₃) – f(I₁)" ist. Weil "I₁ + I₃ = –(I₂ + I₄)" wegen der Kirchhoff-Formel ist, wird f(I₂) + f(I₃) = –{f(I₂) + f(I₄)} eingerichtet und "B₂ – B₁ = 3·f(I₂) + f(I₄) wird erhalten.
Wenn als nächstes "B₃ – B₂" berechnet wird, ergibt sich, dass "B₃ – B₂" = f(I₃) – f(I₄) + n – {f(I₂) – f(I₃) + n} = 2·f(I₃) – f(I₄) – f(I₂)" ist. Wenn "f(I₁) + f(I₃) = –{f(I₂) + f(I₄)}" wegen der Kirchhoff-Formel eingerichtet wird, dann wird "B₃ – B₂" = 3·f(I₃) + f(I₁) erhalten.
Wenn als nächstes "B₄ – B₃" berechnet wird, ergibt sich, dass "B₄ – B₃ = f(I₄) – f(I₁) + n – {f(I₃) – f(I₄) + n} = 2·f(I₄) – f(I₁) – f(I₃) ist. Weil f(I₁) – f(I₃) = –{f(I₂) + f(I₄)}" wegen der Kirchhoff-Formel eingerichtet wird, wird "B₄ – B₃ = 3·f(I₄) + f(I₂)".
Wenn "B₁ – B₄" berechnet wird, ergibt sich, dass "B₁ – B₄ = f(I₁) – f(I₂) + n – {f(I₄) – f(I₁) + n} = 2·f(I₁) – f(I₂) – f(I₄)" ist. Weil "f(I₁) + f(I₃) = – {f(I₂) + f(I₄)}" aufgrund der Kirchhoff-Formel eingerichtet wird, wird "B₁ – B₄ = 2·f(I₁) + f(I₃) erhalten.
Unter Verwendung des voranstehend beschriebenen Berechnungsergebnisses wird "3·(B₁ – B₄) – (B₃ – B₂) berechnet und 3·(B₁ – B₄) – (B₃ – B₂) = 3·{3·f(I₁) + f(I₃) + f(I₃)} – {3·f(I₃) + f(I₁)} = 8·f(I₁)" wird erhalten. Wenn ferner "3·(B₂ – B₁) – (B₄ – B₃) berechnet wird, wird 3·(B₂ – B₁) – (B₄ – B₃) = 3·{3·f(I₂) + f(I₄)} – {3·f(I₄) + f(I₂)} = 8·f(I₂) erhalten.
Wenn ferner "3·(B₃ – B₂) – (B₁ – B₄) berechnet wird, dann wird "3·(B₃ – B₂) – (B₁ – B₄) = 3·{3·f(I₃) + f(I₁)} – {3·f(I₁) + f(I₃)} = 8·f(I₃) erhalten.
Wenn ferner "3·(B₄ – B₃) – (B₂ – B₁) berechnet wird, dann wird "3·(B₄ – B₃) – (B₂ – B₁) = 3·{3·f(I₄) + f(I₂)} – {3·f(I₂) + f(I₄)} = 8·f(I₄) erhalten.
Wenn ein Strom I₁, der durch den ersten Leiter 11 fließt, der Strom I₂, der durch den zweiten Leiter 12 fließt, der Strom I₃, der durch den dritten Leiter fließt und der Strom I₄, der durch den vierten Leiter 14 fließt, erfasst werden, werden Ergebnisse einer Berechnung "3·(B₁ – B₄) – (B₃ – B₂)", "3·(B₂ – B₁) – (B₄ – B₃)", "3·(B₃ – B₂) – (B₁ – B₄)", und "3·(B₄ – B₃) – (B₂ – B₁)" gleich zu einer Erzeugung eines Magnetflusses, der achtmal so groß wie ein Magnetfluss ist, der erzeugt wird, wenn ein Strom durch jeden Leiter fließt. Weil der störende Magnetfluss ausgelöscht werden kann, kann ferner ein Strom höchst genau erfasst werden. Weil ferner sämtliche Hall-Einrichtungen in der Nähe des Verzweigungspunktes O angeordnet sind, werden Fehlerfaktoren wie eine Temperaturdrift ebenfalls beseitigt.
14 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Betriebsverarbeitungsschaltung 30 dieser Stromerfassungsvorrichtung zeigt. Ein Ausgang dieser Betriebsverarbeitungsschaltung 30 wird z. B. an die CPU 40 geführt. Die Betriebsverarbeitungsschaltung 30 empfängt Eingänge des Spannungssignals VB₁, das von der ersten Hall-Einrichtung 21 entsprechend zu dem Magnetfluss B₁ zugeführt wird, des Spannungssignals VB₂, das von der zweiten Hall-Einrichtung 22 entsprechend zu dem magnetischen Fluss B₂ zugeführt wird, ein Spannungssignal VB₃, welches von der dritten Halleinrichtung 23 entsprechend zu dem magnetischen Fluss B₃ zugeführt wird, und ein Spannungssignal VB₄, welches von der vierten Hall-Einrichtung 24 entsprechend zu dem magnetischen Fluss B₄ zugeführt wird.
Die Betriebsverarbeitungsschaltung 30 umfasst z. B. eine Vielzahl von Operationsverstärkern. Dann führen diese Operationsverstärker eine Berechnung ähnlich zu "3·(B₁ – B₄) – (B₃ – B₂)" aus und liefern ihre Berechnungsergebnisse an die CPU 40 als ein erstes Erfassungssignal DT₁, das die Größe des Stroms I₁ anzeigt. Weil dieses erste Erfassungssignal DT₁ ähnlich zu einem Signal ist, welches durch elektromagnetisches Umwandeln eines magnetischen Flusses 8·f(I₁) achtmal von einem magnetischen Fluss f(I₁), der durch nur den Strom I₁ erzeugt wird, erhalten wird, kann der Strom, der durch den ersten Leiter 11 fließt, erfasst werden.
Ein Operationsverstärker, der in der Betriebsverarbeitungsschaltung 30 enthalten ist, führt eine Berechnung entsprechend zu "3·(B₂ – B₁) – (B₄ – B₃)" aus und liefert sein Berechnungsergebnis an die CPU 40 als das zweite Erfassungssignal DT₂, das die Größe des Stroms I₂ anzeigt. Da dieses zweite Erfassungssignal DT₂ ähnlich zu einem Signal ist, welches durch elektromagnetisches Umwandeln eines magnetischen Flusses 8·f(I₂) erhalten wird, der achtmal so groß wie ein magnetischer Fluss f(I₂) ist, der nur durch den Strom I₂ erzeugt wird, kann der Strom I₂, der durch den zweiten Leiter 12 fließt, mit einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden.
Ein Operationsverstärker, der in der Betriebsverarbeitungsschaltung 30 enthalten ist, führt eine Berechnung entsprechend zu "3·(B₃ – B₂) – (B₁ – B₄)" aus und liefert sein Berechnungsergebnis an die CPU 40 als das dritte Erfassungssignal DT₃, das die Größe des Stroms I₃ anzeigt. Weil dieses zweite Erfassungssignal DT₃ ähnlich zu einem Signal ist, welches durch elektromagnetisches Umwandeln eins magnetischen Flusses 8·f(I₃), erhalten wird, der achtmal so groß wie ein magnetischer Fluss f(I₃) ist, der nur durch den Strom I₃ erzeugt wird, kann der Strom I₃, der durch den zweiten Leiter I₃ fließt, mit einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden.
Ein Operationsverstärker, der in der Betriebsverarbeitungsschaltung 30 enthalten ist, führt eine Berechnung entsprechend zu "3·(B₄ – B₃) – (B₂ – B₁)" aus und liefert sein Berechnungsergebnis an die CPU 40 als das vierte Erfassungssignal DT₄, das die Größe des Stroms I₄ anzeigt. Weil dieses vierte Erfassungssignal DT₄ ähnlich zu einem Signal ist, welches durch elektromagnetisches Umwandeln eines magnetischen Flusses 8·f(I₃), erhalten wird, der achtmal so groß wie ein magnetischer Fluss f(I₄) ist, der nur durch den Strom I₄ erzeugt wird, kann der Strom I₄, der durch den zweiten Leiter 14 fließt, mit einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden.
Die CPU 40 empfängt das erste Erfassungssignal DT₁, das zweite Erfassungssignal DT₂, das dritte Erfassungssignal DT₃ und das vierte Erfassungssignal DT₄ von der Betriebsverarbeitungsschaltung 30 und bestimmt die Größen der Ströme, die durch den ersten Leiter 11, den zweiten Leiter 12, den dritten Leiter 13 und den vierte Leiter 14 fließen, und wenn erforderlich, steuert sie einen Stromschaltungsunterbrecher oder dgl. an.
Wie voranstehend beschrieben, werden in der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform unter Verwendung von vier Leitern, die in einer Kreuzform angeordnet sind, und vier Hall-Einrichtungen Ströme, die durch die jeweiligen Leiter fließen, jeweils durch Ermitteln einer Differenz einer Spannung zwischen zwei Hall- Einrichtungen, die den Leiter einbetten, erfasst. Somit können als ein Strom, der durch jeden Leiter fließt, Ausgänge mit einer Größe, die achtmal so groß ist, erhalten werden, ohne von dem störenden Magnetfeld beeinflusst zu werden, so dass eine höchst genaue Messung des Strom möglich ist.
Weil die Stromerfassungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform den magnetischen Kern nicht verwendet, kann im Vergleich mit dem Fall, bei dem eine Magnetkern an jedem Leiter angebracht ist, wodurch insgesamt vier Magnetkerne angebracht werden, das Gewicht und das belegte Volumen verkleinert werden und ferner können die Herstellungskosten stark verringert werden. Ferner wird die Frequenzcharakteristik verbessert und es gibt keine magnetische Sättigung.
Vierte Ausführungsform
Die vierte Ausführungsform ist ein Beispiel, bei dem n der vorliegenden Erfindung "3" ist und m "3" ist. 15 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieser Sensorabschnitt umfast einen Leiter 10, eine erste Hall-Einrichtung 21, eine zweite Hall-Einrichtung 22, und eine dritte Hall-Einrichtung 23. Gewöhnlicherweise werden diese Komponenten in eine elektrische Verbindungsbox eingebaut. In der ersten Ausführungsform wird kein Magnetismus-Sammelkern verwendet.
Wie in 15 gezeigt umfasst der Leiter 10 einen ersten Leiter 11, einen zweiten Leiter 12 und einen dritten Leiter 13, die mit dem Verzweigungspunkt O als eine Ausgangsposition radial auf dreidimensionalen Achsen senkrecht zueinander angeordnet sind. Das heißt, der erste Leiter 11 ist in der x-Achse Richtung angeordnet, der zweite Leiter 12 ist in der y-Achse Richtung angeordnet und der dritte Leiter 13 ist in der z-Achse Richtung angeordnet. Der erste Leiter 11, der zweite Leiter 12 und der dritte Leiter 13 entsprechen den n Leitern der vorliegenden Erfindung. Ein Ende von jedem Leiter ist mit dem Verzweigungspunkt O verbunden. Das andere Ende jedes Leiters ist mit einer Energieversorgung oder einer Last 45 verbunden.
Zudem kann der Leiter 10 durch Verbinden von Enden von drei getrennten Leitern, nämlich des ersten Leiters 11, des zweiten Leiters 12 und des dritten Leiters 13 an dem Verzweigungspunkt O und anstelle davon durch integrales Bilden des ersten Leiters 11, des zweiten Leiters 12 und des dritten Leiters 13 gebildet sein. Ferner ist es auch zulässig, diesen Leiter 10 durch Bilden eines Verdrahtungsmusters mit drei Verzweigungsrouten mit dem ersten Leiter 11, dem zweiten Leiter 12 und dem dritten 13 auf einem Substrat zu bilden.
Die erste Hall-Einrichtung 21, die zweite Hall-Einrichtung 22 und die dritte Hall-Einrichtung 23 entsprechen den m elektromagnetischen Wandlern der vorliegenden Erfindung. Die jeweiligen Hall-Einrichtungen sind auf einer Ebene angeordnet, die durch den ersten Leiter 11 und den zweiten Leiter 12 gebildet wird, d. h. auf einer x-y-Ebene. Die jeweiligen Hall-Einrichtungen erzeugen eine Spannung (Hall-Spannung) entsprechend zu der magnetischen Dichte, die in die Magnetismus-Erfassungsoberfläche (Magnetfluss-Erfassungsebene) eintritt. Ein vorgegebener Strom wird in jede Hall-Einrichtung durch eine Zuleitung (nicht gezeigt) geführt und ein Spannungssignal, welches in jeder Hall-Einrichtung erzeugt wird, wird durch eine Zuleitung herausgeführt (nicht gezeigt).
Positionen, an denen die jeweiligen Hall-Einrichtungen angeordnet sind, werden wie folgt bestimmt. Das heißt, die erste Hall-Einrichtung 21 ist zwischen dem ersten Leiter 11 und dem zweiten Leiter 12 und in dem gleichen Abstand von diesen Leitern angeordnet. Die zweite Hall-Einrichtung 22 ist symmetrisch zu der ersten Hall-Einrichtung 21 bezüglich des zweiten Leiters 12 angeordnet. Die dritte Hall-Einrichtung 23 ist symmetrisch zu der ersten Hall-Einrichtung 21 bezüglich des ersten Leiters 11 angeordnet. Die jeweiligen Hall-Einrichtungen sind in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt O und in der Nähe des Verzweigungspunkts angeordnet. Die Magnetismus-Erfassungsoberflächen der jeweiligen Hall-Einrichtungen stimmen im wesentlichen mit der x-y-Ebene überein und sind so angeordnet, dass sie in die gleiche Richtung gerichtet sind.
Als nächstes wird ein Betrieb des Sensorabschnitts der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem derartigen Aufbau beschrieben.
Es sei angenommen, dass die Magnetismuserfassungsoberfläche jeder Hall-Einrichtung in die z-Achse-Richtung gerichtet ist. Es sei ferner angenommen, dass ein Strom I₁ von seinem Ende zu dem Verzweigungspunkt O in dem ersten Leiter 11 fließt, ein Strom I₂ von seinem Ende zu dem Verzweigungspunkt O in dem zweiten Leiter 12 fließt, und ein dritter Strom I₃ von seinem Ende zu dem Verzweigungspunkt O in dem dritten Leiter I₃ fließt. Die Richtung des hier erwähnten Stromflusses ist lediglich ein Beispiel und ist nicht auf die voranstehend beschriebene beschränkt, sondern kann irgendeine Richtung sein. Weil die jeweiligen Hall-Einrichtungen in der Nähe zueinander angeordnet sind und die Magnetismuserfassungsoberflächen der jeweiligen Hall-Einrichtungen in die gleiche Richtung gerichtet sind, wird angenommen, dass die jeweiligen Magnetismuserfassungsoberflächen einen störenden magnetischen Fluss –nz in der z-Achse-Richtung gleichermaßen empfangen.
Wenn ein magnetischer Fluss, der in der Magnetismuserfassungsoberfläche von jeder der Hall-Einrichtungen, die auf beiden Seiten eines Leiters i angeordnet sind, eintritt, wenn ein Strom I₁ and en Leiter i (i = 1, 2, 3) fließt, f(I_i) ist und ein magnetischer Fluss, der von der Magnetismuserfassungsoberfläche herausgeht, –f(I_i) ist, ist der Gesamtmagnetfluss B₁, der von der Magnetismuserfassungsoberfläche der ersten Hall-Einrichtung 21 empfangen wird, "B₁ = f(I₁) – f(I₂) – nz". Der Gesamtmagnetfluss B₂, der von der Magnetismuserfassungsoberfläche der zweiten Hall-Einrichtung 22 empfangen wird, ist "B₂ = f(I₂) – nz". Der Gesamtmagnetfluss B₃, der von der Magnetismuserfassungsoberfläche der dritten Hall-Einrichtung 23 empfangen wird, ist "B₃ = –f(I₁) – nz".
Wenn nun "B₂ – B₃" berechnet wird, ergibt sich, dass "B₂ – B₃ = f(I₂) – nz – {–(I₁) – nz} = f(I₁) + f(I₂)" ist. Weil f(I₁) + f(I₂) = – f(I₃)" aufgrund der Kirchhoff-Formel eingerichtet ist, wird "B₂ – B₃ = –f(I₃)" erhalten.
Wenn ferner "B₁ + B₂" berechnet wird, ergibt sich, dass "B₁ + B₂ = f(I₁) – f(I₂) – nz + f{(I₂) – nz} = f(I₂) – 2·nz" wird. Wenn ferner "B₁ + B₂ – 2·B₃" berechnet wird, ergibt sich, dass "B₁ + B₂ – 2·B₃ = f(I₁) – 2·nz – 2·–f{(I₁) – nz} = 3·f(I₁)" ist.
Wenn ferner "B₁ + B₃" berechnet wird, ergibt sich, dass "B₁ + B₃ = f(I₁) – f(I₂) – nz + {–f(I₁) – nz} = f(I₂) – 2·nz" ist. Wenn ferner "B₁ + B₃ – 2·B₂" berechnet wird, ergibt sich, dass "B₁ + B₃ – 2·B₂ = –f(I₂) – 2·nz – 2·{f(I₂) – nz} = –3·f(I₂)" ist.
Das heißt, durch Berechnen von "B₁ + B₂ – 2·B₃" und "B₁ + B₃ – 2·B₂" wird dessen Ergebnis gleich zu der Ermittlung eines magnetischen Flusses, der dreimal so groß ist wie ein magnetischer Fluss, der erzeugt wird, wenn der Strom I₁ durch den ersten Leiter 11 fließt, oder zu der Ermittlung eines magnetischen Flusses, der dreimal so groß wie ein magnetischer Fluss ist, der erzeugt wird, wenn der Strom I₂ durch den zweiten Leiter 12 fließt. Demzufolge können der erste Leiter und der zweite Leiter 12, die auf der gleichen Ebene wie die Hall-Einrichtungen vorhanden sind, einen Ausgang bereitstellen, der dreimal so groß wie ein Strom ist, der durch den ersten Leiter 11 bzw. den zweiten Leiter 12 fließt.
Weil der störende magnetische Fluss nz durch Ausführen der voranstehend beschriebenen Operation ausgelöscht werden kann, kann der Strom sehr genau erfasst werden. Weil sämtliche Hall-Einrichtungen in der Nähe des Verzweigungspunkts O angeordnet sind, werden auch Fehlerfaktoren wie eine Temperaturdrift ausgelöscht.
Weil der Magnetkern nicht verwendet wird, kann im Vergleich mit einem Fall, bei dem ein Magnetkern an jedem Leiter angebracht ist, wodurch insgesamt drei Kerne angebracht werden, das Gewicht und das belegte Volumen verringert werden und die Produktionskosten können stark verringert werden. Ferner wird die Frequenzcharakteristik verbessert und es gibt keine magnetische Sättigung.
16 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Stromerfassungsvorrichtung zeigt, die den voranstehend beschriebenen Sensorabschnitt enthält. In dieser Stromerfassungsvorrichtung umfasst der Sensorabschnitt den ersten Leiter 10, die erste Hall-Einrichtung 21, die zweite Hall-Einrichtung 22 und die dritte Hall-Einrichtung 23 und ferner ist eine Betriebsverarbeitungsschaltung 30 dort hinzugefügt. Ein Ausgang von der Betriebsverarbeitungsschaltung 30 wird z. B. an die CPU 40 geliefert.
Die Betriebsverarbeitungsschaltung 30 empfängt Eingänge des Spannungssignals VB von der ersten Hall-Einrichtung 21 entsprechend zu dem magnetischen Fluss B₁, ein Spannungssignal VB₂ von der zweiten Hall-Einrichtung 22 entsprechend zu dem magnetischen Fluss B₂ und ein Spannungssignal VB₃ von der dritten Hall-Einrichtung 23 entsprechend zu dem magnetischen Fluss B₃.
Die Betriebsverarbeitungsschaltung 30 umfasst z. B. eine Vielzahl von Operationsverstärkern. Dann führen diese Operationsverstärker eine Berechnung ähnlich wie "B₁ + B₂ – 2·B₃" aus und liefern ihr Berechnungsergebnis an die CPU 40 als ein erstes Erfassungssignal DT₁, das die Größe des Stroms I₁ anzeigt. Weil das erste Erfassungssignal DT₁ ähnlich zu einem Signal ist, welches durch elektromagnetisches Umwandeln eines magnetischen Flusses 3·f(I₁), der dreimal so groß wie ein magnetischer Fluss f(I₁) ist, der nur von dem Strom I₁ erzeugt wird, erhalten wird, kann der Strom I₁, der durch den ersten Leiter 11 fließt, erfasst werden.
Ein Operationsverstärker, der in der Betriebsverarbeitungsschaltung 30 enthalten ist, führt eine Berechnung entsprechend zu "B₁ + B₃ – 2·B₂" aus und liefert sein Berechnungsergebnis an die CPU 40 als das zweite Erfassungssignal DT₂, das die Größe des Stroms I₂ anzeigt. Weil dieses zweite Erfassungssignal DT₂ ähnlich zu einem Signal ist, welches durch elektromagnetisches Umwandeln eines magnetischen Flusses 3·f(I₂) erhalten wird, der dreimal so groß wie ein magnetischer Fluss f(I₂) ist, der nur von dem Strom I₂ erzeugt wird, kann der Strom I₂, der durch den zweiten Leiter 12 fließt, mit einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden.
Ferner führt der Operationsverstärker, der in der Betriebsverarbeitungsschaltung 30 enthalten ist, eine Berechnung "B₂ – B₃" aus und liefert sein Berechnungsergebnis an die CPU 40 als das dritte Erfassungssignal DT₃, das die Größe des Stroms I₃ anzeigt. Weil dieses dritte Erfassungssignal DT₃ einem Signal entspricht, das durch elektromagnetisches Umwandeln eines magnetischen Flusses F(I₃) erhalten wird, der nur von dem Strom I₃ erzeugt wird, kann der Strom I₃, der durch den dritten Leiter 13 fließt, mit einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden.
Die CPU 40 empfängt das erste Erfassungssignal DT₁, das zweite Erfassungssignal DT₂ und das dritte Erfassungssignal DT₃ in der Betriebsverarbeitungsschaltung 30 und bestimmt die Größe von Ströme, die durch den ersten Leiter 11, den zweiten Leiter 12 und den dritten Leiter 13 fließen, und steuert, wenn erforderlich, einen Stromschaltungsunterbrecher oder dgl. an.
Gemäss der Stromerfassungsvorrichtung der vierten Ausführungsform werden drei Leiter, die auf den jeweiligen Achsen von dreidimensionalen Achsen angeordnet sind, und drei Hall-Einrichtungen verwendet. Ein Strom, der durch jeden Leiter fließt, wird durch Ermitteln einer Differenz zwischen Spannungssignalen zwischen zwei Hall-Einrichtungen, die den ersten Leiter und den zweiten Leiter auf der xy-Ebene einbetten, erfasst. Ausgänge mit einer Größe, die dreimal so groß und einmal so sind, können als Ströme ermittelt werden, die durch den ersten Leiter, den zweiten Leiter bzw. den dritten Leiter fließen ohne durch ein störendes magnetisches Feld beeinflusst zu werden, wodurch eine höchstgenaue Strommessung erzielt wird.
Weil ferner die Stromerfassungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform den Magnetkern nicht verwendet, kann im Vergleich mit einem Fall, bei dem der Magnetkern an jedem Leiter angebracht ist, wodurch insgesamt drei Magnetkerne angebracht werden, das Gewicht und das belegte Volumen verringert werden, und ferner können die Herstellungskosten stark verringert werden. Ferner wird eine Frequenzcharakteristik verbessert und es gibt keine magnetische Sättigung.
Fünfte Ausführungsform
Die fünfte Ausführungsform ist ein Beispiel, bei dem die Anzahl n der vorliegenden Erfindung "4" ist und die Anzahl m "4" ist. 17 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines Sensorabschnitts der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieser Sensorabschnitt umfasst einen Leiter 10, eine erste Hall-Einrichtung 21, eine zweite Hall-Einrichtung 22, eine dritte Hall-Einrichtung 23 und eine vierte Hall-Einrichtung 24. Gewöhnlicherweise sind diese Komponenten in einer elektrischen Verbindungsbox eingebaut. In der fünften Ausführungsform wird kein Magnetismus-Sammelkern verwendet.
Wie in 17 gezeigt, umfasst der Leiter 10 einen ersten Leiter 11, einen zweiten Leiter 13, einen dritten Leiter 13 und einen vierten Leiter 14, die radial auf einer dreidimensionalen Achse jeweils senkrecht zueinander mit dem Verzweigungspunkt O als ein Ausgangsposition angeordnet sind. Das heißt, der erste Leiter 11 ist in der x-Achse-Richtung angeordnet, der zweite Leiter 12 ist in der Y-Achse-Richtung angeordnet, der dritte Leiter 13 ist in der –x-Achse-Richtung angeordnet und der vierte Leiter ist in der z-Achse-Richtung angeordnet. Der erste Leiter 11, der zweite Leiter 12, der dritte Leiter 13 und der vierte Leiter 14 entsprechen n Leitern der vorliegenden Erfindung. Ein Ende jedes Leiters ist mit dem Verzweigungspunkt O verbunden und das andere Ende davon ist mit einer Energieversorgung oder einer Last 45 verbunden.
Zudem kann der Leiter 10 gebildet sein, indem Enden der vier getrennten Leiter, nämlich des erstes Leiters, des zweiten Leiters 12, des dritten Leiters 13 und des vierten Leiters 14 an dem Verzweigungspunkt O verbunden werden und anstelle davon der erste Leiter 11, der zweite Leiter 12, der dritte Leiter 13 und der vierte Leiter 14 integral gebildet werden. Ferner ist es auch möglich, diesen Leiter durch Bilden eines Verdrahtungsmusters mit vier Verzweigungsrouten mit dem ersten Leiter 11, dem zweiten Leiter 12, dem dritten Leiter 13 und dem vierten Leiter 14 auf einem Substrat zu bilden.
Eine erste Hall-Einrichtung 21, eine zweite Hall-Einrichtung 22, eine dritte Hall-Einrichtung 23 und eine vierte Hall-Einrichtung 24 entsprechen m elektromagnetischen Wandlern der vorliegenden Erfindung. Die jeweiligen Hall-Einrichtungen sind auf einer Ebene angeordnet, die durch den ersten Leiter 11, den zweiten Leiter 12 und den dritten Leiter 13 gebildet ist, das heißt, auf der xy-Ebene. Jede Hall-Einrichtung erzeugt ein Spannungs-(Hall-Spannungs-)Signal entsprechend einer Dichte eines magnetischen Flusses, der in die Magnetismus-Erfassungsoberfläche eintritt. Ein vorgegebener Strom wird an jede Hall-Einrichtung über eine Zuleitung (nicht gezeigt) zugeführt und das Spannungssignal, das in jeder Hall-Einrichtung erzeugt wird, wird über eine Zuleitung (nicht gezeigt) herausgeholt.
Positionen, an denen die jeweiligen Hall-Einrichtungen angeordnet sind, werden wie folgt bestimmt. Die erste Hall-Einrichtung 21 und die zweite Hall-Einrichtung 22 sind an Positionen in dem gleichen Abstand von dem ersten Leiter 11 des ersten Leiters 11–dritten Leiters 13, die auf der xy-Ebene vorhanden sind, angeordnet. Die dritte Hall-Einrichtung 23 ist symmetrisch zu der zweiten Hall-Einrichtung 22 bezüglich des zweiten Leiters 12 als eine Symmetrielinie angeordnet. Die vierte Hall-Einrichtung 24 ist symmetrisch mit der dritten Hall-Einrichtung 23 bezüglich des dritten Leiters als eine Symmetrielinie angeordnet. Die jeweiligen Hall-Einrichtungen sind in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt und in der Nähe des Verzweigungspunkts angeordnet. Ferner sind die Magnetismus-Erfassungsoberflächen der jeweiligen Hall-Einrichtungen so angeordnet, dass sie im wesentlichen mit der xy-Ebene übereinstimmen und in der gleichen Richtung ausgerichtet sind.
Als nächstes wird ein Betrieb des Sensorabschnitts der Stromerfassungsvorrichtung gemäss der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem derartigen Aufbau nachstehend beschrieben.
Es sei angenommen, dass die Magnetismus-Erfassungsoberfläche jeder Hall-Einrichtung in die z-Achse-Richtung ausgerichtet ist. Ferner sei angenommen, dass ein Strom I₁ von einem Ende des ersten Leiters 11 zu dem Verzweigungspunkt O fließt, ein Strom I₂ von dem Ende des zweiten Leiters 12 zu dem Verzweigungspunkt O fließt, ein Strom I₃ von dem Ende des dritten Leiters 13 zu dem Verzweigungspunkt O fließt und ein Strom I₄ von dem Ende des Leiters 14 zu dem Verzweigungspunkt O fließt. Die Richtung der Stromflüsse, die hier erwähnt ist, ist lediglich ein Beispiel und ist nicht auf die voranstehend beschriebene begrenzt, sondern irgendeine Richtung kann verwendet werden. Weil die jeweiligen Hall-Einrichtungen in der Nähe zueinander angeordnet sind und die Magnetismus-Erfassungsoberflächen der jeweiligen Hall-Einrichtungen in der gleichen Richtung ausgerichtet sind, wird angenommen, dass die jeweiligen Magnetismus-Erfassungsoberflächen eine z-Achsen-Richtungskomponente –nz des störenden Magnetfelds gleichermaßen empfangen.
Wenn ein magnetischer Fluss, der in eine Magnetismus-Erfassungsoberflächen von jeder der Hall-Einrichtungen eintritt, die auf beiden Seiten eines Leiters i angeordnet sind, wenn ein Strom I_i an den Leiter i (i = 1, 2, 3) fließt, f(I_i) ist und ein magnetischer Fluss, der von der Magnetismus-Erfassungsoberfläche herausgeht, –f(I_i) ist, dann ist der Gesamtmagnetfluss B₁, der von der Magnetismus-Erfassungsoberfläche der ersten Hall-Einrichtung 21 empfangen wird, "B₁ = –f(I₁) – nz". Der Gesamtmagnetfluss B₂, der von der Magnetismus-Erfassungsoberfläche der zweiten Hall-Einrichtung 22 empfangen wird, ist "B₂ = f(I₁) – f(I₂) – nz". Der Gesamtmagnetfluss B₃, der von der Magnetismus-Erfassungsoberfläche der dritten Hall-Einrichtung 23 empfangen wird, "B₃ = f(I₂) – f(I₃) – nz". Der Gesamtmagnetfluss B₄, der von der Magnetismus-Erfassungsoberfläche der vierten Hall-Einrichtung 24 empfangen wird, ist "B₄ = f(I₃) – nz".
Wenn nun "B₁ + B₂" berechnet wird, wird "B₁ + B₂ = –f(I₁) – nz + {f(I₁) – f(I₂ – nz) = –f(I₂)·nz" erhalten. Wenn "B₃ + B₄" berechnet wird, wird "B₃ + B₄ = f(I₂) – f(I₃) – nz + {f(I₃) – nz} = f(I₂) – 2·nz" erhalten. Wenn ferner "B₁ + B₂ – B₃ – B₄" berechnet wird, wird, wird "B₁ + B₂ – B₃ – B₄ = –f(I₂) – 2·nz – f(I₂) + 2·nz = 2·f(I₂) erhalten. Wenn "B₂ + B₃ + B₄" berechnet wird, wird "B₂ + B₃ + B₄ = f(I₁) – f(I₂) – nz + f(I₂) – f(I₃ – nz = f(I₁) – 3·nz" erhalten. Wenn ferner "B₂ + B₃ + B₄ – 3·B₁" berechnet wird, wird "B₂ + B₃ + B₄ – 3·B₁ = f(I₁) – 3·nz – 3·{–f(I₁) – nz} = 4·f(I₁) erhalten.
Wenn als nächstes "–B – B₂ – B₃" berechnet wird, wird "–B₁ – B₂ – B₃ = f(I₁) + nz – f(I₁) + f(I₂) + nz – f(I₂) + f(I₃) + nz = f(I₃) + 3·nz" erhalten. Wenn "–B₁ – B₂ – B₃ + 3·B₄" berechnet wird, wird "–B₁ – B₂ – B₃ + 3·B₄ = f(I₃) + 3·nz + 3·{f(I₃) – nz} = 4·f(I₃)" erhalten.
Wenn als nächstes "2·B₂ – 2·B₃" berechnet wird, wird "2·B₂ – 2·B₃ = 2·{f(I₁) – f(I₂) – nz – 2·{f(I₂) – f(I₃) – nz} = 2·f(I₁) + 2·f(I₃)" erhalten. Wenn "2·B₂ – 2·B₃ + 6·B₁ – 6·B₄ berechnet wird, dann wird "2·B₂ – 2·B₃ + 6·B₁ – 6·B₄ = 2·f(I₂) – 4·f(I₂) + 2·f(I₃) + 6·{–f(I₁) – nz} – 6·{f(I₃) – nz} = –4·{f(I₁) + f(I₃)}" erhalten. Weil hierbei "f(I₁) + f(I₃) = –f(I₄)" wegen der Kirchhoff-Formel erfüllt ist, wird "2·B₂ – 2·B₃ + 6·B₁ – 6·B₄ = 4·f(I₄) erhalten.
Das heißt, durch Berechnen von "B₂ + B₃ + B₄ – 3·B₁" wird ein Ergebnis der Berechnung gleich zu der Ermittlung eines magnetischen Flusses, der viermal so groß wie eine magnetischer Fluss ist, der erzeugt wird, wenn der Strom I₁ durch den ersten Leiter 11 fließt. Durch Berechnen von "–B₁ – B₃ + B₂ – B₃ + 3·B₄" wird ein Ergebnis der Berechnung gleich zu der Ermittlung eines magnetischen Flusses, der viermal so groß wie eine magnetischer Fluss ist, der erzeugt wird, wenn der Strom I₃ durch den dritten Leiter 13 fließt. Ferner wird durch Berechnen von "2·B₂ – 2·B₃ + 6·B₁ – 6·B₄" ein Ergebnis der Berechnung gleich zu der Ermittlung eines magnetischen Flusses, der viermal so groß wie eine magnetischer Fluss ist, der erzeugt wird, wenn der Strom I₄ durch den vierten Leiter 14 fließt. Dann wird durch Berechnen von "B₁ + B₂ – B₃ – B₄" ein Ergebnis der Berechnung gleich zu der Ermittlung eines magnetischen Flusses, der zweimal so groß wie eine magnetischer Fluss ist, der erzeugt wird, wenn der Strom I₂ durch den zweiten Leiter 12 fließt.
Ferner kann durch den oben beschriebenen Betrieb der störende magnetische Fluss nz ausgelöscht werden, so dass ein höchst genaue Stromerfassung möglich ist. Weil zusätzlich sämtliche Hall-Einrichtungen in der Nähe des Verzweigungspunkts O angeordnet sind, werden Fehlerfaktoren wie eine Temperaturdrift in der gleichen Weise ausgelöscht.
Weil ferner die Stromerfassungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform den magnetischen Kern nicht verwendet, wird das Gewicht und das belegte Volumen im Vergleich mit einem Fall, bei dem der magnetische Kern in jedem Leiter angebracht ist, wodurch insgesamt vier Magnetkerne angebracht werden, verringert und ferner können die Herstellungskosten stark verringert werden. Ferner wird eine Frequenzcharakteristik verbessert und es gibt keine magnetische Sättigung.
18 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau der Stromerfassungsvorrichtung zeigt, die den Sensorabschnitt enthält. Diese Stromerfassungsvorrichtung ist durch Hinzufügen eine Betriebsverarbeitungsschaltung 30 zu dem Sensorabschnitt, der aus dem Leiter 10, der ersten Hall-Einrichtung 21, der zweiten Hall-Einrichtung 22, der dritten Hall-Einrichtung 23 und der vierten Hall-Einrichtung 24 besteht, gebildet. Ein Ausgang dieser Betriebsverarbeitungsschaltung 30 wird and die CPU 40 zum Beispiel geliefert.
Die Betriebsverarbeitungsschaltung 30 empfängt Eingänge des Spannungssignals VB, das einen magnetischen Fluss B₁ von der ersten Hall-Einrichtung 21 entspricht, des Spannungssignals VB₂ entsprechend zu dem magnetischen Fluss B₂ von der zweiten Hall-Einrichtung 22, ein Spannungssignal VB₃ entsprechend zu dem magnetischen Fluss B₃ von der dritten Hall-Einrichtung 23 und eines Spannungssignals VB₄ entsprechend zu dem magnetischen Fluss B₄ von der vierten Hall-Einrichtung 24.
Diese Betriebsverarbeitungsschaltung 30 kann aus einer Vielzahl von Operationsverstärkern gebildet werden. Dann führen diese Operationsverstärker einen Betrieb entsprechend von "B₂ + B₃ + B₄ – 3·B" aus. Ihr Betriebsergebnis wird an die CPU 40 als ein erstes Erfassungssignal DT₁ geliefert, das die Größe des Stroms I₁ anzeigt. Weil dieses erste Erfassungssignal DT₁ ähnlich zu einem Signal ist, welches durch elektromagnetisches Umwandeln eines magnetischen Flusses 4·f(I₁) erhalten wird, der viermal so groß wie ein magnetischer Fluss f(I₁) ist, der nur von dem Strom I₁ erzeugt wird, kann der Strom I₁, der durch den ersten Leiter 11 fließt, mit hoher Empfindlichkeit erfasst werden.
Ferner führt der Operationsverstärker, der in der Betriebsverarbeitungsschaltung 30 enthalten ist, eine Operation entsprechend zu "B₁ + B₂ – B₃ – B₄" aus und liefert sein Operationsergebnis an die CPU 40 als ein zweites Erfassungssignal DT₂, das die Größe des Stroms I₂ anzeigt. Weil dieses zweite Erfassungssignal DT2 ähnlich zu einem Signal ist, welches durch elektromagnetisches Umwandeln eines magnetischen Flusses 2·f(I₂) erhalten wird, der zweimal so groß wie ein magnetischer Fluss f(I₂) ist, der nur von dem Strom I₂ erzeugt wird, kann der Strom I₂, der durch den zweiten Leiter 12 fließt, mit einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden.
Ferner führt der Operationsverstärker, der in der Betriebsverarbeitungsschaltung 30 enthalten ist, eine Operation entsprechend zu "–B₁ – B₂ – B₃ + 3·B₄" aus und liefert sein Operationsergebnis an die CPU 40 als das dritte Erfassungssignal DT₃, das die Größe des Stroms I₃ anzeigt. Weil dieses dritte Erfassungssignal DT₃ ähnlich zu einem Signal ist, welches sich durch elektromagnetisches Umwandeln eines magnetischen Flusses 4·f(I₃) erhalten wird, der viermal so groß wie ein magnetischer Fluss f(I₃) ist, der nur von dem Strom I₃ erzeugt wird, kann der Strom I₃, der durch den zweiten Leiter 13 fließt, mit einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden.
Ferner führt der Operationsverstärker, der in der Betriebsverarbeitungsschaltung 30 enthalten ist, eine Operation entsprechend zu "2·B₂ – 2·B₃ + 6·B₁ – 6·B₄" aus und liefert sein Operationsergebnis an die CPU 40 als ein viertes Erfassungssignal DT₄, das die Größe des Stroms I₄ anzeigt. Weil dieses vierte Erfassungssignal DT₄ ähnlich zu einem Signal ist, welches sich durch elektromagnetisches Umwandeln eines magnetischen Flusses 4·f(I₄) erhalten wird, der viermal so groß wie ein magnetischer Fluss f(I₄) ist, der nur von dem Strom I₄ erzeugt wird, kann der Strom I₄, der durch den zweiten Leiter 14 fließt, mit einer hohen Empfindlichkeit erfasst werden.
Die CPU 40 empfängt Eingänge des ersten Erfassungssignals DT₁ von der Betriebsverarbeitungsschaltung 30, ein zweites Erfassungssignal DT₂, ein drittes Erfassungssignal DT₃ und ein viertes Erfassungssignal DT₄. Dann beurteilt sie die Größe eines Stroms, der durch jeweils den ersten Leiter 11, den zweiten Leiter 12, den dritten Leiter 13 und den vierten Leiter 14 fließt und steuert den Stromschaltungsunterbrecher oder dgl. je nach Notwendigkeit an.
Gemäß der Stromerfassungsvorrichtung der fünften Ausführungsform werden vier Leiter, die auf den jeweiligen Achsen von dreidimensionalen Achsen und einer –x-Achse angeordnet sind, und vier Hall-Einrichtungen verwendet. Ein Strom, der durch jeden Leiter fließt, wird durch Ermitteln einer Differenz zwischen Spannungssignale von zwei Hall-Einrichtungen, die jeweils den ersten Leiter-dritten Leiter auf der xy-Ebene einbetten, erfasst, ohne von einem störenden Magnetfeld beeinträchtigt zu werden. Ferner können Ausgänge, die viermal so groß, zweimal so groß, viermal so groß und viermal so groß sind, als der Strom, der durch den ersten Leiter/vierten Leiter jeweils fließt, ermittelt werden. Infolgedessen kann eine höchst genaue Messung ermöglicht werden und der störende magnetische Fluss, der in der Nähe der Stromerfassungsvorrichtung, existiert, kann gelöscht werden.
Weil die Stromerfassungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform den magnetischen Kern nicht verwendet, kann das Gewicht und das belegte Volumen im Vergleich mit einem Fall, bei dem der magnetische Kern mit dem Leiter angebracht ist, durch insgesamt vier magnetische Kerne angebracht werden, verringert werden und ferner können die Herstellungskosten stark verringert werden. Ferner wird eine Frequenzcharakteristik verbessert und es gibt keine magnetische Sättigung.
Sechste Ausführungsform
Die sechste Ausführungsform weist ein Merkmal dahingehend auf, dass sie einen Strom mit einer besseren Genauigkeit als die Stromerfassungsvorrichtung der sechsten Ausführungsform ermitteln kann. Weil die Stromerfassungsvorrichtung der sechsten Ausführungsform den gleichen Aufbau aufweist wie die Stromerfassungsvorrichtung der in den 11, 12 gezeigten zweiten Ausführungsform, wird ein Betrieb davon beschrieben.
Zuerst wird eine mit dem Ausdruck 2 gezeigte Gleichung für Variablen, Ströme I_i – I₃ und magnetische Flüsse B₁ – B₄ wegen des Biot-Savart'schen Gesetzes erfüllt. [Ausdruck 1]

0 = I1 + I2 + I3 (5)
Wenn Ausdruck (1) von der Gleichung (2) in dem Ausdruck 1 subtrahiert wird, wird der Ausdruck 2 erhalten.
[Ausdruck 2]

4√2πr(B₂ – B₁) = 2I₁ – 2(√2 + 1)I₂ + 2I₃ (6)

Ferner wird der Ausdruck 3 aus der Gleichung (5) des Ausdrucks 1 erhalten und ein Strom I₂ wird aus diesem Ausdruck 3 erhalten.
[Ausdruck 3]
Wenn die Gleichung (1) von der Gleichung (4) des Ausdrucks 1 subtrahiert wird, wird der Ausdruck 4 erhalten.
[Ausdruck 4]

4√2πr(B4 – B1) = 2(√2 + 1)I1 – 2I2 – 2(√2 – 1)I3 (8)

Wenn die Gleichung (2) von der Gleichung (3) des Ausdrucks 1 subtrahiert wird, wird der Ausdruck 5 erhalten.
[Ausdruck 5]

4√2πr(B3 – B2) = 2(√2 – 1)I1 + 2I2 – 2(√2 + 1)I3 (9)

Wenn die Gleichung (8) zu der Gleichung (9) addiert wird, wird der Ausdruck 6 erhalten.
[Ausdruck 6]

4√2πr(–B1 – B2 + B3 + B4) = 4√2I1 – 4√2I3 (10)

Wenn die Gleichung (5) in die Gleichung (10) eingesetzt wird, wird der Ausdruck 7 erhalten.
[Ausdruck 7]

4√2πr(–B1 – B2 + B3 + B4) = 8√2I1 + 4√2I2 (11)

Ferner wird der Ausdruck 8 aus der Gleichung (7) erhalten. [Ausdruck 8]
I1 = ½πr(–B1 – B2 + B3 + B4) – 2(√2 – 1)πr(B2 – B1) (13)
Der Strom I₁ wird aus der Gleichung (13) ermittelt. Wenn die Gleichung (5) für I₁ in die Gleichung (10) eingesetzt wird, wird der Ausdruck 9 erhalten.
[Ausdruck 9]

4√2πr(–B1 – B2 + B3 + B4) = –4√2I2 – 8√2I3 (14)

Ferner wird der Ausdruck 10 aus der Gleichung (7) erhalten. [Ausdruck 10]
I3 = ½πr(–B1 – B2 + B3 + B4) + 2(√2 – 1)πr(B2 – B1) (16)
I₁ wird aus der Gleichung (16) abgeleitet. In dieser Weise kann der Strom I₁, I₂, I₃ jeweils durch Multiplizieren einer Differenz zwischen Magnetfeldern, die von zwei Hall-Einrichtungen 21 und 22 empfangen werden, mit einem Koeffizienten berechnet werden. Selbst wenn jede Hall-Einrichtung eine magnetische Flussstörung enthält, kann somit diese Störung ausgelöscht werden. Deshalb wird eine höchst genaue Ausgangserfassung ermöglicht. Zudem wird eine Berechnung der voranstehend beschriebenen Ströme I₁, I₂, I₃ von der Operationsverarbeitungsschaltung 30 ausgeführt.
Als nächstes wird ein Stromverstärkungsfaktor ermittelt. Ein Magnetfeld B₁, das von der ersten Hall-Einrichtung 21 in der Nähe von I₁ aus dem Leiterstrom I₁ empfangen wird, wird durch einen Ausdruck 11 ausgedrückt.
[Ausdruck 11]
Der Strom I₁ wird durch den Ausdruck 12 von der Gleichung (13) ausgedrückt.
[Ausdruck 12]
Deshalb wird der Ausdruck 13 für den Strom I₁ eingerichtet.
[Ausdruck 13]

¼(–B1 – B2 + B3 + B4) – (√2 – 1)(B2 – B1) = –2(√2 – 2)f(I1)

Wenn der Strom I₃ wie Strom I₁ abgeleitet wird, wird ein Ausdruck 14 für den Strom I₃ eingerichtet.
[Ausdruck 14]

¼(–B1 – B2 + B3 + B4) + (√2 – 1)(B2 – B1) = –2(√2 – 2)f(I3)

Ferner wird ein Strom I₂ durch einen Ausdruck 15 von Gleichung (7) ausgedrückt. [Ausdruck 15]
Deshalb wird ein Ausdruck 16 für den Strom I₂ eingerichtet. [Ausdruck 16]
Demzufolge ist es möglich, eine Empfindlichkeit zu erhalten, die 1,2-mal oder 1,4-mal so groß wie eine Empfindlichkeit ist, die von einer einzelnen Hall-Einrichtung empfangen wird, die in nächster Nähe zu einem einzelnen Messobjekt-Leiter angeordnet ist. Somit wird eine Strommessung mit hoher Empfindlichkeit ermöglicht.
Siebte Ausführungsform
Die siebte Ausführungsform weist ein Merkmal dahingehend auf, dass sie einen Strom mit einer besseren Genauigkeit als die Stromerfassungsvorrichtung der dritten Ausführungsform ableiten kann. Weil die Stromerfassungsvorrichtung der siebten Ausführungsform den gleichen Aufbau wie die Stromerfassungsvorrichtung, die in 12, 13 gezeigt ist, aufweist, wird ein Betrieb davon erläutert.
Hierbei ist die Magnetismus-Erfassungsoberfläche so angeordnet, dass ein Magnetfeld, welches vertikal über eine Zeichnungsebene zu der anderen Seite geht, positiv ist. Die vier Hall-Einrichtungen 21–24 sind in dem gleichen Abstand zu den Leitern angeordnet, die die Hall-Einrichtungen einbetten. Der Abstand ist r.
Vier Variablen, Ströme I₁–I₄, die durch die vier Leiter 11–14 fließen, werden gemäß einer Gleichung erhalten, die aus vier Hall-Einrichtungen 21–24 und einer Kirchhoff-Formel erhalten wird.
Zunächst wird ein magnetischer Fluss B₁, der von der ersten Hall-Einrichtung 21 empfangen wird, durch den Ausdruck 17 ausgedrückt. [Ausdruck 17]
Ein erster Term des Ausdrucks 17 zeigt einen magnetischen Fluss an, der von dem Strom I₁ empfangen wird, und ein zweiter Term zeigt einen magnetischen Fluss an, der von dem Strom I₂ empfangen wird, und ein dritter Term zeigt einen magnetischen Fluss an, der von einem Strom I₃ empfangen wird, und ein vierter Term zeigt einen magnetischen Fluss an, der von einem Strom I₄ empfangen wird.
Wenn ein magnetischer Fluss I₂, der von der zweiten Hall-Einrichtung 22 empfangen wird, in der gleichen Weise wie ein magnetischer Fluss abgeleitet wird, der von der ersten Hall-Einrichtung 21 empfangen wird, wird ein magnetischer Fluss B₂ durch einen Ausdruck 18 ausgedrückt. [Ausdruck 18]
Ein Magnetfeld B₃, das durch die dritte Halleinrichtung 23 empfangen wird, wird mit dem Ausdruck 19 ausgedrückt. [Ausdruck 19]
Ein Magnetfeld B₄, das durch die vierte Halleinrichtung 24 empfangen wird, wird mit dem Ausdruck 20 ausgedrückt. [Ausdruck 20]
Die Gleichung 21 wird aus den obigen Gleichungen eingerichtet. [Ausdruck 21]
det(A) = (√2 + 1)4 + (–√2 – 1)4 + (–√2 + 1)4 + (√2 – 1)4 –2(√2 + 1)2(–√2 + 1)2 – 2(√2 – 1)2(√2 – 1)2 = 64
A₁–A₄ sind mit dem Ausdruck 22 definiert. [Ausdruck 22]
Der Ausdruck 21 wird unter Verwendung der Regel von Cramer gelöst, um jeweilige Ströme zu ermitteln. Der Strom I₁ wird gemäss dem Ausdruck 23 erhalten. [Ausdruck 23]
Genauso wird ein Strom I₂ durch den Ausdruck 24 erhalten. [Ausdruck 24]
Genauso werden die beiden Ströme I₃ und I₄ durch den Ausdruck 25 erhalten. [Ausdruck 25]
Wie voranstehend beschreiben, können die Ströme I₁–I₄ durch Multiplizieren einer Differenz zwischen Magnetfeldern, die von zwei Hall-Einrichtungen empfangen werden, mit einem Koeffizienten berechnet werden. Selbst wenn die jeweiligen Hall-Einrichtungen eine magnetische Flussstörung enthalten, kann diese Störung ausgelöscht werden, so dass eine höchst genaue Ausgangserfassung ermöglicht wird. Die voranstehend beschriebenen Ströme I₁–I₄ werden von der Betriebsverarbeitungsschaltung berechnet.
Als nächstes wird ein Stromverstärkungsfaktor abgeleitet. Der Strom I₁ wird mit dem Ausdruck 26 ausgedrückt. [Ausdruck 26]
Ein magnetischer Fluss B₁ wird mit dem Ausdruck 27 definiert. [Ausdruck 27]
Wenn der Ausdruck 26 durch Verwendung des Ausdrucks 27 transformiert wird, wird ein Ausdruck 28 erhalten. [Ausdruck 28]
Als Folge eines Betriebs auf Grundlage des Ausdrucks 28 wird eine Empfindlichkeit, die ungefähr 11,3-mal so groß wie eine Empfindlichkeit ist, die von einer einzelnen Hall-Einrichtung empfangen wird, die sich in nächster zu einem einzelnen Messobjekt-Leiter befindet, von dem Messobjekt-Leiter erhalten. Somit wird eine höchst genaue Messung ermöglicht.
Achte Ausführungsform
Die achte Ausführungsform weist ein Merkmal dahingehend auf, dass sie einen Strom mit einer besseren Genauigkeit als die Stromerfassungsvorrichtung der vierten Ausführungsform ermitteln kann. Weil die Stromerfassungsvorrichtung der achten Ausführungsform den gleichen Aufbau wie die Stromerfassungsvorrichtung aufweist, die in den 14, 15 gezeigt ist, wird ein Betrieb davon beschrieben.
Eine Gleichung auf Grundlage des Ausdrucks 29 wird für Variablen, Ströme I₁–I₃ und magnetische Felder B₁–B₃ gemäss dem Gesetz von Biot-Sauart aufgebaut. [Ausdruck 29]
0 = I1 + I2 + I3 (4)
Wenn die Gleichung (1) von der Gleichung (3) des Ausdrucks 29 abgezogen wird, dann wird der Ausdruck 30 erhalten.
[Ausdruck 30]

4√2πr(B3 – B1) = 2(√2 + 1)I1 – 2I2 (5)

Wenn ferner die Gleichung (1) von der Gleichung (2) des Ausdrucks 29 abgezogen wird, dann wird der Ausdruck 31 erhalten.
[Ausdruck 31]

4√2πr(B2 – B1) = 2I1 – 2(√2 + 1)I2 (6)

Wenn beide Seiten der Gleichung (6) des Ausdrucks 31 mit (2^1/2 + 1) mal multipliziert werden, wird der Ausdruck 32 erhalten.
[Ausdruck 32]

4(√2 + 2)πr(B2 – B1) = 2(√2 + 1)I1 – 2(√2 + 1)2I2 (7)

Wenn die Gleichung (5) von der Gleichung (7) des Ausdrucks 32 subtrahiert wird, wird der Ausdruck 33 erhalten.
[Ausdruck 33]

πr[–8S1 + (4√2 + 8)B2 – 4√2B3] = –(4 + 4√2)I2

Somit wird der Strom I₂ mit dem Ausdruck 34 ausgedrückt. [Ausdruck 34]
Wenn ferner die Gleichung (8) in die Gleichung (6) eingesetzt wird, wird der Ausdruck 35 erhalten, um den Strom I₁ zu ermitteln.
[Ausdruck 35]

I1 = πr[(2 – 2√2)B1 + (√2 – 2)B2 + √2B3] = πr[√2(B3 – B1) + (√2 – 2)(B2 – B1)] (9)

Wenn ferner die Gleichung (2) zu der Gleichung (1) addiert wird der Ausdruck 36 erhalten.
[Ausdruck 36]

4√2πr(B1 + B2) = –2√2I1 (10)
4√2πr(B1 + B3) = 2√2I2 (11)

Wenn ferner die Gleichungen (10), (11) in die Gleichung (4) eingesetzt werden, wird der Ausdruck 37 erhalten, um den Strom I₃ zu ermitteln.
[Ausdruck 37]

I3 = –I1 – I2 = 2πr(B2 – B3)

Wie voranstehend beschrieben können die Ströme I₁, I₂, I₃ durch Multiplizieren einer Differenz zwischen magnetischen Feldern, die von zwei Hall-Einrichtungen empfangen werden, mit einem Koeffizienten berechnet werden. Weil sogar dann, wenn die jeweiligen Hall-Einrichtungen die magnetische Flussstörung enthalten, diese Störung ausgelöscht werden kann, kann somit eine höchst genaue Ausgangserfassung ermöglicht werden. Ferner werden die voranstehend beschriebenen Ströme I₁, I₂, I₃ durch die Betriebsverarbeitungsschaltung 30 berechnet.
Neunte Ausführungsform
Diese neunte Ausführungsform weist ein Merkmal dahingehend auf, dass sie einen Strom mit einer besseren Genauigkeit als die Stromerfassungsvorrichtung in der fünften Ausführungsform ableiten kann. Weil die Stromerfassungsvorrichtung in der neunten Ausführungsform die gleiche Konfiguration wie die Stromerfassungsvorrichtung aufweist, die in 16, 17 gezeigt ist, wird ein Betrieb davon beschrieben.
Eine Gleichung auf Grundlage des Ausdrucks 38 wird für Variablen, Ströme I_i–I₄ und magnetische Felder B_i–B₄ aufgrund des Gesetzes von Biot-Sauart eingerichtet. [Ausdruck 38]
0 = I1 + I2 + I3 + I4 (5)
Weil der Ausdruck 38 fünf Gleichungen für vier Variablen aufweist, ist seine Lösung nicht eine einzige. Es ist erforderlich, eine Lösung zu erhalten, die ein Störungsrauschen auslöschen kann. Zunächst werden die Ströme I₁–I₃ gemäss der Gleichungen (1)–(4) des Ausdrucks 38 ermittelt und dann wird der erhaltene Strom I_i in die Gleichung (5) eingesetzt, um den Strom I₄ zu erhalten.
Zunächst wird die Gleichung (1) – Gleichung (2) – Gleichung (3) + Gleichung (4) ermittelt, um einen Ausdruck 39 zu erhalten. Dann wird der Strom I₂ ermittelt.
[Ausdruck 39]
I2 = πr(B2 – B3 – B4 + B1)
Als nächstes wird die Gleichung (4) von der Gleichung (1) subtrahiert, um einen Ausdruck 40 zu ermitteln.
[Ausdruck 40]

4√2πr(B2 – B1) = 2(√2I2 – 2(√2 + 1)I1 = 2√2πr(B2 – B3 – B4 + B1) – 2(√2 + 1)I1

Deshalb kann der Strom I₁ mit dem Ausdruck 41 ausgedrückt werden. [Ausdruck 41]
Genauso werden der Strom I₃ und der Strom I₄ mit dem Ausdruck 42 ausgedrückt. [Ausdruck 42]
Wie voranstehend gezeigt können die Ströme I₁–I₄ durch Multiplizieren einer Differenz zwischen magnetischen Feldern, die von zwei Hall-Einrichtungen empfangen werden, mit einem Koeffizienten berechnet werden. Selbst wenn die jeweiligen Hall-Einrichtungen eine magnetische Flussstörung aufweisen, kann somit die Störung ausgelöscht werden. Somit kann eine höchst genaue Ausgangserfassung ermöglicht werden. Zudem werden die obigen Berechnungen für die Ströme I₁–I₄ durch die Betriebsverarbeitungsschaltung 30 ausgeführt.
10. Ausführungsform
Gemäss der zehnten Ausführungsform ist die Anzahl n der vorliegenden Erfindung "3" und die Anzahl m ist "2". Zwei Winkel von drei Winkeln, die von den ersten–dritten Leitern gebildet werden, sind gleich, während sich der übrige von den voranstehend erwähnten zwei Winkeln unterscheidet. 18 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines Sensorabschnitts der Stromerfassungsvorrichtung gemäss der zehnten Ausführungsform zeigt. Dieser Sensorabschnitt umfasst den Leiter 10, die erste Hall-Einrichtung 21 und die zweite Hall-Einrichtung 22. Gewöhnlicherweise werden diese Komponenten in einer elektrischen Verbindungsbox (nicht gezeigt) eingebaut. In dieser ersten Ausführungsform wird kein Magnetismus-Sammelkern verwendet.
Wie in 18 gezeigt umfasst der Leiter 10 den ersten Leiter 11, den zweiten Leiter 12 und den dritten Leiter 13, die in drei Richtungen von dem Verzweigungspunkt O auf einer flachen Ebene einschließlich des Verzweigungspunkts O angeordnet sind. Der erste Leiter 11, der zweite Leiter 12 und der dritte Leiter 12 entsprechen den n-Leitern der vorliegenden Erfindung. Die Enden der jeweiligen Leiter sind mit dem Verzweigungspunkt O verbunden.
Zudem kann der Leiter 10 durch Verbinden von Enden von drei getrennten Leitern, nämlich des ersten Leiters 11, des zweiten Leiters 12 und des dritten Leiters 13 and dem Verzweigungspunkt O und anstelle davon durch Bilden des ersten Leiters 11, des zweiten Leiters 12 und des dritten Leiters 13 integral gebildet werden. Ferner ist es auch zulässig, diesen Leiter 10 durch Bilden eines Verdrahtungsmusters mit drei Verzweigungsrouten einschließlich des ersten Leiters 11, des zweiten Leiters 12 und des dritten Leiters 13 auf einem Substrat zu bilden.
Die erste Hall-Einrichtung 21 und die zweite Hall-Einrichtung 22 entsprechen m elektromagnetischen Wandlern der vorliegenden Erfindung. Jede Hall-Einrichtung erzeugt ein Spannungs-(Hallspannungs-)Signal entsprechend einer Dichte eines magnetischen Flusses, der in ihre Magnetismus-Erfassungsoberfläche eintritt. Ein vorgegebener Strom wird an jede Hall-Einrichtung über eine Zuleitung (nicht gezeigt) zugeführt und das in jeder Hall-Einrichtung erzeugte Spannungssignal wird über eine Zuleitung (nicht gezeigt) herausgeholt.
Positionen, an denen die jeweiligen Hall-Einrichtungen angeordnet sind, werden wie folgt bestimmt. Das heißt, die erste Hall-Einrichtung 21 ist zwischen dem ersten Leiter 11 und dem zweiten Leiter 12 und in dem gleichen Abstand von diesen Leitern angeordnet. Die zweite Hall-Einrichtung 22 ist zwischen dem ersten Leiter 11 und dem dritten Leiter 13 und in dem gleichen Abstand von diesen Leitern angeordnet. Die Magnetismus-Erfassungsoberflächen der jeweiligen Hall-Einrichtungen stimmen im wesentlichen mit der Ebene einschließlich des Verzweigungspunkts O überein und sind so angeordnet, dass die in die gleiche Richtung gerichtet sind.
Als nächstes wird ein Betrieb des Sensorabschnitts der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen derartigen Aufbau aufweist, beschrieben.
Es sei angenommen, dass ein Strom, der durch den ersten 11 fließt, der ein Messobjektleiter ist, I₁ ist, ein Strom, der durch den zweiten Leiter 12 nach einer Verzweigung fließt, I₂ ist und ein Strom, der durch den dritten Leiter 13 ist, I₃ ist. Es sei dann ein Winkel zwischen dem zweiten 12 und dem dritten Leiter 13 zu θ₁, ein Winkel zwischen dem ersten Leiter 11 und dem zweiten 12 zu θ₂ und ein Winkel zwischen dem ersten Leiter 11 und dem dritten Leiter 13 zu θ₃ angenommen. Zu dieser Zeit wird ein Ausdruck 43 erfüllt.
[Ausdruck 43]

θ2 = θ3 = ½(2π – θ1) = π – ½θ1 (1)

Zu dieser Zeit wird ein Ausdruck 44 aufgrund der Kirchhoff-Formel festgestellt.
[Ausdruck 44]

I1 + I2 + I3 = O (2)

Als nächstes wird eine Berechnung von magnetischen Feldern, die von den Hall-Einrichtungen 21, 22 empfangen werden, beschrieben. Zunächst wird eine Berechnung des Magnetfelds, das von der ersten Hall-Einrichtung 21 empfangen wird, unter Bezugnahme auf 19 beschrieben. Das magnetische Feld, welches von der ersten Hall-Einrichtung empfangen wird, wird für jeden Strom berechnet. Ein Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von dem Strom I₁ empfängt, wird mit Gleichung 45 ausgedrückt. [Ausdruck 45]
wobei θ' ein Winkel ist, der von dem ersten Leiter 11 und einer Linie, die durch den linken Endabschnitt des ersten Leiters 11 und die erste Hall-Einrichtung 21 gebildet ist, gebildet wird, und r eine Länge einer vertikalen Linie von der ersten Hall-Einrichtung 21 zu dem ersten Leiter 11 ist. Wenn r im Vergleich mit der Länge des ersten Leiters 11 ausreichend klein ist, ist θ' = O und deshalb ist cosθ' = 1.
Somit wird das voranstehend erwähnte magnetische Feld durch den Ausdruck 46 ausgedrückt. [Ausdruck 46]
Ferner wird ein Ausdruck 47 durch die Gleichung (1) des Ausdrucks 43 so eingereichtet, dass ein Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von dem Strom I₁ empfängt, erhalten wird. [Ausdruck 47]
Wie bei der Berechnung eines magnetischen Felds, das die erste Hall-Einrichtung von dem Strom I₁ empfängt, wird ein magnetisches Feld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von dem Strom I₂ berechnet. Dieses magnetische Feld wird mit dem Ausdruck 48 ausgedrückt. [Ausdruck 48]
Als nächstes wird eine Berechnung des magnetischen Felds, das die erste Hall-Einrichtung 21 von dem Strom I₃ empfängt, unter Bezugnahme auf 20 beschrieben. Zu dieser Zeit wird das magnetische Feld mit dem Ausdruck 49 ausgedrückt.
[Ausdruck 49]
Hierbei wird ein Ausdruck 50 aus der Gleichung (1) und cosθ' = 1 erhalten. Infolgedessen wird ein Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von dem Strom I₂ empfängt, ermittelt.
[Ausdruck 50]
Als nächstes werden die drei ermittelten magnetischen Felder miteinander überlappt, um so die Größe eines magnetischen Felds zu ermitteln, das die erste Hall-Einrichtung 21 empfängt. Wenn hierbei θ₁ > 2π/3 ist, weil θ₁+ θ₂/2 > π ist, und eine Richtung eines magnetischen Felds, das von I₃ empfangen wird, invers ist, werden Operationen für die zwei Fälle von 0 < θ₁ ≤ 2π/3 und 2π/3 ≤ θ₁ ≤ 2π getrennt ausgeführt, und dann wird ein synthetisches magnetisches Feld erhalten.
Zunächst wird für den Fall 0 < θ₁ ≤ 2π/3 das synthetische magnetische Feld mit dem Ausdruck 51 ausgedrückt. [Ausdruck 51]
Für den Fall von 2π/3 ≤ θ₁ ≤ 2π wird das synthetische magnetische Feld mit dem Ausdruck 52 ausgedrückt. [Ausdruck 52]
Ein synthetisches Magnetfeld, das die zweite Hall-Einrichtung empfängt, wird wie bei der Berechnung des synthetischen Magnetfelds, das die erste Hall-Einrichtung empfängt, ermittelt. Für den Fall von 0 < θ₁ ≤ 2π/3 wird das synthetische Magnetfeld mit dem Ausdruck 53 ausgedrückt. [Ausdruck 53]
Für den Fall von 2π/3 ≤ θ₁ ≤ 2π wird das synthetische Magnetfeld mit dem Ausdruck 54 ausgedrückt. [Ausdruck 54]
Ferner wird eine Differenz eines Magnetfelds zwischen dem synthetischen Magnetfeld der ersten Hall-Einrichtung 21 und dem synthetischen Magnetfeld der zweiten Hall-Einrichtung ermittelt. Für den Fall von 0 < θ₁ ≤ 2π/3 wird die Differenz des Magnetfelds mit dem Ausdruck 55 ausgedrückt. [Ausdruck 55]
2) 2/3π ≤ θ1 ≤ 2π
Für den Fall von 2π/3 ≤ θ₁ ≤ 2π wird die Differenz des Magnetfelds mit dem Ausdruck 56 ausgedrückt. [Ausdruck 56]
Wenn I₁/(4·π·r) auf 1 normalisiert ist und ein Wert der Differenz des Magnetfelds eine Funktion von θ₁ ist, ändert sich die Differenz des Magnetfelds entsprechend zu den Änderungen von θ₁, wie in 21 gezeigt. Diese Differenz des Magnetfelds wird maximal, wenn θ₁ = π ist.
Als nächstes wird ein Teilungsverhältnis der Ströme I₁, I₂, I₃ berechnet. Unter der Annahme, dass I₂/I₁ = k ist, ergibt sich, dass I₂ = kI₁ ist, I₃ = –(1 + k)I₁ ist und nur dieses k ermittelt werden muss. Zunächst wird für den Fall von 0 < θ₁ ≤ 2π/3 ein magnetisches Feld S1, das die Hall-Einrichtung 21 empfängt, mit dem Ausdruck 57 ausgedrückt.
[Ausdruck 57]
Wenn beabsichtigt ist, k mit diesem Ausdruck 57 zu ermitteln, wird k mit dem Ausdruck 58 ausgedrückt.
[Ausdruck 58]
Wenn ein Magnetfeld S₂, das von der Hall-Einrichtung 22 empfangen wird, von dem magnetischen Feld S₁, das von der Hall-Einrichtung 21 empfangen wird, subtrahiert wird, dann wird der Ausdruck 59 erhalten.
[Ausdruck 59]
Infolgedessen wird der Strom I₁ mit dem Ausdruck 60 ausgedrückt.
[Ausdruck 60]
Wenn der Strom I₁, der von dieser Gleichung 60 erhalten wird, in den Ausdruck 58 eingesetzt wird, wird k mit dem Ausdruck 61 ausgedrückt.
[Ausdruck 61]
Wenn der Verzweigungswinkel θ₁ vorgegeben ist, können die Ströme I₁, k durch die magnetischen Felder S1, S2 erhalten werden, die die zwei Hall-Einrichtungen 21, 22 empfangen. Durch Verwenden des ermittelten k können die Ströme I₂, I₃ erhalten werden. Wenn hierbei θ₁ = 2/3π (θ₁ = θ₂ = θ₃) ist, wird k mit der Gleichung 62 ausgedrückt.
[Ausdruck 62]
Durch diesen Betrieb können die Ströme I₁, I₂, I₃, die durch die drei Leiter von Magnetfeldern fließen, die von den zwei Hall-Einrichtungen 21, 22 empfangen werden, erhalten werden.
Als nächstes wird für den Fall von 2π/3 ≤ θ₁ ≤ 2π das Magnetfeld S₁ und k mit dem Ausdruck 63 ausgedrückt.
[Ausdruck 63]
Wenn das magnetische Feld S2 von dem magnetischen Feld S₁ subtrahiert wird, wird der Ausdruck 64 erhalten.
[Ausdruck 64]
Der Strom I₁ wird durch den Ausdruck 65 wegen des Ausdrucks 64 ausgedrückt.
[Ausdruck 65]
Wenn der Strom I₁ dieses Ausdrucks 65 in k des Ausdrucks 63 eingesetzt wird, wird k mit dem Ausdruck 66 ausgedrückt.
[Ausdruck 66]
Bei dem Winkel θ₁ = π, der die Empfindlichkeit maximiert, wird k mit dem Ausdruck 67 ausgedrückt.
[Ausdruck 67]
Durch diese Operation können die Ströme I₁, I₂, I₃, die durch die drei Leiter von Magnetfeldern fließen, die die zwei Hall-Einrichtungen 21, 22 empfangen, ermittelt werden.
11. Ausführungsform
Gemäß der 11. Ausführungsform ist n der vorliegenden Erfindung "3" und m ist "2". In diesem Beispiel sind drei Winkel, die von den verzweigten ersten–dritten Leitern gebildet werden, unterschiedlich zueinander. 22 ist eine perspektivische Ansicht, die an einen Aufbau des Sensorabschnitts der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der 11. Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieser Sensorabschnitt umfasst den Leiter 10, die erste Hall-Einrichtung 21 und die zweite Hall-Einrichtung 22. Gewöhnlicherweise sind diese Komponenten in einer elektrischen Verbindungsbox (nicht gezeigt) eingebaut. In dieser 11. Ausführungsform wird kein Magnetismus-Sammelkern verwendet.
Wie in 22 gezeigt, umfasst der Leiter 10 den ersten Leiter 11, den zweiten Leiter 12 und den dritten Leiter 13, die in drei Richtungen von dem Verzweigungspunkt O auf einer flachen Ebene einschließlich des Verzweigungspunkts O angeordnet sind. Der erste Leiter 11, der zweite Leiter 12 und der dritte Leiter 13 entsprechen den drei N Leitern der vorliegenden Erfindung. Enden der jeweiligen Leiter sind mit dem Verzweigungspunkt O verbunden.
Zudem kann der Leiter 10 durch Verbinden von Enden der drei getrennten Leiter, nämlich des ersten Leiters 11, des zweiten Leiters 12 und des dritten Leiters 13 an dem Verzweigungspunkt O und anstelle davon durch Bilden des ersten Leiters 11, des zweiten Leiters 12 und des dritten Leiters 13 integral gebildet werden. Ferner ist es auch zulässig, diesen Leiter 11 durch Bilden eines Verdrahtungsmusters mit drei Verzweigungsrouten, die den ersten Leiter 11, den zweiten Leiter 12 und den dritten Leiter 13 umfassen, auf einem Substrat zu bilden.
Die erste Hall-Einrichtung 21 und die zweite Hall-Einrichtung 22 entsprechen m elektromagnetischen Wandlern der vorliegenden Erfindung. Jede Hall-Einrichtung erzeugt ein Spannungs-(Hallspannungs-)Signal entsprechend einer Dichte eines magnetischen Flusses, der in eine Magnetismus-Erfassungsoberfläche (Magnetfluss-Erfassungsoberfläche) eintritt. Ein vorgegebener Strom wird an jeder Hall-Einrichtung über eine Zuleitung (nicht gezeigt) geführt und das Spannungssignal, das in jeder Hall-Einrichtung erzeugt wird, wird über eine Zuleitung herausgenommen (nicht gezeigt).
Positionen, an denen die jeweiligen Hall-Einrichtungen angeordnet sind, sind wie folgt bestimmt. Das heißt, die erste Hall-Einrichtung 21 ist zwischen dem zweiten Leiter 12 und dem dritten Leiter 13 und in dem gleichen Abstand von diesen Leitern angeordnet. Das heißt, die erste Hall-Einrichtung 21 ist unter einem Winkel angeordnet, der einen Winkel θ₁, der von dem zweiten Leiter 12, dem Verzweigungspunkt O und dem dritten Leiter 13 gebildet wird, in zwei Abschnitte aufteilt. Die zweite Hall-Einrichtung 22 ist zwischen dem ersten Leiter 11 und dem zweiten Leiter 12 und in dem gleichen Abstand von diesen Leitern angeordnet. Das heißt, die zweite Hall-Einrichtung 22 ist unter einem Winkel angeordnet, der einen Winkel θ₂, der durch den ersten Leiter 11, den Verzweigungspunkt O und den zweiten Leiter 12 gebildet ist, in zwei Abschnitte teilt. Für beide Hall-Einrichtungen 21, 22 wird angenommen, dass ein Abstand r von jedem der Leiter, die eine Hall-Einrichtung einbetten, zu der Hall-Einrichtung gleich ist. Ferner stimmen die Magnetismus-Erfassungsoberflächen der jeweiligen Hall-Einrichtungen im wesentlichen mit einer flachen Ebene einschließlich des Verzweigungspunkts O überein und sind in die gleiche Richtung gerichtet.
Als nächstes wird ein Betriebssensorabschnitt der Stromerfassungsvorrichtung gemäß der 11. Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem derartigen Aufbau beschrieben.
Zunächst ist aufgrund der Kirchhoff-Formel I₁ + I₂ + I₃ = 0 und θ₁ + θ₂ + θ₃ = 2π. Wenn angenommen wird, dass r eine Konstante ist, die durch ein Design bestimmt wird, dann sind die Variablen drei Stromwerte I₁–I₃. Weil drei Gleichungen vorhanden sind, das heißt Magnetfelder S₁, S₂, die die Hall-Einrichtungen 21, 22 empfangen, und wegen der Kirchhoff-Formel, können die drei Variabeln I₁–I₃ von den zwei Hall-Einrichtungen 21, 22 bestimmt werden.
Eine Berechnung von drei Variablen I₁–I₃ wird für jeden Fall in Abhängigkeit einer Einstellung der Winkel θ₁, θ₂ beschrieben. Zunächst zeigt 23 einen Aufbau des Sensorabschnitts für den Fall von 0 ≤ θ₁ < 2 + θ₂ ≤ π und 0 ≤ θ₁ + θ₂/2 ≤ π. Ein Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 zu dieser Zeit empfängt, wird erhalten. Zunächst wird das Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von dem Strom I₁ empfängt, mit dem Ausdruck 68 ausgedrückt.
[Ausdruck 68]
Das Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von dem Strom I₂ empfängt, wird mit dem Ausdruck 69 ausgedrückt.
[Ausdruck 69]
Das Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von dem Strom I₃ empfängt, wird mit der Gleichung 70 ausgedrückt.
[Ausdruck 70]
Somit wird das Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von den Strömen I₁–I₃ empfängt, mit dem Ausdruck 71 ausgedrückt.
[Ausdruck 71]
Als nächstes wird das Magnetfeld, das die zweite Hall-Einrichtung 22 von dem Strom I₁ empfängt, mit dem Ausdruck 72 ausgedrückt.
[Ausdruck 72]
Das Magnetfeld, das die zweite Hall-Einrichtung 22 von dem Strom I₂ empfängt, wird mit dem Ausdruck 73 ausgedrückt.
[Ausdruck 73]
Das Magnetfeld, das die zweite Hall-Einrichtung 22 von dem Strom I₃ empfängt, wird mit dem Ausdruck 74 ausgedrückt.
[Ausdruck 74]
Deshalb wird das Magnetfeld, das die zweite Hall-Einrichtung 22 von den Strömen I₁–I₃ empfängt, mit dem Ausdruck 75 ausgedrückt.
[Ausdruck 75]
Somit werden die magnetischen Felder S1, S2 mit dem Ausdruck 76 ausgedrückt.
[Ausdruck 76]
Der Strom I₁ wird durch den Ausdruck 77 aufgrund von (1-3-1) der Gleichung 76 ausgedrückt.
[Ausdruck 77]
Wenn der Strom I₁ in die Gleichung (1-3-2) des Ausdrucks 76 eingesetzt wird, wird ein Ausdruck 78 erhalten.
[Ausdruck 78]
Wenn dieser Ausdruck 78 bezüglich des Stroms I₂ gelöst wird, wird der Ausdruck 79 erhalten, so dass der Strom I₂ ermittelt wird.
[Ausdruck 79]
Wenn zudem θ₁ = θ₂ in der Gleichung (1-3-3) eingestellt wird, wird der Strom I₂ durch den Ausdruck 80 ausgedrückt.
[Ausdruck 80]
Für den Fall, dass θ₁ nicht gleich zu θ₂ wie bei der Gleichung (1-3-4) ist, wenn zwei Hall-Einrichtungen Rauschen mit dem gleichen Pegel und der gleichen Richtung empfangen, kann dieses Rauschen durch die voranstehend erwähnte Operation nicht ausgelöscht werden. Wenn die Gleichung (1-3-4) in die Gleichung (1-3-3) eingesetzt wird, wird der Strom I₁ durch den Ausdruck 81 ausgedrückt.
[Ausdruck 81]
Ferner wird der Strom I₃ aufgrund der Kirchhoff-Formel erhalten und dieser Strom I₃ wird mit dem Ausdruck 82 ausgedrückt.
[Ausdruck 82]
Als nächstes zeigt 24 einen Aufbau des Sensorabschnitts für den Fall von π ≤ θ₁/2 + θ₂ ≤ 2π und 0 ≤ θ₁ + θ₂/2 ≤ π. Ein Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 in diesem Fall empfängt, ist zu ermitteln. Zunächst wird das Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von dem Strom I₁ empfängt, mit dem Ausdruck 83 ausgedrückt.
[Ausdruck 83]
Das Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von dem Strom I₂ empfängt, wird mit dem Ausdruck 84 ausgedrückt.
[Ausdruck 84]
Das magnetische Feld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von dem Strom I₃ empfängt, wird mit dem Ausdruck 85 ausgedrückt.
[Ausdruck 85]
Somit wird ein Magnetfeld, das die Hall-Einrichtung 21 von den Strömen I₁–I₃ empfängt, mit der Gleichung 86 ausgedrückt.
[Ausdruck 86]
Als nächstes wird das Magnetfeld, das die zweite Hall-Einrichtung 22 von dem Strom I₁ empfängt, durch den Ausdruck 87 ausgedrückt.
[Ausdruck 87]
Das Magnetfeld, das die zweite Hall-Einrichtung 22 von dem Strom I₂ empfängt, wird mit dem Ausdruck 88 ausgedrückt.
[Ausdruck 88]
Das Magnetfeld, das die zweite Hall-Einrichtung 22 von dem Strom I₃ empfängt, wird mit dem Ausdruck 89 ausgedrückt.
[Ausdruck 89]
Deshalb wird das Magnetfeld, das die zweite Hall-Einrichtung von den Strömen I₁–I₃ empfängt, mit dem Ausdruck 90 ausgedrückt.
[Ausdruck 90]
Deshalb werden die magnetischen Felder S₁, S₂ durch den Ausdruck 91 ausgedrückt.
[Ausdruck 91]
Der Strom I₂ wird durch den Ausdruck 92 wegen der Gleichung (2-3-2) des Ausdrucks 91 ausgedrückt.
[Ausdruck 92]
Wenn der Strom I₂ in die Gleichung (2-3-1) des Ausdrucks 91 eingesetzt wird, wird der Ausdruck 93 ermittelt und somit wird der Strom I₁ ermittelt.
[Ausdruck 93]
Wenn dieser Ausdruck 93 in die Gleichung (2-3-3) eingesetzt wird, wird die Gleichung erhalten und somit wird der Strom I₂ und der Strom I₃ erhalten.
[Ausdruck 94]
Als nächstes zeigt 25 einen Aufbau des Sensorabschnitts für den Fall von π ≤ θ₁/2 + θ₂ ≤ 2π und π ≤ θ₁ + θ₂/2 ≤ 2π. Ein Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 in diesem Fall empfängt, wird ermittelt. Zunächst wird das magnetische Feld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von dem Strom I₁ empfängt, durch den Ausdruck 95 ausgedrückt.
[Ausdruck 95]
Das Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von dem Strom I₂ empfängt, wird mit dem Ausdruck 96 ausgedrückt.
[Ausdruck 96]
Das Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von dem Strom I₃ empfängt, wird mit dem Ausdruck 97 ausgedrückt.
[Ausdruck 97]
Deshalb wird das Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von den Strömen I₁–I₃ empfängt, mit dem Ausdruck 98 ausgedrückt.
[Ausdruck 98]
Als nächstes wird das Magnetfeld, das die zweite Hall-Einrichtung 22 von dem Strom I₁ empfängt, mit der Gleichung 99 ausgedrückt.
[Ausdruck 99]
Das Magnetfeld, das die zweite Hall-Einrichtung von dem Strom I₂ empfängt, wird mit dem Ausdruck 100 ausgedrückt.
[Ausdruck 100]
Das Magnetfeld, das die zweite Hall-Einrichtung 22 von dem Strom I₃ empfängt, wird mit dem Ausdruck 101 ausgedrückt.
[Ausdruck 101]
Deshalb wird das die zweite Hall-Einrichtung 22 von den Strömen I₁–I₃ empfängt, mit dem Ausdruck 102 ausgedrückt.
[Ausdruck 102]
Somit werden die magnetischen Felder S₁, S₂ durch den Ausdruck 103 ausgedrückt.
[Ausdruck 103]
Aufgrund der Gleichung (3-3-2) des Ausdrucks 103 wird der Strom I₂ durch den Ausdruck 104 ausgedrückt.
[Ausdruck 104]
Wenn dieser Strom I₂ in die Gleichung (3-3-1) des Ausdrucks 103 eingesetzt wird, wird der Ausdruck 105 erhalten und somit wird der Strom I₁ erhalten.
[Ausdruck 105]
Wenn dieser Ausdruck 105 in die Gleichung (3-3-3) eingesetzt wird, wird der Ausdruck 106 erhalten und dann werden die Ströme I₂, I₃ erhalten.
[Ausdruck 106]
Hierbei ist θ₁ = θ₂ in der Gleichung (3-3-5) eingestellt und der Strom I₂, der durch einen Leiter fließt, der von den zwei Hall-Einrichtungen 21, 22 sandwichweise umgeben (eingebettet) ist wird mit dem Ausdruck 107 ausgedrückt.
[Ausdruck 107]
Als nächstes zeigt 26 einen Aufbau des Sensorabschnitts für den Fall von π ≤ θ₁/2 + θ₂/2 ≤ π und π ≤ θ₁ + θ₂/2 ≤ 2π. Ein Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 in diesem Fall empfängt, wird ermittelt werden. Zunächst wird das magnetische Feld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von dem Strom I₁ empfängt, durch den Ausdruck 108 ausgedrückt.
[Ausdruck 108]
Das magnetische Feld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von dem Strom I₂ empfängt, wird mit dem Ausdruck 109 ausgedrückt.
[Ausdruck 109]
Das Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von dem Strom I₃ empfängt, wird mit der Gleichung 110 ausgedrückt.
[Ausdruck 110]
Deshalb wird das Magnetfeld, das die erste Hall-Einrichtung 21 von den Strömen I₁–I₃ empfängt, mit dem Ausdruck 111 ausgedrückt.
[Ausdruck 111]
Als nächstes wird das magnetische Feld, das die zweite Hall-Einrichtung 22 von dem Strom I₁ empfängt, mit dem Ausdruck 112 ausgedrückt.
[Ausdruck 112]
Das magnetische Feld, das die zweite Hall-Einrichtung 22 von dem Strom I₂ empfängt, wird mit dem Ausdruck 113 ausgedrückt.
[Ausdruck 113]
Das magnetische Feld, das die zweite Hall-Einrichtung 22 von dem Strom I₃ empfängt, wird durch den Ausdruck 114 ausgedrückt.
[Ausdruck 114]
Somit wird das magnetische Feld, das die zweite Hall-Einrichtung von den Strömen I₁–I₃ empfängt, durch den Ausdruck 115 ausgedrückt.
[Ausdruck 115]
Somit werden die magnetischen Felder S₁, S₂ durch den Ausdruck 116 ausgedrückt.
[Ausdruck 116]
Der Strom I₁ wird durch den Ausdruck 117 wegen der Gleichung (4-3-1) des Ausdrucks 116 ausgedrückt.
[Ausdruck 117]
Wenn dieser Strom I₁ in die Gleichung (4-3-2) des Ausdrucks 116 eingesetzt wird, wird der Ausdruck 118 erhalten und somit wird der Strom I₂ erhalten.
[Ausdruck 118]
Wenn dieser Ausdruck 118 in die Gleichung (4-3-3) eingesetzt wird, wird der Ausdruck 119 erhalten und somit wird der Strom I₁ erhalten.
[Ausdruck 119]
Ferner wird der Strom I₃ wegen der Kirchhoff-Formel erhalten und der Strom I₃ wird durch den Ausdruck 120 ausgedrückt.
[Ausdruck 120]

Claims

Stromerfassungsvorrichtung, umfassend: n Leiter (11, 12, 13), die so angeordnet sind, dass sie von einem Verzweigungspunkt (0) radial verzweigt sind; m elektromagnetische Wandler (21, 22, 23), die zwischen benachbarten Leitern der n Leiter (11, 12,13) angeordnet sind; und eine Betriebsverarbeitungsschaltung (30) zum Erfassen eines Stroms (I1, I2, I3), der durch jeden der n Leiter (11, 12, 13) fließt, auf Grundlage eines Betriebsausgangs (DT1, DT2, DT3), der aus einer vorgegebenen Operation (31, 32, 33) auf Grundlage eines elektrischen Signals (VB1, VB2, VB3) von jedem der m elektromagnetischen Wandler (21, 22, 23) erhalten wird, wobei n: ein Integer ist, der n ≥ 3 erfüllt; und wobei m: ein Integer ist, der m ≥ 2 erfüllt.
Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die n Leiter (11, 12, 13) auf einer flachen Ebene, die den Verzweigungspunkt (0) einschließt, angeordnet sind und die m elektromagnetischen Wandler (21, 22, 23) so angeordnet sind, dass eine Magnetismus-Erfassungsoberfläche von jedem Wandler (21, 22, 23) auf der flachen Ebene existiert.
Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Anzahl n = 3 ist, während die drei Leiter (11, 12, 13) von dem Verzweigungspunkt (0) auf der flachen Ebene in drei Richtungen um 120° angeordnet sind; die Anzahl m = 3 ist, während die drei elektromagnetischen Wandler (21, 22, 23) in dem gleichen Abstand von benachbarten Leitern und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet sind; und die Betriebsverarbeitungsschaltung (30) einen Strom (I1, I2, I3), der durch den Leiter (11, 12, 13) fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals (VB1, VB2, VB3) zwischen den zwei elektromagnetischen Wandlern (21, 22, 23), die jeden Leiter (11, 12, 13) einbetten, erfasst.
Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Anzahl n = 3 ist, während die drei Leiter (11, 12, 13) in drei Richtungen von dem Verzweigungspunkt (0) auf der flachen Ebene so angeordnet sind, dass ein Winkel zwischen dem ersten Leiter (11) und dem zweiten Leiter (12) 90° ist, ein Winkel zwischen dem zweiten Leiter (12) und dem dritten Leiter (13) 90° ist und ein Winkel zwischen dem dritten Leiter (13) und dem ersten Leiter (11) 180° ist; die Anzahl m = 4 ist, während der erste elektromagnetische Wandler (21) in dem gleichen Abstand von dem ersten Leiter (11) und dem zweiten Leiter (12) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet ist, der zweite elektromagnetische Wandler (22) in dem gleichen Abstand von dem zweiten Leiter (12) und dem dritten Leiter (13) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet ist, der dritte elektromagnetische Wandler (23) symmetrisch zu dem ersten elektromagnetischen Wandler (21) bezüglich des dritten Leiters (13) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet ist, und der vierte elektromagnetische Wandler (24) symmetrisch zu dem ersten elektromagnetischen Wandler (21) bezüglich des ersten Leiters (11) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet ist; und die Betriebsverarbeitungsschaltung (30) einen Strom (I1, I2, I3), der durch den Leiter (11, 12, 13) fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals (VB1, VB2, VB3, VB4) zwischen den vier elektromagnetischen Wandlern (21, 22, 23, 24), die jeden Leiter (11, 12, 13) einbetten, erfasst.
Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Anzahl n = 4 ist, während die vier Leiter (11, 12, 13, 14) von dem Verzweigungspunkt (0) auf der flachen Ebene in vier Richtungen um 90° angeordnet sind; die Anzahl m = 4 ist, während die vier elektromagnetischen Wandler (21, 22, 23, 24) in dem gleichen Abstand von benachbarten zwei Leitern (11, 12, 13, 14) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet sind; und die Betriebsverarbeitungsschaltung (30) einen Strom (I1, I2, I3, I4), der durch den Leiter (11, 12, 13, 14) fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals (VB1, VB2, VB3, VB4) zwischen den vier elektromagnetischen Wandlern (21, 22, 23, 24), die jeden Leiter (11, 12, 13, 14) einbetten, erfasst.
Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die n Leiter (11, 12, 13) auf dreidimensionalen Achsen senkrecht zueinander mit dem Verzweigungspunkt (0) als eine Ausgangsposition angeordnet sind und die n elektromagnetischen Wandler (21, 22, 23) so angeordnet sind, dass Magnetismus-Erfassungsoberflächen davon auf einer flachen Ebene existieren, die die zwei Achsen der drei Achsen umfasst.
Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Anzahl n = 3 ist, während die drei Leiter (11, 12, 13) in drei Richtungen der drei Achsen angeordnet sind; und die Anzahl m = 3 ist, während der erste elektromagnetische Wandler (21) in dem gleichen Abstand von dem ersten Leiter (11) und dem zweiten Leiter (12), die auf der flachen Ebene existieren, und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet ist, der zweite elektromagnetische Wandler (22) symmetrisch zu dem ersten elektromagnetischen Wandler (21) bezüglich des zweiten Leiters (12) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet ist und der dritte elektromagnetische Wandler (23) symmetrisch zu dem ersten elektromagnetischen Wandler (21) bezüglich des ersten Leiters (11) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet ist; und die Betriebsverarbeitungsschaltung (30) einen Strom, der durch jeden Leiter des ersten bis dritten Leiters fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals (VB1, VB2, VB3) zwischen drei elektromagnetischen Wandlern (21, 22, 23), die jeden des ersten Leiters (11) und des zweiten Leiters (12), die auf der flachen Ebene existieren, einbetten, erfasst.
Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Anzahl n = 4 ist, während die vier Leiter (11, 12, 13, 14) auf den drei Achsen und einer Achse der negativen Richtung von einer der drei Achsen angeordnet sind; die Anzahl m = 4 ist, während die ersten bis vierten elektromagnetischen Wandler auf einer flachen Ebene angeordnet sind, die die zwei Achsen der drei Achsen und die Achsen der negativen Richtung umfasst; und der erste elektromagnetischen Wandler (21) und der zweite elektromagnetischen Wandler (22) in dem gleichen Abstand von dem ersten Leiter (11), der einer der ersten bis dritten Leiter ist, die auf der flachen Ebene existieren, und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet sind, der dritte elektromagnetische Wandler (23) symmetrisch zu dem zweiten elektromagnetischen Wandler (22) bezüglich des zweiten Leiters (12) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet ist, und der vierte elektromagnetische Wandler (24) symmetrisch zu dem dritten elektromagnetischen Wandler (23) bezüglich des dritten Leiters (13) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet ist; und die Betriebsverarbeitungsschaltung (30) einen Strom, der durch jeden Leiter der ersten bis vierten Leiter fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals (VB1, VB2, VB3, VB4) zwischen den vier elektromagnetischen Wandlern (21, 22, 23, 24) erfasst, die jeden Leiter der ersten bis dritten Leiter einbetten, die auf der flachen Ebene existieren.
Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die m elektromagnetischen Wandler (21, 22, 23) so angeordnet sind, dass die Magnetismus-Erfassungsoberflächen davon in der gleichen Richtung ausgerichtet sind.
Stromerfassungsverfahren, umfassend: Anordnen von n Leitern (11, 12, 13) so, dass sie von einem Verzweigungspunkt (0) radial verzweigt sind; Anordnen von m elektromagnetischen Wandlern (21, 22, 23) zwischen benachbarten Leitern der n Leiter (11, 12, 13); und Erfassen eines Stroms (I1, I2, I3), der durch jeden der n Leiter (11, 12, 13) fließt, auf Grundlage eines Betriebsausgangs (DT1, DT2, DT3), der von einer vorgegebenen Operation (31, 32, 33) auf Grundlage eines elektrischen Signals (VB1, VB2, VB3) von jedem der m elektromagnetischen Wandler (21, 22, 23) erhalten wird, wobei n: ein Integer ist, der n ≥ 3 erfüllt; m: ein Integer ist, der m ≥ 2 erfüllt.
Stromerfassungsverfahren nach Anspruch 10, wobei die n Leiter (11, 12, 13) auf einer flachen Ebene, die den Verzweigungspunkt (0) umfasst, angeordnet werden und die m elektromagnetischen Wandler (21, 22, 23) so angeordnet werden, dass eine Magnetismus-Erfassungsoberfläche von jedem Wandler davon auf der flachen Ebene existiert.
Stromerfassungsverfahren nach Anspruch 11, umfassend die folgenden Schritte: während die Anzahl n = 3 ist, Anordnen der drei Leiter (11, 12, 13) von dem Verzweigungspunkt (0) auf der flachen Ebene in drei Richtungen um jeweils 120°; während die Anzahl m = 3 ist, Anordnen der drei elektromagnetischen Wandler (21, 22, 23) in dem gleichen Abstand von benachbarten Leitern (11, 12, 13) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0); und Erfassen eines Stroms (I1, I2, I3), der durch den Leiter fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals (VB1, VB2, VB3) zwischen zwei elektromagnetischen Wandlern (21, 22, 23), die jeden Leiter (11, 12, 13) einbetten.
Stromerfassungsverfahren nach Anspruch 11, umfassend die folgenden Schritte: währen die Anzahl n = 3 ist, Anordnen der drei Leiter (11, 12, 13) in drei Richtungen von dem Verzweigungspunkt (0) auf der flachen Ebene derart, dass ein Winkel zwischen dem ersten Leiter (11) und der zweiten Leiter (12) 90° ist, ein Winkel zwischen dem zweiten Leiter (12) und dem dritten Leiter (13) 90° ist, und ein Winkel zwischen dem dritten Leiter (13) und dem ersten Leiter (11) 180° ist; und während die Anzahl m = 4 ist, Anordnen des ersten elektromagnetischen Wandlers (21) in dem gleichen Abstand von dem ersten Leiter (11) und dem zweiten Leiter (12) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0), Anordnen des zweiten elektromagnetischen Wandlers (22) in dem gleichen Abstand von dem zweiten Leiter (12) und dem dritten Leiter (13) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0), Anordnen des dritten elektromagnetischen Wandlers (23) symmetrisch zu dem zweiten elektromagnetischen Wandler (22) bezüglich des dritten Leiters (13) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0), und Anordnen des vierten elektromagnetischen Wandlers (24) symmetrisch zu dem ersten elektromagnetischen Wandler (21) bezüglich des ersten Leiters (11) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0); und Erfassen eines Stroms (I1, I2, I3), der durch den Leiter fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals (VB1, VB2, VB3, VB4) zwischen den vier elektromagnetischen Wandlern (21, 22, 23, 24), die jeden Leiter (11, 12, 13) einbetten.
Stromerfassungsverfahren nach Anspruch 11, wobei die Anzahl n = 4 ist, während die vier Leiter (11, 12, 13, 14) von dem Verzweigungspunkt (0) auf der flachen Ebene in vier Richtungen um jeweils 90° angeordnet sind; die Anzahl m = 4 ist, während die vier elektromagnetischen Wandler (21, 22, 23, 24) in dem gleichen Abstand von benachbarten zwei Wandlern und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet sind; und ein Strom, der durch den Leiter fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals (VB1, VB2, VB3, VB4) zwischen den vier elektromagnetischen Wandlern (21, 22, 23, 24), die jeden Leiter (11, 12, 13, 14) einbetten, erfasst wird.
Stromerfassungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die n Leiter (11, 12, 13) auf dreidimensionalen Achsen senkrecht zueinander mit dem Verzweigungspunkt (0) als eine Ausgangsposition angeordnet sind und die m elektromagnetischen Wandler so angeordnet sind, dass Magnetismus-Erfassungsoberflächen davon auf einer flachen Ebene, die die zwei Achsen der drei Achsen umfasst, angeordnet sind.
Stromerfassungsverfahren nach Anspruch 15, wobei die Anzahl n = 3 ist, während die drei Leiter (11, 12, 13) in drei Richtungen der drei Achsen angeordnet sind; die Anzahl m = 3 ist, während der erste elektromagnetische Wandler (21) in dem gleichen Abstand von dem ersten Leiter (11) und dem zweiten Leiter (12), die auf der flachen Ebene existieren, und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet ist, der zweite elektromagnetische Wandler (22) symmetrisch zu dem ersten elektromagnetischen Wandler (21) bezüglich des zweiten Leiters (12) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet ist, und der dritte elektromagnetische Wandler (23) symmetrisch zu dem ersten elektromagnetischen Wandler (21) bezüglich des ersten Leiters (11) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet ist; und ein Strom, der durch jeden Leiter der ersten–dritten Leiter fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals (VB1, VB2, VB3) zwischen drei elektromagnetischen Wandlern (21, 22, 23) erfasst wird, die jeden des ersten Leiters (11) und des zweiten Leiters (12), die auf der flachen Ebene existieren, einbetten.
Stromerfassungsverfahren nach Anspruch 15, wobei die Anzahl n = 4 ist, während die vier Leiter (11, 12, 13, 14) auf den drei Achsen und einer Achse einer negativen Richtung von einer der drei Achsen angeordnet sind; die Anzahl m = 4 ist, während die ersten bis vierten elektromagnetischen Wandler auf einer flachen Ebene angeordnet sind, die die zwei Achsen der drei Achsen und die Achsen der negativen Richtung umfasst; der erste elektromagnetische Wandler (21) und der zweite elektromagnetischen Wandler (22) in dem gleichen Abstand von dem ersten Leiter (11), der einer der ersten bis dritten Leiter ist, die auf der flachen Ebene existieren, und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet sind, der dritte elektromagnetische Wandler (23) symmetrisch zu dem zweiten elektromagnetischen Wandler (22) bezüglich des zweiten Leiters (12) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet ist, und der vierte elektromagnetische Wandler (24) symmetrisch zu dem dritten elektromagnetischen Wandler (23) bezüglich des dritten Leiters (13) und in dem gleichen Abstand von dem Verzweigungspunkt (0) angeordnet ist; und ein Strom, der durch jeden Leiter der ersten bis dritten Leiter fließt, durch Ermitteln einer Differenz eines elektrischen Signals (VB1, VB2, VB3, VB4) zwischen den vier elektromagnetischen Wandlern (21, 22, 23, 24) erfasst wird, die jeden Leiter der ersten bis dritten die auf der flachen Ebene existieren, einbetten.
Stromerfassungsverfahren nach Anspruch 12, wobei die m elektromagnetischen Wandler (21, 22, 23) so angeordnet sind, dass die Magnetismus-Erfassungsoberflächen davon in der gleichen Richtung ausgerichtet sind.