(57)【要約】  本発明は、導電体（５６）における２つの導体部（１４）の間に配置された磁気抵抗勾配センサ（１２）を含む、電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２）に関する。導体部（１４）は電流を分離し、磁気抵抗勾配センサ（１２）の配置に対して同じ方向に通電させ、磁気抵抗勾配センサ（１２）の測定面（２０）に対して垂直方向にオフセットされる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体（５６）における２つの導体部（１４ａ、１４ｂ）の間に配置された磁気抵抗勾配センサ（１２）を含む電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）であって、前記導体部（１４ａ、１４ｂ）が電流を細分して、前記磁気抵抗勾配センサ（１２）の配置に対して同じ方向に通電させ、前記導体部（１４ａ、１４ｂ）が前記磁気抵抗勾配センサ（１２）の測定面（２０）に対して高さ方向にオフセットされる、電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項２】
１つの導体部（１４ｂ）は前記測定面（２０）の下方にガイドされ、１つの導体部（１４ａ）は前記測定面（２０）の上方にガイドされる、請求項１に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項３】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）の双方は同一の電流成分と、前記測定面（２０）からの同一の相対距離及び前記磁気抵抗勾配センサ（１２）からの同一の相対距離とを有する、請求項１又は２に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項４】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）の双方は、同一でない電流成分、並びに／又は、前記測定面（２０）からの同一でない相対距離及び前記磁気抵抗勾配センサ（１２）からの同一でない相対距離を有し、前記同一でない電流成分及び前記同一でない距離が互いに補償するか、又は測定電流値が補正係数若しくは補正特性によって補正可能である、請求項１〜３の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項５】
前記磁気抵抗勾配センサ（１２）はフレキシブルＰＣＢフィルム（１８）に配置される、請求項１〜４の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項６】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）の双方は前記磁気抵抗勾配センサ（１２）の測定面（２０）に対して対称に高さ方向にオフセットされて、１つの導体部（１４ｂ）は前記測定面（２０）の下方に延び、１つの導体部（１４ａ）は前記測定面（２０）の上方に延びる、請求項１〜５の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項７】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）の双方は前記磁気抵抗勾配センサ（１２）の測定面（２０）に対して非対称に高さ方向にオフセットされて、１つの導体部（１４ａ）は前記測定面（２０）の下方に延び、１つの導体部（１４ａ）は前記測定面（２０）の上方に延びる、請求項１〜６の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項８】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）の双方は共通の導体面（２２）に位置し、前記磁気抵抗勾配センサ（１２）は、２つの前記導体部（１４ａ、１４ｂ）が位置する前記導体面（２２）に対して０°〜９０°、特に３０°〜６０°、特に４５°の角度β（３６）をなして配置される、請求項１〜７の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項９】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）の双方は少なくとも１つのジャンパワイヤ（２４）及びバスバー（２６）によって形成され、前記ジャンパワイヤは前記バスバー（２６）に電気的に接触する、請求項１〜８の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項１０】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）は、前記磁気抵抗勾配センサ（１２）が配置されるスロット（３２）を有するプレス加工折曲部品の形態をとる、請求項１〜９の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項１１】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）の双方は導体撚り線（２８）の２つの束（３０）によって形成される、請求項１〜１０の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項１２】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）は、２つのスロット（３２）を有する平行のスロット付き管の形態をとり、前記磁気抵抗勾配センサ（１２）は好ましくは前記スロット（３２）に対して角度をなして配置される、請求項１〜１１の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項１３】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）の１つを含む磁気シールド（３４）が提供され、前記シールドは、好ましくは２つの半円形又は矩形をなす鋼の半割り管（５４）の形態をとる、請求項１〜１２の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項１４】
三相システム又は多相システムにおいて、３つ又は複数の磁気抵抗勾配センサ（１２）が共通のボード（６４）、好ましくはＰＣＢフィルム（１８）に配置され、それぞれの電流位相はそれぞれの場合で前記ボードの上方及び下方に延びる２つの導体部に細分され、それぞれの電流位相の前記導体部は好ましくは共通の導体面に位置し、種々の電流位相の前記導体面は高さ方向にオフセットされて配置され、特に前記ボードは前記導体面の前記導体部同士の間に角度をなして配置される、請求項１〜１３の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項１５】
三相システム又は多相システムにおいて、３つ又は複数の磁気抵抗勾配センサ（１２）が前記共通のボード（６４）の一方側に又は前面及び後面において交互に配置される、請求項１４に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体を取り囲む磁場に基づいて導体を通る電流を測定するための電流センサ組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、導体を取り囲む磁場に基づいて１つ以上の導体を通る電流の強さを測定するための磁場センサデバイスに関する。
【０００３】
本発明は、閉曲線Ｓに沿うとともに導体を取り囲む磁場Ｈに基づいて１つ以上の導体を通る電流の強さを測定するための磁場センサデバイスは、当該技術分野において十分に知られている。磁場センサデバイスは、アンペールの法則にしたがって、曲線Ｓに囲まれた領域Ａを通過する全電流Ｉに関する結論を導くことができるということに基づく。
【数１】
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【０００４】
これにより、電気回路の動作に干渉することなく、特に電気回路の遮断又は妨害をすることなく、非接触電流検出が可能になる。
【０００５】
組立体は、隣接する導電体の通電電流の間の測定面における磁場の強さの差を測定する磁気抵抗勾配センサを使用する先行技術から知られている。
【０００６】
一般に使用される磁場感応センサ素子は、例えばホール効果、ＡＭＲ効果、ＧＭＲ効果、又はＴＭＲ効果を使用して動作する磁気抵抗センサ素子である。
【０００７】
そうした磁気抵抗勾配センサは、例として、例えばＡＭＲ、ＴＭＲ、又はＧＭＲなどのｘＭＲ技術に基づくとともに、それぞれが各電流部分によって発生する磁場を検出し、そこから勾配値を内部測定又は外部測定する、２つの磁場センサの形態をとることができる。ＴＭＲセンサ及びＧＭＲセンサはＴＭＲ効果又はＧＭＲ効果に基づくものであり、わずか数ナノメートル厚であるとともに、軟質の磁性材料、非磁性材料、金属材料、及び硬質の磁性材料から作製される種々の薄層からなる。軟質磁性層と硬質磁性層との間のアライメントは、磁場角度の変化によって変化する抵抗値にとって重要である。
【０００８】
２つのセンサ素子が互いに離間して配置される場合、センサは、センサ信号の差動評価によって外部干渉磁場に対して強く作製され得る。差分商は磁場の勾配であると理解される。これらの勾配センサは、例えば位置測定システム及び電流センサに特に適する。
【０００９】
センサ素子は電流測定に対してアクティブな導体部の領域に配置されて、電流測定に対してアクティブな導体部の磁場がより大きいセンサ値変化、特により大きい抵抗変化を生じさせ、電流測定に関して寄生的な導体部の磁場が、電流測定に対して寄生的な導体部に対するセンサ素子の空間的配置のため、及び／又は、さらなる通電素子の磁場補償効果の結果として、より小さいセンサ値変化を生じさせる、又はセンサ値変化を生じないというようになる。
【００１０】
本発明の目的のため、勾配センサは、個々のセンサ組立体における磁気抵抗抵抗素子の勾配相互接続の形態をとることができる。また、本発明の目的のため、それぞれが１つの導電体部の磁場を検出するとともに、勾配値を得るように外部で計算される、２つの磁場センサを提供することも可能である。
【００１１】
グラジオメータ組立体における電流測定に対する従来の解決法は、実質的に、一次電流依存性磁場勾配を生じるＵ字形状バスバーに基づいている。このため、Ｕ字形状導体部の両脚部に流れる電流が考慮され、一方の脚部に流れ込むとともに隣接する脚部に流れ出る電流は、脚部同士の間において全体で重畳した磁場を形成し、その磁場勾配が測定面において検出される。当然のことながら、同じ量の電流が両脚部に流れるが、反対方向に流れる。
【００１２】
グラジオメータ組立体における電流測定の分野での先行技術の不利点は、Ｕ字形状電流脚部によって形成されるインダクタンスが、特に比較的高い周波数の場合に、例えばコンバータ動作用に設計されるスイッチイン電力用半導体エレクトロニクスユニットによって補償される必要のあるものである、電圧ピークをもたらし得ることである。ゆえに、これはそうした比較的高い電圧ピーク用に設計される必要がある。
【００１３】
さらに、そうした電流センサがますます小型化することで、干渉磁場成分は、例えばＵ字形状導体の脚部同士の間の接続ウェブにおける電流により、ｘＭＲセンサの磁場感応層における着磁の変化をもたらす大きさとなり得る。
【００１４】
さらに、Ｕ字形状導体の脚部の製造は、比較的大きな製造の手間と廃材とを伴う。さらに、全電流が高電流組立体において脚部を流れ、脚部が高通電容量を有する必要があるようになる。
【００１５】
また、高周波交流が導体を流れると表皮効果が生じ、電流変位効果により電流密度が導体の外側領域よりも内側領域で小さくなる。これは、交流の場合に、過電流及び電場が、電荷キャリアを導体の表面に変位させる周波数の結果として発生することを意味する。
【００１６】
さらに、近接効果が２つの近接する導体間において作用する。近接効果は電流変位現象であり、この周波数依存性現象は、Ｕ字形状導体素子を有する従来既知の電流測定センサの場合にそうであるように、反対方向に交流が流れる近接する導体間の過電流に限定される。特により高い周波数において明らかな近接効果によると、高周波電流は互いに可能な限り近接して流れる傾向がある。電流の流れは、２つの導体が互いに近接して位置する領域に集中する。
【００１７】
Ｕ字形状導体ループの場合、２つの上述の効果の重なりにより、脚部の内側領域、特に縁部において高電流密度を生じる。ゆえに、高周波電流は特により高密度に通電し、磁場勾配がセンサの領域において大きくなる。これに関して、従来既知であるＵ字形状電流センサは、その測定特性に関して電流周波数に依存している。
【００１８】
そして、給電線及び電流ループにおける不利な寄生効果が生じる。電流を磁場に基づいて測定するための一般的なＵ字形状組立体は、電流測定に対してアクティブな少なくとも１つの導体部と、電流測定に対して寄生的な少なくとも１つの導体部とを含む。電流測定に対して寄生的な導体部は、給電線又は電流ループに相当する。電流経路において、寄生磁場は電流測定に対して寄生的な導体部によって生じる。生じる寄生磁場は、磁場感応センサ素子の測定値に影響を及ぼす。
【００１９】
つまり、Ｕ字形状バスバーに基づくグラジオメータ組立体における電流測定の従来の解決法は、Ｕ字形状導体部の両脚部に流れる電流が考慮され、一方の脚部に流れ込むとともに隣接する脚部に流れ出る電流は、脚部同士の間で全体的な重畳磁場を形成し、その磁場勾配が測定面において検出される、という不利点を有する。当然のことながら、同じ量の電流が両脚部に流れる。
【００２０】
以下の不利点がもたらされる。
−有効断面積が大きく、熱的なディメンジョニングが困難
−偏向／フィードバックによる干渉磁場
−高い漏れインダクタンス（電力用半導体におけるスイッチング特性では不利）
−設置スペースが大きい
−表皮効果及び近接効果による強い周波数依存性
−容量性及び誘導性干渉の注入の好ましくない配置
−従来の製造法では、大量のバスバー廃材
【００２１】
Ｕ字形状電流脚部によって形成されるインダクタンスは、例えばコンバータ動作用に設計されるスイッチイン電力用半導体エレクトロニクスユニットによって補償される必要のあるものである、電圧ピークをもたらす。ゆえに、これは比較的高い電圧ピーク用に設計される必要がある。
【００２２】
さらに、Ｕ字形状導体の脚部の製造は、比較的大きな製造の手間と廃材とを伴う。
【００２３】
特に高電流組立体では、全電流が脚部を流れ、脚部が高通電容量を有する必要がある。
【００２４】
特許文献１は、高周波数範囲のポテンシャルフリー電流測定において機能する電流センサを開示している。任意の幾何学的形状である導電性の高い材料が円形導電体の近傍に存在する場合、磁場の周波数依存性における制限がある。これらの材料における過電流の誘導、及びその作用から、導電体における非円形の対称電流分布、並びに、「表皮」及び「近接」効果により発生し得る、電流測定の測定エラーをもたらし得るセンサ位置における磁場の周波数依存性が生じる。この文献において、電流センサは、１つ以上の電気的に並列接続又は直列接続の導電体、及び磁場センサ又は磁場勾配センサから構成される。電流経路において、導電体又は複数の導電体を取り囲む磁場は磁場センサ又は磁場勾配センサによって測定可能であり、それぞれの場合において電流が電流センサを反対方向に流れる。それぞれのセンサの出力信号は、所与の範囲において周波数依存性である。導電体は、それぞれのセンサ位置で生じる磁場変化が過電流形成を抑制するように形成される。このようにして、ポテンシャルフリー電流を、測定エラーが少なく、より高い周波数範囲において電流センサで測定可能であるということになる。
【００２５】
特許文献２は、電流測定のためのさらなる組立体を提示している。少なくとも１つの磁場感応センサ素子によって電流を磁場に基づいて測定するため、組立体は、電流測定に対してアクティブな少なくとも１つの導体部と、電流測定に対して寄生的な少なくとも１つの導体部とを含む、角度をつけた、特にＵ字形状の導体素子の形態をとることが提示される。センサ素子は、磁場成分が大きなセンサ値変化を生じさせる少なくとも１つの感応方向を有し、センサ素子は、電流測定に対してアクティブな導体部の領域において、電流測定に対して寄生的な導体部に対して、特に回転させて、傾斜させて、及び／又は高さ方向にオフセットされて、Ｕ字形状導体素子の電流測定に対してアクティブな導体部の磁場が実質的に感応方向に向き、Ｕ字形状導体素子の電流測定に対して寄生的な導体部の磁場が、実質的に感応方向ではなく、特に感応方向に直交する方向に向くというように、配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０１１０２５４Ａ１号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１４／００１４７３Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
上述の先行技術をもとにして、本発明の目的は既知の組立体の不利点を少なくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上述の不利点は、請求項１に記載の組立体によって解決する。本発明のさらなる有利な事項は、従属項の記載事項を構成する。
【００２９】
磁気抵抗勾配センサを含む電流センサ組立体が提示され、磁気抵抗勾配センサは磁気抵抗勾配センサの導電体の２つの導体部同士の間に配置される。
【００３０】
本発明において、導体部が電流を細分し、電流を磁気抵抗勾配センサの配置に対して同じ方向に通電させること、及び導体部が、磁気抵抗勾配センサの測定面に対して高さ方向にオフセットされることが提示される。換言すると、導電体は、導体部の交わりなく測定面に対して２つの平面においてオフセットされる。磁気抵抗勾配センサの測定面は、勾配磁場がセンサ組立体の磁気抵抗抵抗器によって測定される平面である。勾配磁場はここで測定面と平行である。実際には分離している同じ導電体の２つの導体部は、磁気抵抗勾配センサの測定面に対して高さ方向にオフセットされている。双方の導体部は、磁気抵抗勾配センサに対して同じ方向に電流を通電している。第１導体部の電流成分は磁場を発生させる。同様に、電流は第２の導体部において他の磁場を発生させる。双方の磁場は、右手の法則にしたがって、同じ方向に導体部を取り囲む。測定面に対して、その法線方向に向く磁場成分は、２つの導体部のそれぞれにおいて反対方向に向き、測定面に位置する磁場の接線成分は、同様に、２つの導体部のそれぞれにおいて反対方向に向く。このようにして、接線成分の勾配磁場は測定面に形成され、勾配センサによって測定可能になる。
【００３１】
換言すると、一次導体が細分されて、導体部の交わりなく勾配センサのセンサ素子の上方及び下方の２つの平面にオフセットされる、新規の組立体が提示される。これにより、Ｕ字形状組立体に対して大きな利点を得る。例えば、Ｕ字形状導体ループに対して、半分の電流のみがそれぞれの導体部を流れる。インダクタンスが減少して、電圧ピークが低下するようになる。高電流が低電流密度で通電することができる。電流密度は、Ｕ字形状電流ループに対して約５０％低下し得る。
【００３２】
高周波電流成分では、導体表面近くで電流密度の集中をもたらす表皮効果が起こる。さらに、近接効果は、隣接する導体に対して導体の内側で電流の流れが生じるという作用を有し、Ｕ字形状導体ループの場合、これは重なる２つの効果をもたらして、脚部の内側領域における、特に湾曲縁部における高電流密度につながる。これは、本発明における導体部の構成によって著しく少なくなり、高電流密度及び高周波成分の双方において使用が適することを意味する。これは、特に、コンバータが比較的高いスイッチング周波数で動作する、複数のコンバータが動作する場合に、有利であり得る。また、本発明におけるセンサは、より精密な測定結果を提供し、電流の高エッジ急峻度による短絡又は過負荷に関する電流モニタリング作業の場合、高い正確性を得ることができる。また、磁場勾配は、従来のＵ字状脚部方法に対して、本発明において半分になって、勾配センサのダイナミックレンジ又は測定範囲を小さくすることができる。そして、勾配センサで直線的測定範囲の調整において機能する前着磁磁場が有利に使用され得る一方、従来のＵ字状脚部方法では、生じる磁場は、前着磁／バイアス磁場に干渉した、すなわち強めた又は弱めた。
【００３３】
磁気抵抗勾配センサは、この場合、個々のセンサ組立体における磁気抵抗抵抗器素子の勾配回路から形成することができる。
【００３４】
提示される構成により、導電体を分けて２つの部分の電流が測定面に対して同じ方向に流れることで、表皮効果及び近接効果を著しく少なくする。従来のＵ字形状導体ループは、内側脚部において非常に高い電流密度を生じさせ、内側脚部周りに非常に強い磁場をもたらす。この理由から、磁気抵抗勾配センサは、特に高周波交流の場合に、急速に飽和に達する。一方で、２つの導体部の内側領域には、低い電流密度が生じる。このように、２つの導体部の内側領域に、より弱い磁場が生じる。勾配磁場を半分にすることで、本発明における電流センサ組立体の磁気抵抗勾配センサの測定範囲が同じ一次電流で２倍になって、本発明における電流センサ組立体が高電流強度且つ高周波数範囲において使用可能になる。特に、本発明における電流センサ組立体は、コンバータが、例えば三相モータ又は商用給電変圧器への双方向電流供給で既に提示されているように、さらなるコンバータより高いスイッチング周波数で動作する、複数コンバータの動作において使用することができる。
【００３５】
勾配磁場が、同一の電流強度を有する細分した導電体の対応する幾何学形状によって、Ｕ字形状導体ループのものと同じ値に調整できることがさらに有利である。センサ構造において、直線的測定範囲の調整において機能する一定磁場が存在するが、従来のＵ字状脚部方法の場合、生じ得る寄生的な磁場がこのバイアス磁場と干渉し得る、すなわち、バイアス磁場を意図せずに強める又は弱め得る。本発明における電流センサ組立体の幾何学形状は、この影響を実質的に無視できるものとする。本発明における電流センサ組立体が、高ステップ反応、すなわち急な電流変化が特定可能になるまで、電流のスイッチオンに対する高速反応を有し、最大６００アンペアの定格電流及び約１０００Ａのピーク電流の最大電流が考慮されているということはさらに有利である。ゆえに、本発明における電流センサ組立体はまた、短絡検出又は電流モニタリングにおける使用に特に適し、電子ヒューズのセンサ機能を行うことができる。
【００３６】
全電流が２つの経路、導体部を通る２つの部分の電流に分けられて、電流方向の変化が起こるので、導体部は、Ｕ字形状電流ループが全電流を通電するような先行技術におけるものより小さい断面のものとすることができる。このように、より小型の設計が可能であり、小型の構成とすることができる。ファラデーケージを使用して容量性注入に対して遮蔽することは簡易に行える。３００Ａを超える電流の場合、導電体幾何学形状は、例えばポリイミドのリジッドフレックスＰＣＢ基板に付加される機械センサ組立体支持部として使用することができる。双方の導体部における電流成分が小さくなるため、ポリイミドに特有の絶縁厚さ及びクリーページ電流形成もまたより高い電流のため使用することができる。
【００３７】
寄生的な交差磁場が本願では抑制されるので、特に高電流付加の場合、Ｕ字状レールにおける特有のカーブ直線性を向上させるために使用される磁束集中プレートを省くことが概ね可能であり、漏れインダクタンスの著しい低下は、適用時に反応時間を増加させ、スイッチング損失を低下させる。一時的な電流変化の場合のセンサ信号干渉の誘導性注入を大きく減少させることができ、これは、Ｕ字形状組立体と比較して導体ループを省くことができるためである。２つの導体ループは分割されて、鋭角で又は一様に丸みをつけて接続されることができる。また、例えばヒートシンク、筐体プレート、又はシールドなどの金属層における循環電流を誘導するセンサ干渉磁場も減少するので、バンド幅及び高域の測定解像度を周波数とは無関係に維持することすらできる。
【００３８】
そして、簡易な幾何学的設計は、Ｕ字形状導体部の提供時よりも低コストで機械生産を行うことができ、廃棄物及び材料もより小さな幾何学形状によって抑えることができる。また、より小さい基板厚を使用可能であり、間隔が増加するため、温度挙動が向上する。また、電流非対称性を直ちに制御し補償することができる。ＡＭＲ特性曲線における約１／３のコモンモード動作点シフトが許容されると分かり、この動作点シフトが、センサと２つの導体部との間の様々な距離、若しくは基板における横方向オフセットによって構造的に補償される、又はさらなる信号処理において数学的に補償されることができる、ということが分かっている。
【００３９】
本発明の有利なさらなる態様では、１つの導体部を測定面の下方にガイドし、１つの導体部を測定面の上方にガイドすることができる。一次電流は給電体において通電する。導体部は、その断面比率及びコンダクタンスにしたがって電流を細分し、磁気抵抗勾配センサの配置に対して同じ方向に通電させる。双方の電流成分はそれぞれの場合において導体部を取り囲む磁場を生じさせ、磁場は勾配センサの位置で測定面において交わる。それぞれの磁場は２つの成分に分けることができ、接線成分は測定面に位置し、法線成分は測定面に直交して位置する。測定面に位置する接線成分は、磁気抵抗勾配センサによって検出される。測定面に直交して位置する２つの磁場の磁場成分は互いに反対方向であり、少なくとも部分的に互いに打ち消す。このように、磁気抵抗勾配センサは、測定面に位置する接線成分を対象とするのみであり、寄生的な磁場成分に影響されない。
【００４０】
さらなる有利な実施形態において、双方の導体部は、同一の電流成分と、測定面からの同一の相対距離及び磁気抵抗勾配センサからの同一の相対距離とを有することができる。導電体が２つの導体部に分離され、電流経路において電流が２つの同一の電流成分に細分され、各電流成分が測定面に対して同じ方向において導体部に通電するということが、この実施形態において提示される。ボードに配置される磁気抵抗勾配センサは、センサが磁気抵抗勾配センサに対して反対方向に延びる磁場を測定する導体部同士の間に置かれる。勾配センサは、ここで２つの導体部の電流密度中性点の間の対角線接続部における中間点に実質的に配置され、その測定面は、所望の電流強度範囲を検出するため、接線成分が勾配センサの磁場検出範囲に合うように接続距離に対して角度をなして配置される。接続部に対する０°〜９０°の角度、特に３０°〜６０°の角度範囲、好ましくは４５°がここで適する。このように、それぞれの導体部は、磁気抵抗勾配センサから、特に測定面から同一の距離に配置される。また、２つの磁場は、それぞれの場合に、２つの磁場成分に分けられ、測定面に位置する２つの接線成分は磁気抵抗勾配センサによって測定される勾配磁場を形成し、測定面に直交して位置する２つの法線成分は細分される。測定面に直交して位置する２つの成分は、ここで電流測定において影響を有しない。
【００４１】
さらなる有利な実施形態において、２つの導体部は、同一でない電流成分、並びに／又は、測定面からの同一でない相対距離及び磁気抵抗勾配センサからの同一でない相対距離を有することができ、同一でない電流成分、及び／若しくは同一でない距離がこのようにして互いに補償することができるか、又は測定電流値の補正が補正係数又は補正特性によって補償されることができる。双方の導体部が異なるコンダクタンスで構成されるということがこの実施形態において提示される。このように、一次導体に通電する電流は２つの異なる電流成分に細分される。電流又は磁場の非対称性のため、接線成分が勾配センサの位置においておおよそ同一の大きさを有するように空間的非対称性が必要とされる。これは、磁気抵抗勾配センサとより大きい電流成分を有する導体部との間の距離未満である、磁気抵抗勾配センサとより小さい電流成分を有する導体部との間の距離によって得られる。このように、同一でない電流成分は、空間的配置の非対称性、特に導体部同士の同一でない間隔によって補償することができる。さらに、勾配センサ組立体は「おんぶ」配置の形態をとることができる、すなわち、通常ＩＣ筐体に統合される勾配センサが上部に導入される。このように、測定面の位置を導電体組立体及びキャリアボード／フィルムに対して変更することができる、勾配センサ組立体の空間的非対称性が得られる。電流非対称性は、勾配センサ組立体の空間的非対称性によって実質的に補償することができる。
【００４２】
あるいは、双方の導体部が、同一でない電流成分、並びに磁気抵抗勾配センサからの同一の相対距離を有することを考えることができる。補正係数又は補正特性は、測定電流値、すなわち同一でない接線成分の大きさを補正するために使用することができる。このようにして、特に電流強度の関数として選択され得る補正特性又は補正係数によって空間的非対称性又は電流非対称性を補償することができる。結果として、構造的に困難な条件における統合、及びその後の電流測定のキャリブレーションは、特に簡単になされる。
【００４３】
さらなる有利な実施形態において、磁気抵抗勾配センサはフレキシブルＰＣＢフィルムに配置可能である。この実施形態において、ＰＣＢフィルムは電流センサ組立体の基板又は回路キャリアの形態をとる。ＰＣＢフィルムは熱的及び化学的に安定的、耐燃性、非導電性、超疎水性であり、自在に成形される。小型で省スペースの構造の導電体組立体での電流測定の場合、導電体同士の間の勾配センサの配置を空間的に変更することができる。このように、磁気抵抗勾配センサは自在に導入されて導電体のスロットに配置される。さらに、導電体組立体が小さい寸法を有して、その小型構造により、導電体組立体を安価に製造及び設置するようにすることは有利である。
【００４４】
さらに有利な実施形態において、双方の導体部は、磁気抵抗勾配センサの測定面に対して対称に高さ方向にオフセットされることができ、１つの導体部が測定面の下方に延びて、１つの導体部が測定面の上方に延びる。双方の導体部が磁気抵抗勾配センサの測定面に対して高さ方向にオフセットされ、双方が測定面からの同一の相対距離を有するということがこの実施形態において提示される。２つの導体部は好ましくは同一の抵抗、すなわちコンダクタンスを得る。他の変形例において、２つの導体部の抵抗は同一とされず、２つの同一でない電流成分が２つの導体部に形成されるようになる。測定電流値は、補正係数又は補正特性によって補正されることができ、電流非対称性を補償することができる。
【００４５】
さらに有利な実施形態において、双方の導体部は、磁気抵抗勾配センサの測定面に対して非対称に高さ方向にオフセットされることができ、１つの導体部が測定面の下方に延びて、１つの導体部が測定面の上方に延びる。２つの導体部において電流が同一でない経路とされる場合、双方の導体部を磁気抵抗勾配センサの測定面に対して非対称に高さ方向にオフセットし、１つの導体部が測定面の下方に延びて、１つの導体部が測定面の上方に延びるということがさらに有利である。このように、２つの導体部は測定面の下方及び上方に配置され、測定面からの同一でない相対距離を有する。このように、磁気抵抗勾配センサは、より小さい電流成分を通電する導体部により近接して配置される、すなわち、測定面と、より小さい電流成分を有する導体部との間の相対距離は、測定面と、より大きい電流成分を有する導体部との間の距離より小さい。導体部の電流密度分布における幾何学的中心点からの距離はここで必須であり、導体部の空間的構成を、実質的に同一の磁場を生じる半径０の直線状導体によって簡易な方法で置換することができる。同一でない電流成分はこのようにして補償することができる。２つの電流成分によって生じる勾配磁場を精密に測定することができる。
【００４６】
さらなる有利な実施形態において、双方の導体部は共通の導体面に位置することができ、磁気抵抗勾配センサは、双方の導体部が位置する導体面に対して０°〜９０°の角度β、特に３０°〜６０°の角度βで、特に４５°の角度βで配置することができる。このため、導体面は、２つの平行にガイドされた導体部、及び導体部の電流密度の幾何学的中心点同士の間の直角接続ラインを通る平面である。この実施形態において、２つの導体部及び磁気抵抗勾配センサは互いに平行に配置されないが、かわりに互いに対して傾斜して、好ましくは互いに対して４５°傾斜して配置される。２つの導体部は、同一の電流成分又は異なる電流成分も有することができる。同一の電流成分の場合、２つの導体部は、好ましくは磁気抵抗勾配センサの測定面に対して対称に配置され、磁気抵抗勾配センサは導体面に対して角度βで配置される。あるいは、２つの導体部は、同一でない電流成分を有することができる。同一の電流成分の場合、磁気抵抗勾配センサが導体面に対して角度βで位置し、双方の導体部が磁気抵抗勾配センサの測定面に対して非対称に配置され、磁気抵抗勾配センサがより小さい電流成分を通電する導体部により近接して位置するということがここでは有利である。測定される電流強度範囲は、角度βを変更することで勾配センサの磁場測定範囲に調整することができる。
【００４７】
さらなる有利な実施形態において、２つの導体部は、少なくとも１つのジャンパワイヤ及びバスバーによって形成されることができ、ジャンパワイヤはバスバーに電気的に接触する。この実施形態では、２つの導体部がジャンパワイヤ及びバスバーによって形成されるように、ブリッジのためにジャンパワイヤ又は複数のジャンパワイヤを有する個々のバスバーが考えられ得る。ジャンパワイヤは、ここではバスバーと電気的に接触し、ジャンパワイヤはバイパス部の形態をとる。バスバーは、ＰＣＢフィルム又はＰＣＢ導体トラックに配置することができる。さらに、ジャンパワイヤは束の導体又はボンディングワイヤからなり得る。ジャンパワイヤによってバイパスされるバスバーの導体部は断面が小さく、バスバーよりも小さい電流成分を通常通電し得、バスバーよりもジャンパワイヤに近接する勾配センサの非対称位置が適する、及び／又は、補正係数若しくは補正特性若しくは特性マップを用いる（非直線）重み付けによる補正が適するようになる。さらに、上述のバスバーがジャンパワイヤを締結するための凹部又は導電性の小さい領域を有することで、調整可能な電流非対称性及び磁場非対称性が得られる。電流センサ組立体の空間的非対称性は、電流非対称性及び磁場非対称性を打ち消すために有利であり、磁気抵抗勾配センサは、電流非対称性が補償されるように、より小さい電流成分が流れる導体部により近接して配置することができる。また、１０％より小さい、好ましくは５％より小さい、特に１．５％より小さい電流の差はここで許容することができる。
【００４８】
さらなる有利な実施形態において、導体部は、磁気抵抗勾配センサが配置されるスロットを有するプレス加工折曲部品の形態をとることができる。この実施形態において、細分した導体は、導体部を画定するためのスロットを有するプレス加工折曲部品から一体で製造することができる。スロット付き部は、ここで、それぞれの場合に導体面に平行な導体面から下方に折り曲がった及び上方に折り曲がった導体部として延び、あるいは、勾配センサは、導体部同士の間で傾斜して配置されることができる。磁気抵抗勾配センサはスロット付き部同士の間でフレキシブルＰＣＢフィルムに配置することができる。このように、磁気抵抗勾配センサは、プレス加工折曲部品のスロットに空間的に可変させて導入することができる。上述の実施形態の他に、導体部はまた、例えば２つの同一のプレス加工部品など、複数部品構成のものであり得る。２つの同一のプレス加工部品は、例えばはんだ付け、リベット留め、又は溶接など、２つのスペーサによって共に接続することができ、第２のプレス加工部品は第１のプレス加工部品に対して１８０°回転させることができる。また、直線状レールが適切なミリング部分を有して導体部が提供されるようにそうした導体部を構成することが考えられる。
【００４９】
さらなる有利な実施形態において、２つの導体部は、実質的に可撓性の導体撚り線の２つの束によって形成することができ、これらは個々の細線からなり、折り曲げやすい導電体を形成する。この実施形態では、細分した撚り線導体が考えられ、２つの撚り線束が導体部として２つの細分した電流経路を画定する。磁気抵抗勾配センサは、例えば、ＰＣＢフィルムに配置することができるので、勾配センサは細分された電流経路同士の間に挿入することができる。２つの電流経路は、同一の抵抗を有する２つの撚り線束の形態をとることができる。このように、２つの同一の電流成分は２つの導体部に通電することができる。測定面に関して、磁気抵抗勾配センサは、２つの導体部に対して対称に高さ方向にオフセットされることができる。
【００５０】
あるいは、この電流センサ組立体は、同一でない抵抗、すなわち、撚り線束毎に同一でない量の細線を有する２つの導体部を含むことができる。これらの導電体を通る電流経路は、２つの導体部において同一でない電流成分を生じる。電流非対称性は、ここで空間的な電流センサ組立体の非対称性によって打ち消すことができ、磁気抵抗勾配センサとより小さい電流成分を有する導体部との間に、対応して小さい距離が与えられる。このため、電流非対称性が補正係数又は補正特性によって補償可能であるということが考えらえる。
【００５１】
さらなる有利な実施形態において、導体部は、２つのスロットを有する平行のスロット付き管の形態をとることができ、磁気抵抗勾配センサは好ましくはスロットに対して角度をなして配置されることができる。この実施形態において、共通の導体面は導体撚り線に対して直交して形成される。勾配磁場を測定可能であるように、勾配センサをスロット付き管に対して傾斜させることがここでは有利である。スロット付き管は、ここで勾配センサの測定面に対して対称に配置される。勾配センサをＰＣＢフィルムに配置することが好ましくは考えられ得る。このように、勾配センサは、測定される磁場の位置に対応して、スロットにおいて自在に移動することができる。
【００５２】
さらなる有利な実施形態において、磁気シールドを提供することができ、磁気シールドが導体部を実質的に完全に取り囲み、好ましくは２つの半円形又は角度をなした鉄又は鋼の半割り管の形態をとる。この磁気シールドは、内部に封入された勾配センサにおいてわずかな影響を得られるように、例えば干渉磁場又は多相配置において近傍のさらなるラインなど外部の影響から磁気抵抗勾配センサを遮蔽する。磁気シールドは強磁性体の高い透磁性に基づく。外部磁場の磁束は強磁性体から作製された本体に直ちに入り、該本体内を流れた後再び現れ、シールドによって封入される領域は実質的に磁場がないものとなる。中空磁気シールドのため、磁束線が磁気シールドの内部に入らず、磁気シールドは２つの半円又は矩形の半割り鉄管の形態をとる。磁場感応部品が電流測定構造のすぐ近くに配置される場合、外部シールドは、小さい磁場しか生じないことを意味する。
【００５３】
そして、さらなる有利な実施形態では、三相又は多相のシステムに関して、３つ又は複数の磁気抵抗勾配センサを共通のボード、好ましくはＰＣＢフィルムに配置可能であるということが提示される。それぞれの電流位相は、ここで、それぞれの場合でボードの上方及び下方に延びる２つの導体部に細分され、それぞれの電流位相の導体部は好ましくは共通の導体面に位置し、異なる電流位相の導体面は、互いに高さ方向及び横方向にオフセットされて配置され、特にボードは導体面の導体部同士の間に角度をなしてガイドされる。電流センサ組立体が傾斜しているため、小型の装置及びすべての位相における省スペースの測定を行うことができる。
【００５４】
さらに、三相又は多相のシステムに関する上述の実施形態のさらなる態様では、３つ又は複数の磁気抵抗勾配センサが、一方側ではなく、かわりに共通のボードの前面及び後面に交互に配置される。共通のボードの前面及び後面における３つ又は複数の磁気抵抗勾配センサの構造によって、三相又は多相のシステムのためのより小さくより小型の電流センサ組立体を提供することができる。３つ又は複数の磁気抵抗勾配センサが共通のボードの前面及び後面において交互に配置される電流センサ組立体のそうした構造により、３つ又は複数の磁気抵抗勾配センサが共通のボードの一方側に配置される電流センサ組立体のものと同じ空間的寸法を得ながら、隣接する位相に関する信号対ノイズ比がより高くなるという理由から、測定の特性を向上させることができる。したがって、３つの導電体の導体部は共により近接し、互いに打ち消しあってコモンモード磁場を形成する。
【００５５】
さらなる利点は図面の説明によって明らかになる。本図面は本発明の例示の実施形態を示す。図面、発明を実施するための形態、及び特許請求の範囲は、組み合せた多数の特徴を包含する。また、当業者は、便宜的に、特徴を個々に考慮し、それらをさらなる意味ある組合せにする。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、先行技術におけるＵ字形状導電体を備えた組立体を示す。
【図２ａ】図２ａは、先行技術における電流測定の概略図である。
【図２ｂ】図２ｂは、本発明における電流測定の第１の変形例の概略図である。
【図２ｃ】図２ｃは、本発明における電流測定の第２の変形例による電流測定の概略図である。
【図３】図３は、電流センサ組立体の第１実施形態の概略図である。
【図４ａ】図４ａは、電流センサ組立体の第２実施形態の概略図である。
【図４ｂ】図４ｂは、第２実施形態における電流測定のさらなる図である。
【図５ａ】図５ａは、電流センサ組立体の第３実施形態の概略図である。
【図５ｂ】図５ｂは、第３実施形態における電流測定のさらなる図である。
【図６】図６は、電流センサ組立体の第４実施形態の斜視図である。
【図７】図７は、電流センサ組立体の第５実施形態の概略図である。
【図８ａ】図８ａは、電流センサ組立体の第６実施形態の概略図である。
【図８ｂ】図８ｂは、電流センサ組立体の第７実施形態の概略図である。
【図９】図９は、電流センサ組立体の第８実施形態の概略図である。
【図１０】図１０は、電流センサ組立体の第９実施形態の概略図である。
【図１１ａ】図１１ａは、電流センサ組立体の第１０実施形態の第１変形例の概略図である。
【図１１ｂ】図１１ｂは、電流センサ組立体の第１０実施形態の第２変形例の概略図である。
【図１２】図１２は、電流センサ組立体の第１１実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
図面において、同一要素は同じ参照符号で表される。図面は例を示すのみであり、限定するとして理解されるべきではない。
【００５８】
図１は、先行技術より既知の電流測定組立体１００を示す。電流測定組立体１００は、センサ素子１０７及びＵ字形状導体部１０１を有し、電流測定に対してアクティブな脚部１０４が、電流測定に対して寄生的な接続ウェブ１０２及び接続ライン１０５に対してｚ方向に後退して、寄生的な磁場成分が実質的に直角にセンサ素子１０７のセンサ構造の磁場中立配向面を貫通するようになる。接続ライン１０５及び接続ウェブ１０２に対してｚ方向にオフセットされた脚部１０４の配置は、寄生的な磁場成分が抑制される、又は磁場中立配向面を貫通するのみである一方、電流測定に対してアクティブであるとともに検出される磁場成分が、センサ素子１０７の磁場感応配向面を貫通するということを確実にする。
【００５９】
図２は、図１に相当する先行技術の電流測定の原理概要を示す。対応する電流測定組立体は、Ｕ字形状導体ループ及び導体ループに平行な平面に配置されたセンサ素子からなり、導体ループは接続ライン、脚部、及び接続ウェブを有する。電流測定に対してアクティブな双方の脚部において、電流は勾配センサ１２に対して反対方向に流れ、一方の脚部において電流１６ａが方向１７ａに流れ、他方の脚部において電流１６ｂが方向１７ｂに流れる。磁場６０ａ、６０ｂは電流脚部１０４に生じ、磁場６０ａ、６０ｂは脚部１０４を取り囲む。磁場６０ａ、６０ｂは、センサ素子が位置する測定面２０において交わる。それぞれの磁場６０ａ、６０ｂは２つの成分に分けることができ、接線成分は測定面２０に位置してセンサ素子によって測定可能であり、他方の法線成分は測定面２０に直交して位置する。測定面２０に直交して位置する２つの磁場の法線成分は加算され、同じ方向を向く。この場合、センサ素子は、測定面２０に位置する２つの接線成分の間の差を測定するのみであり、測定面に位置する成分は反対方向に向き、勾配磁場を形成する。
【００６０】
図２ｂは電流測定の第１の変形例の実施形態の概略図である。本発明における電流センサ組立体は、電流が平行に流れる２つの導体部に生じる勾配磁場を測定する磁気抵抗勾配センサ１２と、測定面２０に対して高さ方向にオフセットされた２つの導体部とを含む。磁気抵抗勾配センサ１２は測定面２０を画定する。電流成分１６ａ、１６ｂは同じ方向に流れる。電流成分１６ａ、１６ｂによって生じた磁場は反対方向に測定面２０において交わる。方向１７において導体部によって生じた磁場６０ａは磁場方向６２ａを有し、方向１７ｂにおいて導体部によって生じた磁場６０ｂは磁場方向６２ｂを有する。それぞれの磁場６０ａ、６０ｂを２つの成分に分けることができる。測定面２０に位置する接線成分は、磁気抵抗勾配センサによって測定することができる。一方、測定面２０に直交して位置する法線成分が消散する。勾配磁場を測定することで電流を測定し、勾配磁場は測定面２０に位置する２つの接線磁場成分同士の間の差によって得らえる。
【００６１】
図２ｃは、本発明における電流測定の第２の変形例の実施形態を示す。この実施形態において、２つの導体部は共通の導体面に配置される。磁気抵抗勾配センサは導体面に対して角度をなして傾斜し、磁気抵抗勾配センサ１２と２つの導体部との間で同じ距離をとる。電流成分１６ａ、１６ｂは同じサイズである。磁場６０ａ、６０ｂはそれらによって生じて、それぞれ磁場方向６２ａ及び６２ｂを有する。磁気抵抗勾配センサ１２は測定面２０に配置され、磁場６０ａ及び６０ｂは測定面２０において交わり、磁気抵抗勾配センサ１２によって測定される。２つの磁場６０ａ及び６０ｂの接線成分は測定面２０に関して反対方向に流れ、それぞれ２つの成分に分けることができ、一方の接線成分は測定面２０に位置して、他方の法線成分は測定面２０に直交して位置する。測定面２０に直交して位置する２つの接線成分が消散し、磁気抵抗勾配センサ１２は測定面２０に位置する成分を測定する。このように、通電する電流の大きさ及び周波数を測定することができる。
【００６２】
図３は、電流センサ組立体１０の第１実施形態を示す。導電体５６は、２つの導体部１４ａ、１４ｂに細分され、対応する電流成分１６ａ及び電流成分１６ｂは導体部１４ａ、１４ｂにおいて同じ電流流れ方向に流れる。ＰＣＢフィルム１８上のセンサ素子１１は２つの導体部１４ａ、１４ｂの間に配置され、センサ素子１１は、測定面２０における磁場の１つの接線成分における磁場強さの差を測定する磁気抵抗勾配センサ１２を含む。測定面２０は、この場合、勾配センサ１２の磁気抵抗抵抗器がそこに配置されて、その抵抗器が測定面２０において平行に位置する磁場のベクトル成分（接線成分）に対して感応するように画定される。さらに、２つの導体部１４ａ、１４ｂは測定面２０に対してアンチパラレルで高さ方向にオフセットされる。
【００６３】
図４ａは、２つの導体部１４ａ、１４ｂと、ＰＣＢフィルム１８に配置されたセンサ素子１１とを含む、電流センサ組立体３８の第２実施形態を示す。同一でない電流成分１６ａ、１６ｂが対応する導体部１４ａ、１４ｂに流れる。同一でない２つの電流成分の大きさを補償するため空間的非対称性が電流測定に有利であり、勾配センサ１２のＩＣ基板がそこに隠されるセンサ素子１１のＩＣ筐体における「おんぶ」配置による空間的非対称性が選ばれる。「おんぶ」配置は、センサ素子１１のＩＣ筐体が上部に導入されて、磁気抵抗勾配センサ１２がＩＣ筐体において測定面２０に非対称に配置されるように構成される。このようにして、測定面２０の相対的高さがＰＣＢ１８の表面に対して変位する。このように、測定面２０の非対称配置は導体部１４ａ、１４ｂの間において得られる。
【００６４】
図４ｂは、図４ａの電流センサ組立体３８の第２実施形態に関する電流測定を示す。２つの導体部は、同じ電流流れ方向に通電する同一でない電流成分１６ａ、１６ｂを有する。測定面２０は、磁気抵抗勾配センサ１２の配置及び向きによって画定される。それぞれの導体部１４ａ及び導体部１４ｂにおける電流は、反対方向に流れる磁場６０ａ及び磁場６０ｂを生じさせる。ｘ方向における磁気抵抗勾配センサ１２と導体部１４ａとの距離に相当するｘ方向の距離ｄｘ１は、ｘ方向における磁気抵抗勾配センサ１２と導体部１４ｂとの距離に相当するｘ方向の距離ｄｘ２より小さい。この場合、ｙ方向の距離ｄｙ１はｙ方向の距離ｄｙ２より小さく、ｙ方向の距離ｄｙ１はｙ方向における磁気抵抗勾配センサ１２と導体部１４ａとの距離に相当し、ｙ方向の距離ｄｙ２はｙ方向における磁気抵抗勾配センサ１２と導体部１４ｂとの距離に相当する。得られた電流センサ組立体の空間的非対称性により、接線成分の大きさに関する電流成分１６ａ、１６ｂの差を補償することができる。２つの磁場６０ａ、６０ｂをそれぞれ２つの成分に分けることができる。接線成分は測定面２０に位置し、法線成分は測定面２０に直交して位置する。測定面２０に直交して位置する２つの法線成分が互いに補償される一方、測定面２０に位置する２つの接線成分の間の勾配は磁気抵抗勾配センサ１２によって測定される。
【００６５】
図５ａは、電流センサ組立体４０の第３実施形態を示す。導電体５６は、共通の導体面２２に位置する２つの導体部１４ａ、１４ｂに細分される。同一の方向及び同一でない大きさを有する対応する電流成分は双方の導体部１４ａ、１４ｂに通電する。ＰＣＢフィルム１８に配置されたセンサ素子１１は導体面２２に対して角度β３６をなして配置される、すなわち磁気抵抗勾配センサ１２は導体面２２に対して傾斜する。角度β３６は、好ましくは、３０°〜６０°の範囲で選択され、好ましくは４５°である。電流成分１６ａが電流成分１６ｂより小さい場合、２つの導体部１４ａ、１４ｂは測定面２０に対して非対称に配置される。換言すると、測定面２０と導体部１４ａとの間の距離を測定面２０と導体部１４ｂとの間の距離より小さくすることができるので、磁場の強さの差を磁気抵抗勾配センサ１２によって精密に測定することができる。
【００６６】
図５ｂは、電流センサ組立体４０の第３実施形態に関する電流測定を示す。２つの導体部１４ａ、１４ｂは共通の導体面に配置され、導体部１４ａ、１４ｂは、同一でない電流の大きさを有するとともに同じ電流流れ方向に通電する電流成分１６ａ及び電流成分１６ｂを有する。測定面２０は２つの導体部１４ａ、１４ｂに対して角度βだけ傾斜し、電流非対称性のため、２つの導体部１４ａ、１４ｂは測定面２０に対して非対称に配置される。この実施形態において、導体部１４ａと導体面２０との距離ｄ１は導体部１４ｂと導体面２０との距離ｄ２より小さい。生じる２つの磁場６０ａ、６０ｂは測定面２０において交わる。このように、磁気抵抗勾配センサは２つの磁場の差を測定することができる。最適な非対称配置及び導体部に対する種々の距離は、所望の電流測定範囲のためにコンピュータ支援磁場シミュレーションによって又は機械的キャリブレーションによって経験的に、設計プロセス時において事前に特定することができる。
【００６７】
図６は、電流センサ組立体４２の第４実施形態を示す。導体部は、３つの平行にガイドされたジャンパワイヤ２４と固体バスバー２６によって形成される。センサ素子１１は、ＰＣＢフィルム１８又はリジッドＰＣＢ上において導体部同士の間に配置される。センサ素子１１は、測定面２０を有する磁気抵抗勾配センサ１２を含み、磁場強さの差を磁気抵抗勾配センサ１２のこの測定面２０において測定することができる。さらに、電流成分１６ａはジャンパワイヤ２４に流れ、電流成分１６ｂはバスバー２６に流れ、電流成分１６ａ及び電流成分１６ｂは同一であって、測定面２０と２つの導体部との間で同一距離をとるように２つの導体部が測定面２０に対して対称に高さ方向にオフセットされるようになる。
【００６８】
図７は、電流センサ組立体４４の第５実施形態を示す。導体部は、束３０ａ、３０ｂの導体撚り線２８によって形成される。束３０ｂの電流成分１６ｂの電流流れ方向と同じ電流流れ方向を有する電流成分１６ａが、束３０ａに流れる。センサ素子１１は束３０ａと束３０ｂの間に配置され、センサ素子は、束３０ａ、３０ｂによって生じる磁場を測定面２０において磁気抵抗勾配センサ１２によって検出することができるように磁気抵抗勾配センサ１２を含む。
【００６９】
磁気抵抗勾配センサ１２と２つの束３０ａ、３０ｂとの間の距離は電流成分に対応して画定可能である。２つの束３０ａ、３０ｂにおける同一の電流成分により、束３０ａ、３０ｂは測定面２０、特に磁気抵抗勾配センサ１２に対して対称に配置される、すなわち電流センサ組立体の空間的対称性が得られる。一方で、２つの束３０ａ、３０ｂは、同一でない電流経路の場合、測定面２０、特に磁気抵抗勾配センサ１２に対して非対称に高さ方向にオフセットされ、測定面２０とより大きい電流成分を有する束との間により大きい距離が得られる。
【００７０】
図８ａは、三相システムに関する電流センサ組立体４６の第６実施形態を示す。３つのセンサ素子１１が共通のボード６４にその上部において配置され、それぞれのセンサ素子１１が磁気抵抗勾配センサ１２を含む。この場合、それぞれの電流位相Ｕ、Ｖ、Ｗは、それぞれボード６４の上方及び下方に延びる２つの導体部１４ａ、１４ｂに細分される。さらに、それぞれの電流位相Ｕ、Ｖ、Ｗの導体部１４ａ、１４ｂは共通の導体面に位置し、種々の電流位相Ｕ、Ｖ、Ｗの導体面は高さ方向及び横方向にオフセットされて配置される。ボード６４は、導体面の導体部１４ａ、１４ｂの間に角度をなして配置され、それぞれの勾配センサ１２が、電流位相を有するその関連する導体部１４ａ、１４ｂから同じ距離で配置される。この場合、３つの磁気抵抗勾配センサ１２は共通のボード６４の一方側に配置される。この小型の設計により、例えば六相のシステムなどの多相の場合に適宜調整可能な多相システムの測定が可能になる。
【００７１】
図８ｂは、電流センサ組立体４８の第７実施形態を示す。この電流センサ組立体は同様に三相システムに関する。３つのセンサ素子１１が共通のボード６４に配置され、３つのセンサ素子１１がそれぞれの場合に磁気抵抗勾配センサ１２を含む。それぞれの電流位相Ｕ、Ｖ、Ｗは、それぞれボード６４の上方及び下方に延びる２つの導体部１４ａ、１４ｂに細分される。ボード６４は、種々の電流位相Ｕ、Ｖ、Ｗの導体部１４ａ、１４ｂに対して傾斜する。この実施形態において、３つの磁気抵抗勾配センサ１２は共通のボード６４の前面及び後面に交互に配置されるので、システム全体がさらに小型の設計となる。この場合、３つすべての位相Ｕ、Ｖ、Ｗの非常に省スペースの電流測定が図９ａ及び図９ｂにおける実施形態で行うことができるということは有利である。
【００７２】
図９は、電流センサ組立体５０の第８実施形態を示す。この電流センサ組立体は２つの導体部１４ａ、１４ｂとセンサ素子１１とを含み、２つの導体部１４ａ、１４ｂは２つの対角線上に対向するスロット３２を有する平行のスロット付き管の形態をとる。このように、２つの導体部１４ａ、１４ｂは共通のラジアル面に配置され、同一の電流成分が２つの導体部１４ａ、１４ｂに流れる。センサ素子１１は磁気抵抗勾配センサ１２を含み、ＰＣＢフィルム１８に配置される。このように、磁気抵抗勾配センサ１２は管内で動き、適宜正しい位置に配置することができる。しかしながら、リジッドＰＣＢ上の配置もまた可能である。磁気抵抗勾配センサ１２は２つの導体部１４ａ、１４ｂに対して角度をなして配置される。電流成分１６ａ及び電流成分１６ｂはそれぞれ磁場を生じる。生じる磁場の差は、磁気抵抗勾配センサ１２で測定することができる。さらに、２つの半円形をなした鋼の半割り管５４の形態をとる、包囲磁気シールド３４が提供される。この磁気シールド３４は、内部に封入された磁気抵抗勾配センサ１２においてわずかな影響を及ぼすように、磁気抵抗勾配センサ１２を外部の影響から遮蔽し、また、シールドは外部ワイヤから生じる導体の漂遊磁場に対して提供される。
【００７３】
図１０は、電流センサ組立体５２の第９実施形態を示す。この電流センサ組立体は２つの導体部１４ａ、１４ｂとセンサ素子１１とを含む。２つの導体部１４ａ、１４ｂの間には、磁気抵抗勾配センサ１２が勾配磁場を検出するとともに、ＰＣＢフィルム１８に配置されるセンサ素子１１が配置される。２つの導体部１４ａ、１４ｂは、磁場の強さの差が測定される測定面２０に対して対称且つアンチパラレルで高さ方向にオフセットされる。電流成分１６ａ及び電流成分１６ｂは導体部１４ａ、１４ｂにおいて同じ方向に流れる。電流センサ組立体の外側には、２つの矩形をなした鋼の半割り管５４が磁気シールド３４として形成され、これらは、図９に従って２つのスロット３２を有し、妨害性の影響に対してシールドを提供する。
【００７４】
図１１ａは、電流センサ組立体５８の第１０実施形態を示す。導電体５６は、２つの部分に細分されるとともに、センサ素子１１がＰＣＢフィルム１８に配置されるスロット３２を有する、一体のプレス加工折曲部品の形態をとる。この場合、スロット付き部は導体１４ａ、１４ｂとして構成される。一次電流Ｉは導電体５６に流れ、一次電流は、導体部１４ａ、１４ｂによって２つの電流成分１６ａ、１６ｂに細分され、磁気抵抗勾配センサ１２に対して同じ方向に通電する。フレキシブルＰＣＢフィルム１８により、磁気抵抗勾配センサ１２は、導電体５６においてスロット３２に空間的に可変させて導入することができる。
【００７５】
図１１ｂは、電流センサ組立体７０の第１１実施形態を示す。図１１ａとは対照的に、導電体は共に接続された２つのプレス加工折曲部品の形態をとる。プレス加工折曲部品７２ａ及びプレス加工折曲部品７２ｂは共にはんだ付け、共にリベット留め、又は溶接されて、２つのプレス加工折曲部品が共に接続されるとともに、任意的に、測定面２０からの空間的距離を画定するスペーサによって離間させるようにする。このようにして、プレス加工折曲部品は２つの導体部として提供することができる。２つのプレス加工折曲部品は互いにアンチパラレルに構成され、磁気抵抗勾配センサ１２は、任意的に、測定面を磁場プロファイルに適合させるように、２つのプレス加工折曲部品に対して傾斜して、好ましくは２つのプレス加工折曲部品に対して４５°傾斜して配置することができる。それにより一次電流を測定することができる。
【００７６】
図１２は、電流センサ組立体５９の第１２実施形態を示す。２つの導体部は、導体撚り線２８ａ、２８ｂから形成される２つの束３０ａ、３０ｂの形態をとる。束３０ａに流れる電流成分１６ａは、センサ素子１１の磁気抵抗勾配センサ１２によって測定面２０において検出される磁場を生じる。さらに、電流成分３０ｂによって生じる磁場は、磁気抵抗勾配センサ１２によって測定面２０において共に測定される。このように、測定面２０に位置する接線磁場の強さ成分同士の間の差を測定することができ、これにより全電流の見込みを得る。さらに、２つの半円形をなした鋼の半割り管５４の形態をとる、磁気シールドが提供される。センサ素子１１はＰＣＢフィルム１８に配置されるので、センサ素子１１又は磁気抵抗勾配センサ１２は空間的に可変させて配置することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１０  電流センサ組立体の第１実施形態
１１  センサ素子
１２  磁気抵抗勾配センサ
１４ａ  導体部ａ
１４ｂ  導体部ｂ
１６ａ  電流成分ａ
１６ｂ  電流成分ｂ
１７ａ  方向ａ
１７ｂ  方向ｂ
１８  ＰＣＢフィルム
２０  測定面
２２  導体面
２４  ジャンパワイヤ
２６  バスバー
２８  導体撚り線
３０ａ  束ａ
３０ｂ  束ｂ
３２  スロット
３４  磁気シールド
３６  角度β
３８  電流センサ組立体の第２実施形態
４０  電流センサ組立体の第３実施形態
４２  電流センサ組立体の第４実施形態
４４  電流センサ組立体の第５実施形態
４６  電流センサ組立体の第６実施形態
４８  電流センサ組立体の第７実施形態
５０  電流センサ組立体の第８実施形態
５２  電流センサ組立体の第９実施形態
５４  鋼半割り管
５６  導電体
５８  電流センサ組立体の第１０実施形態
５９  電流センサ組立体の第１２実施形態
ｄ１  導体部ａと測定面との間の距離
ｄ２  導体部ｂと測定面との間の距離
６０ａ  磁場ａ
６０ｂ  磁場ｂ
６２ａ  磁場方向ａ
６２ｂ  磁場方向ｂ
６４  共通のボード
Ｉ  一次電流
６６  給電体
６８  ボード
７０  電流センサ組立体の第１１実施形態
７２ａ  Ｕ字形状プレス加工折曲部品ａ
７２ｂ  Ｕ字形状プレス加工折曲部品ｂ
１００  電流測定組立体
１０１  導体部
１０２  接続ウェブ
１０４  脚部
１０５  接続ライン
１０７  センサ素子
ｄｘ１、ｄｘ２  ｘ方向の距離
ｄｙ１、ｄｙ２  ｙ方向の距離
ｄ１、ｄ２  距離
Ｕ、Ｖ、Ｗ  電流位相
【図１】
2020537141.tif 000004
【図２ａ】
2020537141.tif 000005
【図２ｂ】
2020537141.tif 000006
【図２ｃ】
2020537141.tif 000007
【図３】
2020537141.tif 000008
【図４ａ】
2020537141.tif 000009
【図４ｂ】
2020537141.tif 000010
【図５ａ】
2020537141.tif 000011
【図５ｂ】
2020537141.tif 000012
【図６】
2020537141.tif 000013
【図７】
2020537141.tif 000014
【図８ａ】
2020537141.tif 000015
【図８ｂ】
2020537141.tif 000016
【図９】
2020537141.tif 000017
【図１０】
2020537141.tif 000018
【図１１ａ】
2020537141.tif 000019
【図１１ｂ】
2020537141.tif 000020
【図１２】
2020537141.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月16日(2019.5.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体（５６）における２つの導体部（１４ａ、１４ｂ）の間に配置された磁気抵抗勾配センサ（１２）を含み、前記導体部（１４ａ、１４ｂ）が電流を細分して、前記磁気抵抗勾配センサ（１２）の配置に対して同じ方向に通電させ、前記導体部（１４ａ、１４ｂ）が前記磁気抵抗勾配センサ（１２）の測定面（２０）に対して高さ方向にオフセットされる、電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）であって、１つの導体部（１４ｂ）は前記測定面（２０）の下方にガイドされ、１つの導体部（１４ａ）は前記測定面（２０）の上方にガイドされる、電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項２】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）の双方は同一の電流成分と、前記測定面（２０）からの同一の相対距離及び前記磁気抵抗勾配センサ（１２）からの同一の相対距離とを有する、請求項１に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項３】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）の双方は、同一でない電流成分、並びに／又は、前記測定面（２０）からの同一でない相対距離及び前記磁気抵抗勾配センサ（１２）からの同一でない相対距離を有し、前記同一でない電流成分及び前記同一でない距離が互いに補償するか、又は測定電流値が補正係数若しくは補正特性によって補正可能である、請求項１又は２に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項４】
前記磁気抵抗勾配センサ（１２）はフレキシブルＰＣＢフィルム（１８）に配置される、請求項１〜３の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項５】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）の双方は前記磁気抵抗勾配センサ（１２）の測定面（２０）に対して対称に高さ方向にオフセットされて、１つの導体部（１４ｂ）は前記測定面（２０）の下方に延び、１つの導体部（１４ａ）は前記測定面（２０）の上方に延びる、請求項１〜４の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項６】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）の双方は前記磁気抵抗勾配センサ（１２）の測定面（２０）に対して非対称に高さ方向にオフセットされて、１つの導体部（１４ａ）は前記測定面（２０）の下方に延び、１つの導体部（１４ａ）は前記測定面（２０）の上方に延びる、請求項１〜５の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項７】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）の双方は共通の導体面（２２）に位置し、前記磁気抵抗勾配センサ（１２）は、２つの前記導体部（１４ａ、１４ｂ）が位置する前記導体面（２２）に対して０°〜９０°、特に３０°〜６０°、特に４５°の角度β（３６）をなして配置される、請求項１〜６の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項８】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）の双方は少なくとも１つのジャンパワイヤ（２４）及びバスバー（２６）によって形成され、前記ジャンパワイヤは前記バスバー（２６）に電気的に接触する、請求項１〜７の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項９】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）は、前記磁気抵抗勾配センサ（１２）が配置されるスロット（３２）を有するプレス加工折曲部品の形態をとる、請求項１〜８の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項１０】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）の双方は２つの束（３０）の導体より線（２８）によって形成される、請求項１〜９の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項１１】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）は、２つのスロット（３２）を有する平行のスロット付き管の形態をとり、前記磁気抵抗勾配センサ（１２）は好ましくは前記スロット（３２）に対して角度をなして配置される、請求項１〜１０の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項１２】
前記導体部（１４ａ、１４ｂ）の１つを含む磁気シールド（３４）が提供され、前記シールドは、好ましくは２つの半円形又は矩形をなす鋼の半割り管（５４）の形態をとる、請求項１〜１１の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項１３】
三相システム又は多相システムにおいて、３つ又は複数の磁気抵抗勾配センサ（１２）が共通のボード（６４）、好ましくはＰＣＢフィルム（１８）に配置され、それぞれの電流位相はそれぞれの場合で前記ボードの上方及び下方に延びる２つの導体部に細分され、それぞれの電流位相の前記導体部は好ましくは共通の導体面に位置し、種々の電流位相の前記導体面は高さ方向にオフセットされて配置され、特に前記ボードは前記導体面の前記導体部同士の間に角度をなして配置される、請求項１〜１２の１項に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【請求項１４】
三相システム又は多相システムにおいて、３つ又は複数の磁気抵抗勾配センサ（１２）が前記共通のボード（６４）の一方側に又は前面及び後面において交互に配置される、請求項１３に記載の電流センサ組立体（１０、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５８、５９）。
【国際調査報告】
2020537141.tif 000022
2020537141.tif 000023
2020537141.tif 000024
2020537141.tif 000025
2020537141.tif 000026