JP6497483B2 - Current detection element and power supply device - Google Patents
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Description
本発明は、線路に流れる高周波電流を検出する電流検出素子、及びそれを備える給電装置に関する。 The present invention relates to a current detection element that detects a high-frequency current flowing in a line, and a power supply apparatus including the current detection element.
線路に流れる電流を検出する素子として、例えばカレントトランスが知られている。カレントトランスは通常、トロイダルコアに巻線したトランスで構成される。そのため、部品のサイズが大きくい。そのため、小型化、低背化が要求される装置には、カレントトランスは適さない場合がある。そこで、小型、薄型トランスの例として、例えば、特許文献1に記載されている積層トランスがある。特許文献1に記載の積層トランスは、導体パターンを印刷した磁性体シートを積層することでトランスを構成した、表面実装電子部品である。
For example, a current transformer is known as an element for detecting a current flowing in a line. A current transformer is usually composed of a transformer wound around a toroidal core. Therefore, the size of parts is large. For this reason, the current transformer may not be suitable for a device that requires a reduction in size and height. Therefore, as an example of a small and thin transformer, for example, there is a laminated transformer described in
特許文献1に記載の積層トランスを用いることで、電流検出素子は小型化できる。しかしながら、小型化した電流検出素子に大電流が流れると、抵抗損又は磁気飽和等が原因で、発熱又は破損が発生したり、検出精度が低下したりするといった問題が生じる。
By using the laminated transformer described in
そこで、本発明の目的は、大電流であっても電流を検出できる電流検出素子、及びそれを備える給電装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a current detection element that can detect a current even with a large current, and a power supply apparatus including the current detection element.
本発明に係る電流検出素子は、絶縁体と、前記絶縁体の内部に形成された被検出導体と、前記絶縁体の内部に形成され、前記被検出導体と磁界結合する検出導体と、前記被検出導体に対し並列接続されたバイパス導体と、を備えることを特徴とする。 The current detection element according to the present invention includes an insulator, a detected conductor formed inside the insulator, a detection conductor formed inside the insulator and magnetically coupled to the detected conductor, and the detected conductor. And a bypass conductor connected in parallel to the detection conductor.
この構成では、電流検出素子の被検出導体に電流が流れると、被検出導体と検出導体とが磁界結合して、検出導体に誘導電流が流れる。この誘導電流を検出することで、被検出導体に流れる電流を検出できる。この被検出導体には、バイパス導体が並列接続されている。このため、電流検出素子へ流れ込む電流(以下、通電電流と言う)は、被検出導体とバイパス導体とに分流される。この場合、被検出導体とバイパス導体とに流れる電流は、通電電流よりも小さい。したがって、通電電流が大電流であっても、被検出導体には大電流が流れないため、抵抗損を抑制できる。これにより、大電流であっても、電流を検出できる電流検出素子を実現できる。 In this configuration, when a current flows through the detected conductor of the current detection element, the detected conductor and the detection conductor are magnetically coupled, and an induced current flows through the detection conductor. By detecting this induced current, the current flowing through the detected conductor can be detected. A bypass conductor is connected in parallel to the detected conductor. For this reason, a current flowing into the current detection element (hereinafter referred to as energization current) is divided into a detected conductor and a bypass conductor. In this case, the current flowing through the detected conductor and the bypass conductor is smaller than the energization current. Therefore, even if the energization current is a large current, a large current does not flow through the conductor to be detected, so that the resistance loss can be suppressed. Thereby, a current detection element capable of detecting a current even with a large current can be realized.
また、電流検出素子での損失は小さいため、電流を検出したい線路の途中に電流検出素子を設けても、その線路への影響を抑制できる。 Further, since the loss in the current detection element is small, even if a current detection element is provided in the middle of the line where current is desired to be detected, the influence on the line can be suppressed.
前記絶縁体は、磁性体を含む第1絶縁体と、前記第1絶縁体に積層され、前記磁性体よりも透磁率が低い第2絶縁体と、を有し、前記被検出導体及び前記検出導体は、前記第1絶縁体に形成され、前記バイパス導体は、前記第2絶縁体に形成されてもよい。 The insulator includes a first insulator including a magnetic body, and a second insulator laminated on the first insulator and having a lower magnetic permeability than the magnetic body, and the detected conductor and the detection The conductor may be formed on the first insulator, and the bypass conductor may be formed on the second insulator.
この構成では、通電電流は、被検出導体とバイパス導体とに分流されるため、被検出導体近傍の磁束の集中を軽減でき、磁性体の磁気飽和等による変流特性(被検出導体に流れる電流に対する検出導体に流れる電流の比)への影響を防ぐことができる。 In this configuration, since the energized current is divided into the detected conductor and the bypass conductor, the concentration of magnetic flux in the vicinity of the detected conductor can be reduced, and the current transformation characteristics due to magnetic saturation of the magnetic material (current flowing through the detected conductor) The ratio of the current flowing through the detection conductor to the ratio) can be prevented.
前記電流検出素子は、前記バイパス導体の電流経路途中に設けられたインピーダンス素子を備えていてもよい。 The current detection element may include an impedance element provided in the middle of the current path of the bypass conductor.
この構成では、被検出導体へ流れる電流を調整することができる。そして、被検出導体に電流が流れず、バイパス導体にのみ電流が流れて、電流検出を行えなくなることを回避できる。 In this configuration, the current flowing to the detected conductor can be adjusted. And it can avoid that an electric current does not flow into a to-be-detected conductor, an electric current flows only into a bypass conductor, and cannot perform an electric current detection.
前記被検出導体のインダクタンスは、前記検出導体のインダクタンスよりも低くてもよい。 The inductance of the detected conductor may be lower than the inductance of the detecting conductor.
この構成では、被検出導体に接続される線路(電流検出素子が挿入される線路)への影響を小さくできる。 With this configuration, it is possible to reduce the influence on the line connected to the detected conductor (the line on which the current detection element is inserted).
前記被検出導体は直線状に形成されていてもよい。 The detected conductor may be formed in a straight line.
この構成では、被検出導体の抵抗成分を抑えることができる。 In this configuration, the resistance component of the detected conductor can be suppressed.
前記検出導体はコイル状に形成されていてもよい。 The detection conductor may be formed in a coil shape.
この構成では、被検出導体と検出導体との結合を強くできる。このため、コイル巻回数を少なくでき、電流検出素子を小型化できる。 In this configuration, the coupling between the detected conductor and the detection conductor can be strengthened. For this reason, the number of coil turns can be reduced, and the current detection element can be reduced in size.
前記絶縁体は、透磁率が周囲の透磁率よりも低い第3絶縁体を有し、前記第3絶縁体は、少なくとも前記被検出導体と前記検出導体との間に形成されていてもよい。 The insulator may include a third insulator having a magnetic permeability lower than that of the surrounding magnetic permeability, and the third insulator may be formed at least between the detected conductor and the detection conductor.
この構成では、被検出導体から生じた磁束が被検出導体と検出導体との間に通りにくくすることで、被検出導体と検出導体との結合を強くできる。 In this configuration, since the magnetic flux generated from the detected conductor is less likely to pass between the detected conductor and the detection conductor, the coupling between the detected conductor and the detection conductor can be increased.
本発明に係る給電装置は、受電装置が有する受電結合部と電界又は磁界の少なくとも一方により結合する給電結合部と、前記給電結合部へ交流の電力を供給する電力供給回路と、前記電力供給回路と前記給電結合部とに接続される電力供給ラインに流れる電流を検出する電流検出素子と、を備え、前記電流検出素子は、絶縁体と、前記絶縁体の内部に形成された被検出導体と、前記絶縁体の内部に形成され、前記被検出導体と磁界結合する検出導体と、前記被検出導体に対し並列接続されたバイパス導体と、を有し、前記被検出導体は、前記電力供給ラインの一部を構成していることを特徴とする。 The power supply device according to the present invention includes a power supply coupling unit coupled to a power reception coupling unit included in the power reception device by at least one of an electric field or a magnetic field, a power supply circuit that supplies AC power to the power supply coupling unit, and the power supply circuit. And a current detection element for detecting a current flowing in a power supply line connected to the power supply coupling unit, the current detection element comprising an insulator and a detected conductor formed inside the insulator. A detection conductor formed inside the insulator and magnetically coupled to the detected conductor, and a bypass conductor connected in parallel to the detected conductor, wherein the detected conductor is the power supply line It is characterized by constituting a part of
この構成では、電力供給ラインを流れる電流が被検出導体に流れると、被検出導体と検出導体とが磁界結合して、検出導体に誘導電流が流れる。この誘導電流を検出することで、被検出導体に流れる電流を検出できる。この被検出導体には、バイパス導体が並列接続されている。このため、電力供給ラインを流れる電流は、被検出導体とバイパス導体とに分流される。この場合、被検出導体に流れる電流は、電力供給ラインを流れる電流よりも小さい。したがって、電力供給ラインを流れる電流が大電流であっても、被検出導体には大電流が流れないため、抵抗損を抑制できる。これにより、大電流であっても、電流を検出できる電流検出素子を実現できる。 In this configuration, when a current flowing through the power supply line flows through the detected conductor, the detected conductor and the detection conductor are magnetically coupled, and an induced current flows through the detection conductor. By detecting this induced current, the current flowing through the detected conductor can be detected. A bypass conductor is connected in parallel to the detected conductor. For this reason, the current flowing through the power supply line is divided into the detected conductor and the bypass conductor. In this case, the current flowing through the detected conductor is smaller than the current flowing through the power supply line. Therefore, even if the current flowing through the power supply line is a large current, a large current does not flow through the conductor to be detected, so that the resistance loss can be suppressed. Thereby, a current detection element capable of detecting a current even with a large current can be realized.
また、電流検出素子の損失は小さいため、電力供給ラインの途中に電流検出素子を設けても、その電力供給ラインへの影響を抑制できる。 In addition, since the loss of the current detection element is small, even if the current detection element is provided in the middle of the power supply line, the influence on the power supply line can be suppressed.
前記電流検出素子は、前記バイパス導体の途中に設けられたインピーダンス素子を有していてもよい。 The current detection element may include an impedance element provided in the middle of the bypass conductor.
この構成では、被検出導体へ流れる電流を調整することができる。そして、被検出導体に電流が流れず、バイパス導体にのみ電流が流れて、電流検出を行えなくなることを回避できる。 In this configuration, the current flowing to the detected conductor can be adjusted. And it can avoid that an electric current does not flow into a to-be-detected conductor, an electric current flows only into a bypass conductor, and cannot perform an electric current detection.
前記給電装置は、前記給電結合部と前記インピーダンス素子とを含む共振回路、を備え、前記共振回路は、前記電力供給回路が前記給電結合部へ供給する交流の電力の周波数において共振してもよい。 The power supply device may include a resonance circuit including the power supply coupling unit and the impedance element, and the resonance circuit may resonate at a frequency of AC power supplied to the power supply coupling unit by the power supply circuit. .
この構成では、インピーダンス素子を共振回路の一部とすることで、ノイズ成分の影響を受けることなく、検出対象周波数の電流を高精度に検出できる。また、供給効率に影響を及ぼさずに、電流検出素子による電流検出を行える。 In this configuration, by making the impedance element a part of the resonance circuit, the current at the detection target frequency can be detected with high accuracy without being affected by the noise component. In addition, current detection by the current detection element can be performed without affecting supply efficiency.
本発明によれば、電流検出素子に大電流が流れ込んでも、その電流は被検出導体とバイパス導体とに分流される。このため、大電流が被検出導体にのみに流れる場合と比べて、被検出導体の抵抗損を抑制できる。つまり、大電流であっても電流検出を行える電流検出素子を実現できる。 According to the present invention, even when a large current flows into the current detection element, the current is divided into the detected conductor and the bypass conductor. For this reason, the resistance loss of the detected conductor can be suppressed as compared with the case where a large current flows only in the detected conductor. That is, a current detection element that can detect a current even with a large current can be realized.
(実施形態1)
図1(A)は、電流検出素子1の平面図、図1(B)は、図1(A)のI−I線における断面図である。図2は、電流検出素子1の下面図である。図3は、電流検出素子1の回路図である。(Embodiment 1)
1A is a plan view of the
電流検出素子1は積層体10を備えている。積層体10は略直方体形状である。積層体10の一方主面(以下、実装面と言う)には、図2に示す、複数の実装電極14A,14B,14C,14Dが形成されている。電流検出素子1は、複数の実装電極14A,14B,14C,14Dを、回路基板上の電極に半田付けすることで、回路基板に実装される。
The
積層体10は、複数の絶縁体層が積層された後、焼結されて形成される。絶縁体層は、フェライト等の磁性体のみからなる絶縁体層と、磁性体及び非磁性体からなる絶縁体層と、非磁性体のみからなる絶縁体層とを含む。磁性体は強磁性体であり、比透磁率μr>1である。非磁性体は、周囲の磁性体よりも透磁率が低く、比透磁率μr=1である。なお、非磁性体ではなく低透磁率の磁性体(μr≠1、ただし、磁性体の透磁率よりも低い)を用いてもよい。The
これら絶縁体層が積層された積層体10は、高透磁率部101と、高透磁率部101よりも透磁率が低い低透磁率部102A,102B,103とを有する。低透磁率部102A,102Bは、高透磁率部101を間に挟むようにして、高透磁率部101に積層されている。また、低透磁率部103は、高透磁率部101の内部に形成されている。
The
高透磁率部101は、本発明に係る「第1絶縁体」の一例である。低透磁率部102A,102Bは、本発明に係る「第2絶縁体」の一例である。低透磁率部103は、本発明に係る「第3絶縁体」の一例である。
The high
積層体10の低透磁率部103内には、直線状の電流検出用導体11が形成されている。この電流検出用導体11は、本発明に係る「被検出導体」の一例である。電流検出用導体11を直線形状とすることで、電流検出用導体11の形成が容易となる。また、電流検出用導体11を屈曲させて引き回す場合と比べて、電流検出用導体11を短くでき、そのインダクタンス及び抵抗値を低減できる。
A linear
積層体10の側面には、積層方向に沿って端面ビア11A,11Bが形成されている。端面ビア11A,11Bは、積層体10の実装面に形成された実装電極14A,14Bに接続されている。電流検出用導体11の長手方向の両端それぞれは、端面ビア11A,11Bに接続されている。つまり、電流検出用導体11の両端それぞれは、端面ビア11A,11Bを介して、実装電極14A,14Bに接続されている。
End face vias 11 </ b> A and 11 </ b> B are formed on the side surface of the stacked
なお、積層体10の内部にビア導体を形成し、そのビア導体を介して電流検出用導体11を実装電極14A,14Bに接続することもできる。
It is also possible to form a via conductor inside the laminate 10 and connect the
低透磁率部102B内にはバイパス導体12が形成されている。バイパス導体12は、電流検出用導体11に対向するように形成されている。バイパス導体12の長手方向の両端それぞれは、端面ビア11A,11Bに接続されている。
A
すなわち、図3に示すように、電流検出用導体11とバイパス導体12とは、実装電極14A,14Bの間で、並列に接続されている。図3に示すインダクタL1は、電流検出用導体11のインダクタンス成分である。また、図3のZ1は、バイパス導体12が有する等価的なインピーダンス成分(インダクタ、抵抗等)である。
That is, as shown in FIG. 3, the
高透磁率部101及び低透磁率部103には、コイル導体13が形成されている。コイル導体13は、本発明に係る「検出用導体」の一例である。コイル導体13は、積層体10の積層方向を巻回軸として、導体パターンがコイル状に巻回されて形成されている。そして、コイル導体13は、図1(A)に示す平面視で、電流検出用導体11と間隙をおいて隣接配置されている。
A
詳しくは、コイル導体13は、開ループ状導体131,132,133,134,135,136から構成されている。開ループ状導体131〜136それぞれは、異なる絶縁体層の主面に形成されている。開ループ状導体133,134の一部は、低透磁率部103を構成する絶縁体層の主面に形成されている。そして、開ループ状導体131〜136は不図示のビア導体により接続されている。
Specifically, the
なお、コイル導体13の巻回方向は特に限定されない。また、コイル導体を電流検出用導体11の延びる方向に沿って複数配置してもよい。さらに、コイル導体13の巻回軸方向は、積層体10の積層方向に限定されない。
Note that the winding direction of the
積層体10の側面には、積層体10の積層方向に沿った端面ビア13A,13Bが形成されている。この端面ビア13A,13Bは、積層体10の実装面に形成された実装電極14C,14Dに接続されている。コイル導体13の両端それぞれは、この端面ビア13A,13Bに接続されている。つまり、コイル導体13の両端それぞれは、端面ビア13A,13Bを介して、実装電極14C,14Dに接続されている。
End face vias 13 </ b> A and 13 </ b> B along the stacking direction of the stacked
以下に、前記のように構成される電流検出素子1での電流検出方法について説明する。
Hereinafter, a current detection method in the
電流検出素子1は、電流検出用導体11及びバイパス導体12が回路基板の主線路の途中に配置されるよう、回路基板に実装される。また、コイル導体13の両端、つまり、実装電極14C,14Dは、電流検出用導体11を流れる電流を検出するための検出用回路に接続される。
The
実装電極14A(又は実装電極14B)から電流が入力されると、その入力電流は、端面ビア11A(又は端面ビア11B)を通り、電流検出用導体11及びバイパス導体12へ流れ込む。そして、入力電流は、電流検出用導体11とバイパス導体12とに分流される。このとき、バイパス導体12はZ1のインピーダンス成分を有するため、バイパス導体12のみに入力電流が流れることはない。
When a current is input from the mounting
入力電流が分流されることで、入力電流が大電流であっても、電流検出用導体11には、入力電流よりも小さい電流が流れる。これにより、電流検出用導体11の抵抗損を抑制できる。したがって、回路基板の主線路の途中に電流検出素子1を設けても、主線路への影響を抑制できる。
By dividing the input current, a current smaller than the input current flows through the
なお、主線路への影響を抑制するために、電流検出用導体11は、そのインダクタンス成分(図3のインダクタL1)が、コイル導体13のインダクタンスよりも小さくなるように形成されることが好ましい。
In order to suppress the influence on the main line, the
電流検出用導体11に電流が流れると、電流検出用導体11から磁束が発生する。その磁束はコイル導体13のコイル開口に鎖交する。これにより、電流検出用導体11とコイル導体13とは磁界結合する。
When a current flows through the
ここで、バイパス導体12は低透磁率部102B内に形成されている。そして、その低透磁率部102Bは高透磁率部101の外側に設けられている。したがって、バイパス導体12に電流が流れても、コイル導体13とバイパス導体12の磁界結合は抑制される。
Here, the
コイル導体13に誘導起電力が生じると、その誘導起電力に応じてコイル導体13には誘導電流が流れる。そして、実装電極14C,14Dに接続される検出用回路により、誘導起電力又は誘導電流を検出することで、電流検出用導体11に流れる電流を検出できる。電流検出用導体11及びバイパス導体12のインピーダンス成分(図3のインダクタL1及びZ1のインピーダンス成分)は既知である。このため、検出される電流検出用導体11を流れる電流から、実装電極14A,14B間の電流、つまり、回路基板の主線路を流れる電流を検出できる。
When an induced electromotive force is generated in the
このように、電流検出素子1は、検出する電流が流れる電流検出用導体11に、バイパス導体12を並列接続する構成とすることで、大電流が入力されても分流されるため、損失を抑えて、電流検出を行える。また、バイパス導体12は電流検出素子1に固定されたものであるため、構成の違いによる特性のずれが生じることがない。したがって、精度よく電流検出を行える。
As described above, the
また、入力電流を分流して、電流検出用導体11に流れる電流を小さくすることで、高透磁率部101の磁束密度の集中を緩和して、高透磁率部101の磁気飽和を抑えることができる。このため、変流特性への影響を防ぐことができ、電流検出精度の低下を抑制できる。
Further, by diverting the input current and reducing the current flowing through the
また、電流検出用導体11を低透磁率部103内に形成することで、電流検出用導体11のインダクタンス成分又は磁気損失を小さくできる。さらに、電流検出用導体11周りの磁性体の磁気飽和を防止できる。
Further, by forming the
また、電流検出用導体11とバイパス導体12との間に、低透磁率部103が介在しているため、磁界が、電流検出用導体11とコイル導体13との間を通る閉磁路の形成を抑制できる。その結果、電流検出用導体11とコイル導体13との磁界結合を強くでき、感度よく電流検出を行える。また、電流検出用導体11とコイル導体13との間に低透磁率部103を設けることで、電流検出用導体11とコイル導体13との距離を近づけることなく、磁界結合を強くすることができる。つまり、電流検出用導体11とコイル導体13とを離すことで、2つの導体間に生じる寄生容量を低減できる。
Further, since the low
さらに、コイル導体13の一部のみ低透磁率部103内に形成されているので、コイル導体13のインダクタンスは大幅に低下することはない。
Furthermore, since only a part of the
以下に、電流検出素子1の別の例を示す。
Hereinafter, another example of the
図4(A)、図4(B)及び図4(C)は、電流検出素子の別の例を示す断面図である。 4A, 4B, and 4C are cross-sectional views illustrating another example of the current detection element.
図4(A)に示す電流検出素子1Aは、積層体10Aの構成が、電流検出素子1と相違する。積層体10Aは、低透磁率部102B、高透磁率部101B、低透磁率部103A、高透磁率部101A、低透磁率部102Aが順に積層されて構成されている。高透磁率部101A,101Bは、磁性フェライト等の強磁性体のみからなる絶縁体層である。低透磁率部102A,102Bと低透磁率部103A,103Bとは、非磁性フェライト等の非磁性体のみからなる絶縁体層である。
4A is different from the
電流検出用導体11は、低透磁率部103Aを構成する絶縁体層の主面に形成されている。コイル導体13の開ループ状導体133,134も、低透磁率部103Aを構成する絶縁体層の主面に形成されている。これにより、電流検出用導体11及びコイル導体13の一部は、積層体10Aの低透磁率部103A内に形成された構成となる。
The
この構成では、積層体10Aの各層は、強磁性体のみからなる絶縁体層、又は、非磁性体のみからなる絶縁体層で形成されるため、積層体10Aの製造が容易となる。
In this configuration, each layer of the
図4(B)に示す電流検出素子1Bは、バイパス導体12Aの構成が、電流検出素子1と相違する。バイパス導体12Aは低透磁率部102Bに設けられている。そして、バイパス導体12Aは、コイル導体13の巻回軸方向に平面視したとき、コイル導体13及び電流検出用導体11の両方と重なる大きさを有している。
The
この構成であっても、バイパス導体12Aは、高透磁率部101の外側に設けられる低透磁率部102B内に形成されているため、コイル導体13との磁界結合が抑制される。また、バイパス導体12Aが、コイル導体13の巻回軸方向に平面視したときに、コイル導体13と重なっているため、コイル導体13が電流検出素子1の外部で発生した磁束と鎖交するのを防ぐ磁気シールドとして機能する。
Even in this configuration, the
図4(C)に示す電流検出素子1Cは、2つのバイパス導体12A,12Bを備えている点で、電流検出素子1と相違する。バイパス導体12Aは低透磁率部102Bに設けられている。バイパス導体12Bは低透磁率部102Aに設けられている。
A
また、図示しないが、図1(B)において、低透磁率部102A,102Bを設けずに、バイパス導体12を高透磁率部101の主面に形成してもよい。バイパス導体12は、少なくとも高透磁率部101の外側に形成されていればよい。また、積層体10に低透磁率部103を設けなくてもよい。
Although not shown, the
また、バイパス導体12は、電流検出用導体11と対向している必要はなく、コイル導体13との磁界結合を生じにくい位置に配置していることが望ましい。コイル導体13との磁界結合を低くすることでバイパス導体12がコイル導体に与える影響を抑制することができる。
Further, the
本実施形態では高透磁率部を磁性体(強磁性体)、低透磁率部を非磁性体又は高透磁率部よりも透磁率の低い磁性体を用いたがこれに限らない。例えば低透磁率部を反磁性体(比透磁率μr<1)で構成し、高透磁率部を磁性体又は非磁性体で構成してもよい。少なくとも低透磁率部の透磁率が周囲の高透磁率部の透磁率よりも低ければよい。 In this embodiment, the high permeability portion is a magnetic material (ferromagnetic material), and the low permeability portion is a non-magnetic material or a magnetic material having a lower permeability than that of the high permeability portion. For example, the low magnetic permeability portion may be made of a diamagnetic material (relative magnetic permeability μr <1), and the high magnetic permeability portion may be made of a magnetic material or a non-magnetic material. It is sufficient that at least the permeability of the low permeability portion is lower than the permeability of the surrounding high permeability portion.
(実施形態2)
実施形態2に係る電流検出素子は、バイパス導体の途中にインピーダンス素子を設ける点で、実施形態1と相違する。(Embodiment 2)
The current detection element according to the second embodiment is different from the first embodiment in that an impedance element is provided in the middle of the bypass conductor.
図5(A)及び図5(B)は、本実施形態に係る電流検出素子2A,2Bの回路図である。
5A and 5B are circuit diagrams of the
図5(A)に示す電流検出素子2Aは、バイパス導体12の途中に抵抗R1を設けている。抵抗R1は、図1(B)に示す積層体10の上面又は内部に実装される素子である。抵抗R1を設けることで、電流検出用導体11に流れる電流を調整することができる。これにより、バイパス導体12ばかりに電流が流れて、電流検出用導体11に電流が流れず、電流検出を行えなくなるおそれを回避できる。
In the current detection element 2 </ b> A shown in FIG. 5A, a resistor R <b> 1 is provided in the middle of the
図5(B)に示す電流検出素子2Bは、バイパス導体12の途中にキャパシタC1を設けている。キャパシタC1は、図1(B)に示す積層体10の上面又は内部に実装する素子であってもよいし、積層体10内に形成した電極で構成されるものでもよい。
In the current detection element 2 </ b> B shown in FIG. 5B, a capacitor C <b> 1 is provided in the middle of the
キャパシタC1を設ける場合、そのキャパシタC1と、電流検出用導体11のインダクンス成分(インダクタL1)とで並列共振回路を構成するようにしてもよい。この場合、並列共振回路の共振周波数を、検出したい電流の周波数以外の周波数(例えば、3次高調波)に合わせることで、電流検出素子2Bは、その検出したい電流の周波数以外の周波数の電流を阻止できる。
When the capacitor C1 is provided, a parallel resonant circuit may be configured by the capacitor C1 and the inductance component (inductor L1) of the
(実施形態3)
この例では、実施形態1の電流検出素子1を備えた電力供給システムについて説明する。(Embodiment 3)
In this example, a power supply system including the
図6は、実施形態3に係る電力供給システム200の回路図である。電力供給システム200は、給電装置201と受電装置202とを備えている。電力供給システム200は、磁界結合方式により、給電装置201から受電装置202へ電力を供給する。
FIG. 6 is a circuit diagram of the
受電装置202は負荷回路213を備えている。この負荷回路213は充電回路及び二次電池を含む。なお、二次電池は受電装置202に対し着脱式であってもよい。そして、受電装置202は、その二次電池を備えた、例えば携帯電子機器である。携帯電子機器としては携帯電話機、携帯音楽プレーヤ、ノート型PC、デジタルカメラなどが挙げられる。給電装置201は、載置された受電装置202の二次電池を充電するための充電台である。
The
給電装置201は、直流電圧を出力する直流電源Vinを備えている。直流電源Vinは、商用電源に接続されるACアダプタである。直流電源Vinには、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路211が接続されている。インバータ回路211は、交流電圧を出力する。なお、ここでいう交流電圧とは、交流成分を有する電圧のことをさし、直流成分が含まれた脈流電圧等も含む。インバータ回路211の出力側には、キャパシタC3及びコイルL2から構成される共振回路が接続されている。インバータ回路211は、本発明に係る「電力供給回路」の一例である。
The
なお、図6に示した共振回路は、給電装置201と受電装置202のどちらも直列共振回路を構成しているが、並列共振回路の構成であってもよい。
In the resonance circuit illustrated in FIG. 6, both the
また、インバータ回路211と共振回路との間には、電流検出素子1が設けられている。電流検出素子1の電流検出用導体11及びバイパス導体12が、インバータ回路211と共振回路との間の電力供給ライン210の一部となっている。電流検出素子1のコイル導体13は、キャパシタC2及び負荷R2に接続されている。
Further, the
キャパシタC2及び負荷R2は、実施形態1で説明した検出用回路である。負荷R2の両端電圧を検出することで、コイル導体13に流れる誘導電流を検出できる。そして、その誘導電流から電流検出用導体11及びバイパス導体12に流れる電流、つまり、インバータ回路211と共振回路との間に流れる電流(以下、給電電流という)を検出できる。
The capacitor C2 and the load R2 are the detection circuit described in the first embodiment. By detecting the voltage across the load R2, the induced current flowing through the
受電装置202は、共振回路を構成するキャパシタC4及びコイルL3を有している。そして、コイルL2,L3が磁界結合することで、給電装置201から受電装置202へ電力が供給される。この受電装置202の共振回路は、給電装置201の共振回路と同じ共振周波数に設定されている。給電装置201及び受電装置202の共振回路の共振周波数を同じにすることで、効率よく電力供給が行える。
The
コイルL2は、本発明に係る「給電結合部」の一例である。コイルL3は、本発明に係る「受電結合部」の一例である。 The coil L2 is an example of the “feed coupling portion” according to the present invention. The coil L3 is an example of the “power receiving coupling portion” according to the present invention.
受電装置202の共振回路には、受電回路212が接続されている。受電回路212は、コイルL3に誘起された電圧を整流及び平滑する。また、受電回路212は、整流及び平滑した電圧を、安定化された所定電圧に変換し、負荷回路213へ供給する。
A
この電力供給システム200において、給電装置201の給電電流と、給電装置201の共振回路への入力電圧V1を検出することで、インバータ回路211から受電装置202側を視たインピーダンスを検出できる。インピーダンスを検出することで、例えば、給電装置201に受電装置202が載置されたか否かを判定できる。給電装置201に受電装置202を載置した場合、給電装置201と受電装置202との共振回路が結合して、複合共振による周波数ピークが現れる。そして、インピーダンスの周波数特性を検出し、周波数ピークの有無を検出することで、受電装置202の載置の有無を判定できる。
In this
なお、電流検出素子1を用いて給電装置201の給電電流のみを検出した場合においても、電流の大きさ、又は位相の変化により、受電装置202の載置の有無の判定又は異常等の状態検知を行うことができる。
Even when only the power feeding current of the
この給電電流の検出に電流検出素子1を用いることで、コイルL2に大電流が供給される場合であっても、損失を抑制して、電流検出を行える。損失を抑制できるため、インバータ回路211と共振回路との間の電力供給ライン210の途中に電流検出素子1を設けても、その電力供給ライン210への影響を抑制できる。
By using the
また、バイパス導体12は電流検出素子1に固定されたものであるため、構成の違いによる特性のずれが生じることがない。したがって、精度よく給電電流を検出できる。
Further, since the
さらに、積層体10の磁気飽和を抑制することで、電流検出精度が低下することを抑制できる。
Furthermore, it can suppress that a current detection precision falls by suppressing the magnetic saturation of the
なお、実施形態2と同様に、バイパス導体12の途中にインピーダンス素子を設けるようにしてもよい。
As in the second embodiment, an impedance element may be provided in the middle of the
図7は、別の例の電力供給システム200Aの回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram of another example
図7に示す電力供給システム200Aの給電装置201Aは、図6の電流検出素子1に変えて、実施形態2に係る電流検出素子2B(図5(B)参照)を備えている。キャパシタC1と電流検出用導体11のインダクタンス成分(インダクタL1)は、インバータ回路211から出力される電流の周波数以外の周波数(例えば、3次高調波)を共振周波数とする並列共振回路を構成している。これにより、インバータ回路211からの出力電流の周波数以外(例えば、3次高調波)の電流を阻止できる。
A
また、キャパシタC1を設ける場合、そのキャパシタC1は、コイルL2を含む直列共振回路を構成する共振回路の一部として用いてもよい。この場合、電流検出素子2Bを設けた際の、供給効率への影響を抑えられる。
When the capacitor C1 is provided, the capacitor C1 may be used as a part of a resonance circuit that constitutes a series resonance circuit including the coil L2. In this case, the influence on the supply efficiency when the
なお、本実施形態の電力供給システムは、磁界結合方式により、給電装置から受電装置へ電力を供給しているが、電界結合方式により、給電装置から受電装置へ電力を供給するものであってもよい。 Note that the power supply system of the present embodiment supplies power from the power feeding device to the power receiving device by the magnetic field coupling method, but may supply power from the power feeding device to the power receiving device by the electric field coupling method. Good.
C1…キャパシタ(インピーダンス素子)
C2,C3,C4…キャパシタ
L1…インダクタ
L2…コイル(給電結合部)
L3…コイル(受電結合部)
R1…抵抗(インピーダンス素子)
R2…負荷
V1…入力電圧
Vin…直流電源
Z1…インピーダンス成分
1,1A,1B,1C…電流検出素子
2A,2B…電流検出素子
10,10A…積層体
11…電流検出用導体(被検出導体)
11A,11B…端面ビア
12,12A,12B…バイパス導体
13…コイル導体(検出導体)
13A,13B…端面ビア
14A,14B,14C,14D…実装電極
101,101A,101B…高透磁率部(第1絶縁体)
102A,102B…低透磁率部(第2絶縁体)
103,103A,103B…低透磁率部(第3絶縁体)
131,132,133,134,135,136…開ループ状導体
200,200A…電力供給システム
201,201A…給電装置
202…受電装置
210…電力供給ライン
211…インバータ回路(電力供給回路)
212…受電回路
213…負荷回路C1 Capacitor (impedance element)
C2, C3, C4 ... Capacitor L1 ... Inductor L2 ... Coil (feed coupling part)
L3 ... Coil (power receiving coupling part)
R1: Resistance (impedance element)
R2 ... Load V1 ... Input voltage Vin ... DC power supply Z1 ...
11A, 11B ...
13A, 13B ...
102A, 102B ... Low permeability part (second insulator)
103, 103A, 103B ... Low permeability portion (third insulator)
131, 132, 133, 134, 135, 136 ...
212 ...
Claims (10)
前記絶縁体の内部に形成された被検出導体と、
前記絶縁体の内部に形成され、前記被検出導体と磁界結合する検出導体と、
前記被検出導体に対し並列接続されたバイパス導体と、
を備え、
前記絶縁体は、磁性体を含む第1絶縁体と、前記第1絶縁体に積層され、前記磁性体よりも透磁率が低い第2絶縁体と、を有し、
前記被検出導体及び前記検出導体は、前記第1絶縁体に形成され、
前記バイパス導体は、前記第2絶縁体に形成される、
電流検出素子。 An insulator;
A conductor to be detected formed inside the insulator;
A detection conductor formed inside the insulator and magnetically coupled to the detected conductor;
A bypass conductor connected in parallel to the detected conductor;
With
The insulator includes a first insulator including a magnetic body, and a second insulator laminated on the first insulator and having a lower magnetic permeability than the magnetic body,
The detected conductor and the detection conductor are formed on the first insulator,
The bypass conductor is formed in the second insulator;
Current detection element.
請求項1に記載の電流検出素子。 Comprising an impedance element provided in the middle current path before Symbol bypass conductor,
The current detection element according to claim 1 .
前記第3絶縁体は、
少なくとも前記被検出導体と前記検出導体との間に形成されている、
請求項1に記載の電流検出素子。 Before SL insulator permeability has a third insulator is lower than the magnetic permeability of the first insulator,
The third insulator is:
At least formed between the detected conductor and the detection conductor,
The current detection element according to claim 1 .
請求項1から請求項3の何れかに記載の電流検出素子。 The inductance of the detected conductor is lower than the inductance of the detecting conductor,
The current detection element according to claim 1.
請求項1から請求項4の何れかに記載の電流検出素子。 The detected conductor is formed in a straight line,
The current detection element according to claim 1.
請求項1から請求項5の何れかに記載の電流検出素子。 The detection conductor is formed in a coil shape,
The current detection element according to claim 1.
前記給電結合部へ交流の電力を供給する電力供給回路と、
前記電力供給回路と前記給電結合部とに接続される電力供給ラインに流れる電流を検出する電流検出素子と、
を備え、
前記電流検出素子は、
絶縁体と、
前記絶縁体の内部に形成された被検出導体と、
前記絶縁体の内部に形成され、前記被検出導体と磁界結合する検出導体と、
前記被検出導体に対し並列接続されたバイパス導体と、
を有し、
前記被検出導体は、前記電力供給ラインの一部を構成し、
前記絶縁体は、磁性体を含む第1絶縁体と、前記第1絶縁体に積層され、前記磁性体よりも透磁率が低い第2絶縁体と、を有し、
前記被検出導体及び前記検出導体は、前記第1絶縁体に形成され、
前記バイパス導体は、前記第2絶縁体に形成される、
給電装置。 A power supply coupling unit coupled with at least one of an electric field or a magnetic field and a power reception coupling unit included in the power reception device;
A power supply circuit for supplying AC power to the power supply coupling unit;
A current detection element for detecting a current flowing in a power supply line connected to the power supply circuit and the power supply coupling unit;
With
The current detection element is
An insulator;
A conductor to be detected formed inside the insulator;
A detection conductor formed inside the insulator and magnetically coupled to the detected conductor;
A bypass conductor connected in parallel to the detected conductor;
Have
The detected conductor constitutes a part of the power supply line,
The insulator includes a first insulator including a magnetic body, and a second insulator laminated on the first insulator and having a lower magnetic permeability than the magnetic body,
The detected conductor and the detection conductor are formed on the first insulator,
The bypass conductor is formed in the second insulator;
Power supply device.
前記第3絶縁体は、
少なくとも前記被検出導体と前記検出導体との間に形成されている、
請求項7に記載の給電装置。 Before SL insulator permeability has a third insulator is lower than the magnetic permeability of the first insulator,
The third insulator is:
At least formed between the detected conductor and the detection conductor,
The power feeding device according to claim 7 .
前記バイパス導体の途中に設けられたインピーダンス素子を有する、
請求項7に記載の給電装置。 Before Symbol current detection element,
Having an impedance element provided in the middle of the bypass conductor;
The power feeding device according to claim 7 .
を備え、
前記共振回路は、前記電力供給回路が前記給電結合部へ供給する交流の電力の周波数において共振する、
請求項9に記載の給電装置。 A resonant circuit including the feed coupling portion and the impedance element;
With
The resonant circuit resonates at a frequency of AC power that the power supply circuit supplies to the feed coupling unit.
The power feeding device according to claim 9.
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