JP6988684B2 - 電流センサ - Google Patents

Description

本明細書に記載の開示は、被測定電流を検出する電流センサに関するものである。

特許文献１に示されるように、表皮効果による電流密度の偏りを加味して、扁平な形状の被測定導体の中央位置と端位置の間に磁気センサの対向配置された電流測定装置が知られている。

特許第４５１５８５５号公報

表皮効果によって、電流は扁平形状の被測定導体の端位置に集中して流動する。これに対して特許文献１に記載の構成では、扁平形状の被測定導体の有する複数の端のうちの１つの位置（端位置）と中央位置との間に磁気センサが対向配置される。そのために被測定導体の有する他の端に集中して流動する電流から発せられる磁界が磁気センサを透過しがたくなる。したがって特許文献１に記載の構成では、磁気センサ（磁電変換部）を透過する磁界の密度を効果的に増加することができなかった。

そこで本明細書に記載の開示物は、磁電変換部を透過する磁界の密度が効果的に増加された電流センサを提供することを目的とする。

開示の１つは、所定方向に被測定電流の流動する導電部材（３０）と、
所定方向に交差する交差方向で導電部材と離間して対向する磁電変換部（１０）と、を有し、
導電部材における磁電変換部との対向部位（３１）は、所定方向まわりに、２つの先端面（３６ａ）が空隙（３６ｂ）を介して対向する環状を成し、
空隙は、磁電変換部よりも所定方向および交差方向それぞれに交差する横方向の長さが長く、
磁電変換部は、空隙の横方向の中心点と交差方向で対向し、２つの先端面それぞれと横方向で離間し、
磁電変換部は、環状を成す対向部位の備える中空と、交差方向において、空隙を介して対向している。

このように磁電変換部（１０）は導電部材（３０）の２つの先端面（３６ａ）の間の空隙（３６ｂ）と対向配置される。これにより、交流の被測定電流が導電部材（３０）に流れる場合、表皮効果によって導電部材（３０）の２つの先端面（３６ａ）側の表層に集中して流動する被測定電流から発せられる被測定磁界が磁電変換部（１０）を透過する。この結果、磁電変換部（１０）を透過する被測定磁界の密度が効果的に増加される。

なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

電流センサを示す斜視図である。 電流センサの断面図である。 透過磁界の強度と対向部の形状との関係を示すグラフである。 透過磁界の位相ズレ量と対向部の形状との関係を示すグラフである。 透過磁界の位相ズレ量を示す図表である。 透過磁界の位相ズレ量とギャップ長との関係を示す図表である。 被測定磁界の密度分布を示すグラフである。 導電バスバーの変形例を示す図表である。 導電バスバーの変形例を示す図表である。 筒形状の導電バスバーに磁電変換部の対向配置された状態を示す図表である。

以下、実施形態を図に基づいて説明する。

（第１実施形態）
電流センサ１００は交流電流を検出するものである。例えば電流センサ１００は、車載のインバータとモータのステータコイルとを接続する通電バスバーに設けられる。電流センサ１００はこの通電バスバーを流れる交流電流（三相交流）を検出する。

図１に示すように電流センサ１００は磁電変換部１０と導電バスバー３０を有する。また図２に示すように電流センサ１００は磁電変換部１０を搭載する配線基板２０を有する。

導電バスバー３０は上記の通電バスバーの一部である。そのために導電バスバー３０には上記の三相交流が流動する。なお、導電バスバー３０と通電バスバーとは別体でもよい。例えば通電バスバーがインバータ側とステーコイル側とで分断された構成の場合、これらを導電バスバー３０が架橋する構成を採用することができる。

磁電変換部１０と配線基板２０はこの導電バスバー３０に対向配置される。これにより磁電変換部１０には、導電バスバー３０を流れる交流電流から発せられる磁界が透過する。磁電変換部１０はこの自身を透過した磁界を電気信号に変換する。

以下、電流センサ１００の構成要素を個別に説明する。それに当たって、以下においては互いに直交の関係にある３方向をｘ方向、ｙ方向、および、ｚ方向とする。ｘ方向は横方向に相当する。ｙ方向は所定方向に相当する。ｚ方向は交差方向に相当する。

＜磁電変換部＞
磁電変換部１０は、図示しないＡＳＩＣに内包される。そしてこのＡＳＩＣは配線基板２０に搭載される。ＡＳＩＣはapplication specific integrated circuitの略である。

ＡＳＩＣには磁電変換部１０の他に増幅回路などが内包されている。配線基板２０にはフィルタ回路などが搭載されている。磁電変換部１０の出力した電気信号は増幅回路で信号強度が増幅される。この信号強度の増幅された磁電変換部１０の電気信号に含まれるノイズがフィルタ回路で除去される。信号強度が増幅され、ノイズの除去された磁電変換部１０の電気信号が車載の電子制御装置に出力される。電子制御装置はその電気信号や図示しない回転角センサの出力などに基づいて、モータに発生するトルクの目標値（目標トルク）を決定する。

配線基板２０は図２に示すようにｚ方向の厚さの薄い平板形状を成している。配線基板２０はｚ方向に面する第１主面２０ａと第２主面２０ｂを有する。この第１主面２０ａにＡＳＩＣ（磁電変換部１０）が搭載される。そして第１主面２０ａが導電バスバー３０とｚ方向で対向配置される。これにより磁電変換部１０は導電バスバー３０とｚ方向で対向配置されている。

磁電変換部１０は自身を透過する磁界（透過磁界）に応じて抵抗値が変動する磁気抵抗効果素子を複数有する。この磁気抵抗効果素子は第１主面２０ａに沿う透過磁界に応じて抵抗値が変化する。すなわち磁気抵抗効果素子は透過磁界のｘ方向に沿う成分とｙ方向に沿う成分に応じて抵抗値が変化する。

その反面、磁気抵抗効果素子はｚ方向に沿う透過磁界によって抵抗値が変化しない。したがってｚ方向に沿う外部ノイズが磁気抵抗効果素子を透過したとしても、それによって磁気抵抗効果素子の抵抗値は変化しない。

磁気抵抗効果素子は磁化方向の固定されたピン層、磁化方向が透過磁界に応じて変化する自由層、および、両者の間に設けられた非磁性の中間層を有する。中間層が非導電性を有する場合、磁気抵抗効果素子は巨大磁気抵抗素子である。中間層が導電性を有する場合、磁気抵抗効果素子はトンネル磁気抵抗素子である。なお、磁気抵抗効果素子は異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ）でもよい。さらに言えば、磁電変換部１０は磁気抵抗効果素子の代わりにホール素子を有してもよい。

磁気抵抗効果素子はピン層と自由層それぞれの磁化方向の成す角度によって抵抗値が変化する。ピン層の磁化方向は第１主面２０ａに沿っている。自由層の磁化方向は第１主面２０ａに沿う透過磁界によって定まる。磁気抵抗効果素子の抵抗値は、自由層と固定層それぞれの磁化方向が平行の場合に最も小さくなる。磁気抵抗効果素子の抵抗値は、自由層と固定層それぞれの磁化方向が反平行の場合に最も大きくなる。

磁電変換部１０は上記した磁気抵抗効果素子を複数有する。これら複数の磁気抵抗効果素子によってブリッジ回路が構成されている。ブリッジ回路の出力は、磁気抵抗効果素子を磁界が透過することで変動する。このブリッジ回路の出力が、増幅回路に出力される。

なお、磁電変換部１０は磁気抵抗効果素子から構成されるブリッジ回路の他に、相殺磁界を発生するためのオペアンプとフィードバックコイルを有してもよい。オペアンプの入力端子にブリッジ回路の出力端子が接続されている。オペアンプの出力端子にフィードバックコイルが接続されている。そしてオペアンプは帰還回路を介して出力端子と入力端子が接続されている。以上に示した構成により、オペアンプは入力端子に流れる電流と出力端子に流れる電流とがゼロとなるように動作する。この結果、オペアンプの出力端子からは、磁気抵抗効果素子の透過磁界に応じた電流（フィードバック電流）が流れる。

このフィードバック電流がフィードバックコイルを流れる。これによりフィードバックコイルから相殺磁界が発生する。この相殺磁界がブリッジ回路を透過する。これによってブリッジ回路を透過する被測定磁界が相殺される。以上により磁電変換部１０は、自身を透過する被測定磁界と相殺磁界とが平衡となるように動作する。磁電変換部１０としては、このような磁気平衡型を採用することもできる。なおこの構成の場合、フィードバックコイルに印加される電圧が、磁電変換部１０の出力電圧として増幅回路に出力される。

＜導電バスバー＞
導電バスバー３０は銅や黄銅およびアルミニウムなどの導電材料から成る。導電バスバー３０は例えば以下に列挙する方法で製造することができる。導電バスバー３０は平板をプレス加工することで製造することができる。導電バスバー３０は複数の平板を一体的に連結することで製造することができる。導電バスバー３０は複数の平板を溶接することで製造することができる。導電バスバー３０は鋳型に溶融状態の導電材料を流し込むことで製造することができる。導電バスバー３０の製造方法としては特に限定されない。導電バスバー３０が導電部材に相当する。

図１および図２に示すように導電バスバー３０はｙ方向に延びている。導電バスバー３０は磁電変換部１０とｚ方向で対向する対向部３１、および、対向部３１と連結される第１連結部３２と第２連結部３３を有する。第１連結部３２と第２連結部３３は対向部３１を介してｙ方向に並んでいる。第１連結部３２と第２連結部３３は対向部３１を介して一体的に連結されている。対向部３１は対向部位に相当する。

本実施形態の導電バスバー３０は一面３０ａと裏面３０ｂとの間の長さ（厚さ）の均一な平板をプレス加工することで製造される。そのために対向部３１、第１連結部３２、および、第２連結部３３それぞれの一面３０ａと裏面３０ｂとの間の離間距離は相等しくなっている。

第１連結部３２と第２連結部３３それぞれはｚ方向に面する平面において矩形を成している。第１連結部３２と第２連結部３３それぞれの一面３０ａと裏面３０ｂはｚ方向に面している。

対向部３１はｙ方向に延びる狭窄部３４を有する。狭窄部３４の一面３０ａと裏面３０ｂはｚ方向に面している。狭窄部３４のｙ方向の２つの端部のうちの一方が第１連結部３２に一体的に連結されている。狭窄部３４のｙ方向の２つの端部のうちの他方が第２連結部３３に一体的に連結されている。これにより狭窄部３４に第１連結部３２と第２連結部３３を流れる電流が流れる。

狭窄部３４は第１連結部３２と第２連結部３３それぞれよりもｘ方向の長さが短くなっている。このために狭窄部３４における第１連結部３２と第２連結部３３それぞれとの連結部位を流れる電流の密度は、第１連結部３２と第２連結部３３を流れる電流の密度よりも濃くなっている。

対向部３１は上記の狭窄部３４の他に、狭窄部３４とともにｙ方向まわりの周方向で環状を成す環状部３５を有する。環状部３５は狭窄部３４のｘ方向に並ぶ２つの側面それぞれから狭窄部３４の一面３０ａの上方側に湾曲して延びる２つの延長部３６を有する。２つの延長部３６は、狭窄部３４の側面から周方向に沿って半円形状に延びた後、２つの延長部３６それぞれの先端面３６ａが互いに近づく態様でｘ方向に延びた形状を成している。

これら２つの延長部３６それぞれの先端面３６ａはｘ方向に面している。そして２つの先端面３６ａはｘ方向で離間して対向している。これにより２つの先端面３６ａの間に空隙３６ｂが構成されている。

なお先端面３６ａはｘ方向に対して傾斜した形状を採用することもできる。その傾斜の形態としては、先端面３６ａが中空とｚ方向で対向する態様、先端面３６ａが配線基板２０とｚ方向で対向する態様を採用することができる。この場合、先端面３６ａを備える先端部のｚ方向の厚みは、空隙から離れるにしたがって徐々に厚くなる形状となる。

空隙３６ｂ、および、この空隙３６ｂを構成する２つの先端面３６ａはｚ方向において狭窄部３４の一面３０ａと離間して並んでいる。空隙３６ｂは狭窄部３４と環状部３５とによって構成される中空と連通するとともにｚ方向で並んでいる。

図１および図２において磁電変換部１０をブロックで示すように、磁電変換部１０は対向部３１とｚ方向で離間して対向配置される。より詳しく言えば、磁電変換部１０は上記の空隙３６ｂとｚ方向で離間して対向配置される。磁電変換部１０はｚ方向において空隙３６ｂを介して狭窄部３４と環状部３５とによって構成される中空と対向配置される。したがって磁電変換部１０には、主として対向部３１の２つの先端面３６ａを備える先端部を流れる電流から発せられる被測定磁界が透過する。

上記したように導電バスバー３０はｙ方向に延びている。したがって導電バスバー３０ではｙ方向に電流が流れる。このｙ方向への電流の流動によって、ｙ方向まわりの周方向に、アンペールの法則にしたがう被測定磁界が生成される。被測定磁界は、ｘ方向とｚ方向とによって規定される平面において、導電バスバー３０を中心として環状に流れる。磁電変換部１０は被測定磁界のｘ方向に沿う成分を検出する。

導電バスバー３０には交流電流が流れる。この交流電流の周波数が高まると、表皮効果によって、交流電流は導電バスバー３０の表層に流れようとする。この結果、導電バスバー３０の表層に流れる交流電流の電流密度が高まる。

この交流電流は狭窄部３４だけではなく環状部３５にも流れる。そのために環状部３５の表層に流れる交流電流の電流密度が高まる。より場所を限定して言えば、２つの先端面３６ａ側の表層を流れる交流電流の電流密度が高まる。したがって２つの先端面３６ａの間の空隙３６ｂと対向配置される磁電変換部１０には、この電流密度の高い、２つの先端面３６ａ側の表層を流れる交流電流から発せられる磁界が透過する。

＜電流センサの寸法関係＞
次に、電流センサ１００の寸法関係を説明する。図２に示すように狭窄部３４のｘ方向の長さはｌｃとなっている。上記したように狭窄部３４のｘ方向に並ぶ２つの側面それぞれから延長部３６が延びている。この延長部３６は周方向に延びる。すなわち延長部３６はｚ方向に延びつつ、ｘ方向において狭窄部３４から一度離間した後、ｘ方向において狭窄部３４に近づくように延びる。２つの延長部３６間のｘ方向の最長離間長さｌｘは、狭窄部３４のｘ方向の長さｌｃよりも長くなっている。

上記したように２つの延長部３６の先端面３６ａはｘ方向で離間して対向する。この２つの先端面３６ａのｘ方向の離間長さｌｇは、狭窄部３４のｘ方向の長さｌｃよりも短くなっている。換言すれば、２つの先端面３６ａの間の空隙３６ｂのｘ方向の長さ（ギャップ長さ）ｌｇは、狭窄部３４のｘ方向の長さｌｃよりも短くなっている。

空隙３６ｂと磁電変換部１０とのｚ方向の離間距離はｌｄとなっている。そして対向部３１の中空のｚ方向の長さはｌｚとなっている。離間距離ｌｄは長さｌｚよりも短くなっている。なお、離間距離ｌｄは導電バスバー３０の一面３０ａと裏面３０ｂとの離間距離（厚さ）よりも短くとも長くともよい。また離間距離ｌｄは上記のギャップ長さｌｇよりも短くとも長くともよい。

磁電変換部１０のｘ方向の長さは、空隙３６ｂのギャップ長さｌｇよりも短くなっている。そして磁電変換部１０は空隙３６ｂのｘ方向の中心点とｚ方向で対向している。したがって磁電変換部１０はｚ方向で空隙３６ｂと対向し、この空隙３６ｂを構成する２つの先端面３６ａとはｚ方向で並んでいない。ただし、磁電変換部１０のｘ方向の長さがギャップ長さｌｇよりも長い構成を採用することもできる。すなわち磁電変換部１０がｚ方向において２つの先端面３６ａと並ぶ構成を採用することもできる。磁電変換部１０のｘ方向の長さは、具体的には１ｍｍ程度である。

図２に示されるように、対向部３１において、狭窄部３４よりも環状部３５のほうがｙ方向に面する平面の断面積（通電断面積）が大きくなっている。これにより狭窄部３４から環状部３５への通電が促されている。

＜磁界強度＞
次に、上記した各種長さｌｃ，ｌｘ，ｌｇ，ｌｄ，ｌｚおよび磁電変換部１０のサイズを不変としつつ、図１に示す狭窄部３４のｙ方向の長さｌｙを変化させた場合に磁電変換部１０を透過する磁界（透過磁界）の強度の計測結果を図３に基づいて説明する。

図３の縦軸は透過磁界の強度を示している。横軸は長さｌｙを示している。縦軸の単位は、長さｌｙがゼロの場合の透過磁界の強度を基準値の１．００として規格した任意単位である。横軸の単位はｍｍである。

この図３に明示されるように、長さｌｙがゼロの場合、すなわち、狭窄部３４に環状部３５が形成されていない場合、透過磁界の強度は１．００になる。これに対して、長さｌｙが１０ｍｍ程度でもある場合、透過磁界の強度は１．１５になる。このように、多少にでも狭窄部３４に環状部３５が形成される場合、透過磁界の強度はおよそ１５％増大する。

なお当然ではあるが、図３に示す測定結果を得るにあたって、狭窄部３４に環状部３５が形成させていない場合の対向部３１のｙ方向に直交する断面積と、狭窄部３４に環状部３５が形成されている場合の対向部３１のｙ方向に直交する断面積とを等しくしている。環状部３５がない場合とある場合とでの対向部３１の通電断面積を等しくしている。

＜位相ズレ＞
次に、上記した各種長さｌｃ，ｌｘ，ｌｇ，ｌｄ，ｌｚを不変としつつ、狭窄部３４のｙ方向の長さｌｙを変化させた場合の透過磁界の位相ズレ量の計測結果を図４に基づいて説明する。この位相ズレ量は、表皮効果を無視できる程度の低周波の交流電流を流した際の透過磁界に対する、表皮効果の発生する高周波の交流電流を流した際の透過磁界の位相のズレ量を示している。

流した交流電流の周波数差は２０００Ｈｚである。図４の縦軸は透過磁界の位相ズレ量を示している。横軸は長さｌｙを示している。縦軸の単位は°である。横軸の単位はｍｍである。

この図４に明示されるように、長さｌｙがゼロの場合、すなわち、狭窄部３４に環状部３５が形成されていない場合、透過磁界の位相ズレ量は９°になる。これに対して、長さｌｙが１０ｍｍ程度でもある場合、透過磁界の位相ズレ量はおよそ２．３°になる。このように、多少にでも狭窄部３４に環状部３５が形成される場合、透過磁界の位相ズレ量はおよそ６．７°低減される。すなわち位相ズレ量は７４％減少される。

次に、通電断面積の相等しい、狭窄部３４に環状部３５の形成されていない対向部３１と、狭窄部３４に環状部３５の形成された対向部３１とに周波数の異なる交流電流を流した際に生じる透過磁界の位相のズレ量を図５に基づいて説明する。

流した交流電流の周波数差は５０００Ｈｚである。実線が低周波の交流電流、破線が高周波の交流電流を流した際に検出される透過磁界を示している。図５の（ａ）欄は狭窄部３４に環状部３５の形成されていない場合の透過磁界を示している。図５の（ｂ）欄は狭窄部３４に環状部３５の形成されている場合の透過磁界を示している。

狭窄部３４に環状部３５の形成されていない場合、低周波の交流電流を流した際の透過磁界と、高周波の交流電流を流した際の透過磁界との位相のズレ量は９°になる。狭窄部３４に環状部３５の形成されている場合、低周波の交流電流を流した際の透過磁界と、高周波の交流電流を流した際の透過磁界との位相のズレ量は２°になる。

以上に示したように、対向部３１がｚ方向に面する狭窄部３４だけではなく、空隙３６ｂを備えた環状の環状部３５を有する場合、透過磁界の位相のズレ量が低減される。

次に、上記した各種長さｌｃ，ｌｘ，ｌｄ，ｌｚ，ｌｙを不変としつつ、ギャップ長さｌｇを変化させた場合の透過磁界を図６に示す。ギャップ長さｌｇは、０．０ｍｍ，０．５ｍｍ，１．５ｍｍに変化させている。したがって図６に示す透過磁界は、対向部３１が空隙３６ｂを有さない筒形状の場合、ギャップ長さｌｇが磁電変換部１０よりも短い場合、ギャップ長さｌｇが磁電変換部１０よりも長い場合を示している。これら各種形態において、導電バスバー３０に、０Ｈｚ，１００Ｈｚ，５００Ｈｚ，１０００Ｈｚ，２０００Ｈｚ，５０００Ｈｚの交流電流を流している。なお、０Ｈｚとは近似値であり、具体的には１×１０^−８Ｈｚである。

図６の（ａ）欄はギャップ長さｌｇが０．０ｍｍの場合の透過磁界を示している。図６の（ｂ）欄はギャップ長さｌｇが０．５ｍｍの場合の透過磁界を示している。図６の（ｃ）欄はギャップ長さｌｇが１．５ｍｍの場合の透過磁界を示している。

そして図６の（ｄ）欄は図６の（ａ）欄に示す破線で囲った領域の透過磁界を示している。図６の（ｅ）欄は図６の（ｂ）欄に示す破線で囲った領域の透過磁界を示している。図６の（ｆ）欄は図６の（ｃ）欄に示す破線で囲った領域の透過磁界を示している。

図６に明示されるように、ギャップ長さｌｇの有無および長短に関わらずに、交流電流の周波数が高まるほどに、低周波の交流電流の透過磁界と高周波の交流電流の透過磁界との位相差が大きくなる。しかしながらその位相差の増大値は、ギャップ長さｌｇに依存している。

図６の（ａ）欄と（ｄ）欄に示されるように、ギャップ長さｌｇが０．０ｍｍの場合、最も低周波の交流電流を流した際の透過磁界と、最も高周波の交流電流を流した際の透過磁界との位相のズレ量は３．１５°になる。

図６の（ｂ）欄と（ｅ）欄に示されるように、ギャップ長さｌｇが０．５ｍｍの場合、最も低周波の交流電流を流した際の透過磁界と、最も高周波の交流電流を流した際の透過磁界との位相のズレ量は２．６０°になる。

図６の（ｃ）欄と（ｆ）欄に示されるように、ギャップ長さｌｇが１．５ｍｍの場合、最も低周波の交流電流を流した際の透過磁界と、最も高周波の交流電流を流した際の透過磁界との位相のズレ量は１．８９°になる。

以上に示したように、ギャップ長さｌｇが有る場合、すなわち、対向部３１が周方向で連続的に連なった環状ではなく、空隙３６ｂを有する環状の場合、透過磁界の位相のズレ量が低減される。また、ギャップ長さｌｇが磁電変換部１０よりも長い場合、透過磁界の位相のズレ量が効果的に低減される。

＜電流センサの作用効果＞
＜透過磁界の強度＞
以上に示したように、磁電変換部１０は導電バスバー３０の２つの先端面３６ａによって構成される空隙３６ｂとｚ方向で対向配置される。これにより、表皮効果によって導電バスバー３０の２つの先端面３６ａ側の表層に集中して流動する被測定電流から発せられる被測定磁界が磁電変換部１０を透過する。この結果、図３に示されるように、磁電変換部１０を透過する被測定磁界の密度（強度）が効果的に増加される。

なお、磁電変換部１０を透過する被測定磁界の強度の効果的な増加は、導電バスバー３０に直流が流れる場合においても生じる。図７に、通電断面積の相等しい、狭窄部３４に環状部３５の形成されていない対向部３１と、狭窄部３４に環状部３５の形成された対向部３１とに直流電流を流した際の被測定磁界の強度分布を示す。

図７の縦軸は被測定磁界の強度を示している。横軸は磁電変換部１０（空隙３６ｂ）を中心とした場合のｘ方向の位置を示している。縦軸の単位は、被測定磁界の最大強度を基準値の１．００として規格した任意単位である。横軸の単位はｍｍである。

この図７に明示されるように、狭窄部３４に環状部３５の形成された場合、狭窄部３４に環状部３５の形成されていない場合と比べてｘ＝０．０ｍｍの位置の被測定磁界（透過磁界）が大きくなる。具体的には、透過磁界はおよそ３１％増大する。このように被測定電流が直流電流の場合であっても、透過磁界の強度が高まる。

＜透過磁界の位相ズレ＞
図４および図５に基づいて説明したように、狭窄部３４に環状部３５が形成される場合、狭窄部３４に環状部３５が形成されていない場合と比べて透過磁界の位相ズレ量が低減される。また図６に基づいて説明したように、環状部３５が空隙３６ｂを有する環状の場合、環状部３５が空隙３６ｂを有さずに、対向部３１が周方向で連続的に連なった環状の場合と比べて、透過磁界の位相ズレ量が低減される。さらに言えば、ギャップ長さｌｇが磁電変換部１０よりも長い場合、透過磁界の位相ズレ量が効果的に低減される。

これにより、電流センサ１００で検出する被測定電流と、実際に導電バスバー３０に流れている被測定電流とに位相差が生じることが抑制される。電流センサ１００で検出される被測定電流に基づいて電子制御装置で算出される目標トルクの値にズレが生じることが抑制される。モータの駆動状態が不安定になることが抑制される。

＜電流センサの寸法＞
空隙３６ｂと磁電変換部１０とのｚ方向の離間距離ｌｄは、対向部３１の中空のｚ方向の長さｌｚよりも短くなっている。これにより表皮効果によって導電バスバー３０から発せられる被測定磁界の磁電変換部１０を透過する強度の低減が抑制される。

延長部３６は周方向に延びるため、２つの延長部３６間のｘ方向の最長離間長さｌｘは、狭窄部３４のｘ方向の長さｌｃよりも長くなっている。これにより単に延長部３６がｚ方向に延びる構成と比べて、延長部３６の通電断面積が大きくなる。そのために対向部３１の電気抵抗が低まる。対向部３１での局所的な発熱が抑制される。対向部３１から磁電変換部１０への伝熱によって、磁電変換部１０の備える磁気抵抗効果素子の抵抗値が変動することが抑制される。被測定電流の検出精度の低下が抑制される。

対向部３１において、狭窄部３４よりも環状部３５のほうが、通電断面積が大きくなっている。これにより狭窄部３４から環状部３５への通電が促されている。環状部３５を流れる被測定電流の電流密度の低減が抑制される。

以上、本開示物の好ましい実施形態について説明したが、本開示物は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示物の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

（第１の変形例）
本実施形態では導電バスバー３０が通電バスバーの一部である例を示した。しかしながら導電バスバー３０と通電バスバーとが別体の構成を採用することもできる。この場合、例えば図８の（ａ）欄と（ｃ）欄に示すように、第１連結部３２と第２連結部３３それぞれに、一面３０ａと裏面３０ｂとを貫通する貫通孔３０ｃの形成された構成を採用することもできる。この貫通孔３０ｃにボルトを通し、ボルトの先端を通電バスバーに締結する。こうすることで導電バスバー３０と通電バスバーとが機械的および電気的に接続される。

（第２の変形例）
本実施形態では第１連結部３２と第２連結部３３それぞれがｚ方向に面する平面において矩形を成す例を示した。しかしながら図８の（ｂ）欄に示すように、第１連結部３２と第２連結部３３それぞれに、狭窄部３４との連結部位に向かってｘ方向の長さが徐々に短くなる傾斜の形成された構成を採用することもできる。これにより第１連結部３２から狭窄部３４への電流の流動、および、第２連結部３３から狭窄部３４への電流の流動に律速が生じることが抑制される。

（第３の変形例）
本実施形態では、図１に示すように環状部３５の有する２つの延長部３６それぞれのｙ方向の端面３６ｃがｙ方向に面する例を示した。しかしながら図８の（ｃ）欄に示すように端面３６ｃは、ｙ方向において環状部３５の中央に近づくにしたがってｚ方向の長さが徐々に長くなる傾斜を有してもよい。これにより第１連結部３２側から環状部３５、および、第２連結部３３側から環状部３５へと電流が流れやすくなる。そのために環状部３５に流れる被測定電流の電流量の低減が抑制される。

本実施形態では狭窄部３４が第１連結部３２および第２連結部３３よりもｘ方向の長さが短い例を示した。しかしながら図８の（ｃ）欄に示すように、狭窄部３４、第１連結部３２、および、第２連結部３３それぞれのｘ方向の長さが等しい構成を採用することもできる。

本実施形態では特に第１連結部３２および第２連結部３３と対向部３１との通電断面積の大小関係を述べていなかった。例えば図８の（ｃ）欄に示すように、第１連結部３２および第２連結部３３それぞれよりも、対向部３１のほうが通電断面積の大きい構成を採用することもできる。

（第４の変形例）
本実施形態では延長部３６が狭窄部３４から周方向に延びる例を示した。しかしながら図９の（ａ）欄および（ｂ）欄に示すように、延長部３６は狭窄部３４からｚ方向に延びた形状を採用することもできる。また中空のｙ方向に面する断面形状が、長方形、正方形の形状を採用することもできる。図９の（ｃ）欄に示すように、中空のｙ方向に面する断面形状が楕円の形状を採用することもできる。

（その他の変形例）
本実施形態では電流センサ１００がインバータとステータコイルとを接続する通電バスバーの電流の検出に適用される例を示した。しかしながら電流センサの適用としては上記例に限定されない。例えば電流センサ１００がバッテリとコンバータとを接続する電力線の電流の検出に適用された構成を採用することもできる。この場合、電流センサ１００は直流電流を検出する。

（参考例）
図１０に導電バスバー３０が筒形状である場合の電流センサ１００を参考として示す。図１０の（ａ）欄に示すように筒形状の導電バスバー３０に磁電変換部１０がｚ方向で離間して対向配置される。図１０の（ｂ）欄に実線矢印で示すように、この構成の場合、磁電変換部１０には、アンペールの法則にしたがって周方向に流れる被測定磁界が磁電変換部１０を透過する。

この筒形状の導電バスバー３０に交流電流が流れると、表皮効果によって、この筒を構成する導電バスバー３０の内壁面３０ｄ側と外壁面３０ｅ側それぞれの表層に被測定電流が集中して流れようとする。

ただし、表皮効果によって被測定電流が集中して流れる表層の深さＤは、被測定電流の周波数ｆ、導電バスバー３０の透磁率μ、導電バスバー３０の透磁率σに依存する。具体的に言えば、Ｄ＝（πｆμσ）^−１／２と表される。

このように電流が集中して流れる表層の深さＤは被測定電流の周波数ｆに依存する。この周波数ｆが高くなればなるほどに電流が集中して流れる表層の深さＤは浅くなる。被測定電流の周波数の最大値をＦとすると、電流が集中して流れる表層の最短深さＤｍは、（πＦμσ）^−１／２と表される。

導電バスバー３０の内壁面３０ｄと外壁面３０ｅとの間の厚さｔが、この最短深さＤｍよりも長い場合、導電バスバー３０を流れる被測定電流の密度分布に、表層側と内側とで偏りが生じる。反対に、厚さｔが最短深さＤｍ以下の場合、導電バスバー３０を流れる被測定電流の密度分布に偏りが生じがたくなる。

そこで、筒形状の導電バスバー３０の厚さｔを最短深さＤｍ＝（πＦμσ）^−１／２以下にする。これにより表皮効果による被測定磁界の密度分布に変化が生じることが抑制される。被測定電流の周波数の変化によって、磁電変換部１０を透過する被測定磁界の位相などが変化することが抑制される。被測定電流の検出精度の低下が抑制される。

なお、導電バスバー３０における磁電変換部１０と対向する対向部３１の厚さを最短深さＤｍ＝（πＦμσ）^−１／２以下に設定し、第１連結部３２と第２連結部３３それぞれの厚さをこの最短深さＤｍよりも厚く設定してもよい。また、図１０に示すように、対向部３１の中空よりも、第１連結部３２と第２連結部３３それぞれの中空が小さい構成を採用することもできる。

１０…磁電変換部、２０…配線基板、３０…導電バスバー、３１…対向部、３６ａ…先端面、３６ｂ…空隙、１００…電流センサ

Claims (2)

1. 所定方向に被測定電流の流動する導電部材（３０）と、
   前記所定方向に交差する交差方向で前記導電部材と離間して対向する磁電変換部（１０）と、を有し、
   前記導電部材における前記磁電変換部との対向部位（３１）は、前記所定方向まわりに、２つの先端面（３６ａ）が空隙（３６ｂ）を介して対向する環状を成し、
   前記空隙は、前記磁電変換部よりも前記所定方向および前記交差方向それぞれに交差する横方向の長さが長く、
   前記磁電変換部は、前記空隙の前記横方向の中心点と前記交差方向で対向し、２つの前記先端面それぞれと前記横方向で離間し、
   前記磁電変換部は、環状を成す前記対向部位の備える中空と、前記交差方向において、前記空隙を介して対向している電流センサ。
2. 前記磁電変換部と前記空隙との前記交差方向での離間距離は、前記中空の前記交差方向の長さよりも短い請求項１に記載の電流センサ。

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