WO2018131325A1 - 電流検出デバイス、給電装置 - Google Patents

電流検出デバイス、給電装置 Download PDF

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WO2018131325A1
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市川 敬一
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株式会社村田製作所
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    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/04Fixed inductances of the signal type  with magnetic core
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F19/00Fixed transformers or mutual inductances of the signal type
    • HELECTRICITY
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    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/29Terminals; Tapping arrangements for signal inductances

Definitions

  • the present invention relates to a current detection device that detects a current flowing through a conductor of an electronic device, and a power supply device.
  • the first method is to insert a resistor into the current line, measure the voltage across the resistor, and convert it to a current value.
  • the second method uses magnetic field coupling, measures the voltage on the secondary side using a transformer, and converts it to a current value.
  • the third method uses magnetic field coupling and uses a multilayer substrate as described in Patent Document 1.
  • a sensor conductor is formed in a shape in which a conductor of a current line formed on a multilayer substrate is wound. The current flowing through the sensor conductor is measured, and the current value of the current line is calculated.
  • a magnetic field is measured using a Hall element, and the intensity of the magnetic field is converted into a current value.
  • the resistance value must be extremely low to suppress loss of the current line. Therefore, the voltage value must be low, and a high-magnification amplifier circuit must be provided.
  • the detection sensitivity is lowered, and if the multilayer substrate is a magnetic material, the loss of the magnetic material and the degradation of the linearity of the detection voltage occur.
  • an object of the present invention is to provide a small current detection device having high current detection sensitivity and a simple configuration.
  • the current detection device of the present invention includes a base, a main conductor, and a detection conductor.
  • the base body has a first main surface and a second main surface that face each other, and a first side surface and a second side surface that are connected to the first main surface and the second main surface and face each other.
  • the main conductor and the detection conductor are formed on the base and are magnetically coupled to each other.
  • the detection conductor is formed inside the substrate and has a spiral shape. The spiral winding axis faces the first direction parallel to the first main surface, the second main surface, the first side surface, and the second side surface.
  • the main conductor is formed on the outer side of the detection conductor in the base, and is formed along the first side surface, the first main surface, and the second side surface of the base, and is continuous along the direction substantially orthogonal to the first direction. It is.
  • the base includes a magnetic part and a non-magnetic part.
  • the magnetic part is arranged so as to include at least a part of the inside of the winding shape of the detection conductor.
  • the nonmagnetic part is disposed so as to include at least a part of a region between the main conductor and the detection conductor.
  • a current corresponding to the magnitude of the current flowing through the main conductor flows through the detection conductor.
  • the magnetic body portion is arranged inside the winding shape of the detection conductor, the inductance of the detection coil including the detection conductor can be increased, and the current detection sensitivity is improved. Further, since the main conductor is in contact with the non-magnetic body portion, the rated current of the main conductor is increased and the loss is suppressed.
  • the current detection device of the present invention preferably has the following configuration.
  • the base includes a magnetic layer that forms the magnetic part, and a first nonmagnetic layer and a second nonmagnetic layer that form the nonmagnetic part.
  • the substrate has a laminated structure in which a magnetic layer is disposed between the first nonmagnetic layer and the second nonmagnetic layer.
  • the detection conductor includes a first detection conductor closer to the first main surface than the second main surface, a second detection conductor closer to the second main surface than the first main surface, and a third detection closer to the first side than the second side surface. A conductor and a fourth detection conductor closer to the second side surface than the first side surface are provided.
  • the first detection conductor is formed at the interface between the magnetic layer and the first nonmagnetic layer.
  • the second detection conductor is formed at the interface between the magnetic layer and the second nonmagnetic layer.
  • a structure in which the magnetic body portion is disposed inside the winding shape of the detection conductor and the non-magnetic body portion is disposed between the main conductor and the detection conductor is realized by a laminated structure.
  • the current detection device of the present invention preferably has the following configuration.
  • the magnetic layer includes a portion where a non-magnetic material is interposed between the main conductor and the third detection conductor or between the main conductor and the fourth detection conductor.
  • the magnetic coupling between the main conductor and the detection conductor is improved in the case where the above-described base is a laminated structure.
  • the current detection device of the present invention preferably has the following configuration.
  • the main conductor includes a first main conductor extending along the first main surface, a second main conductor extending along the first side surface, and a third main conductor extending along the second side surface.
  • Each of the second main conductor and the third main conductor has a shape in which a plurality of conductors are arranged substantially in parallel.
  • the current detection device of the present invention preferably includes a first shield conductor disposed between the main conductor and the detection conductor.
  • the distance between the main conductor and the first shield conductor is longer than the distance between the detection conductor and the first shield conductor.
  • the current detection device of the present invention preferably has the following configuration.
  • the current detection device includes a first terminal conductor connected to one end of the main conductor and a second terminal conductor connected to the other end of the main conductor, each formed on the second main surface of the base.
  • the current detection device includes a second shield conductor disposed between the first terminal conductor and the detection conductor or between the second terminal conductor and the detection conductor.
  • the power supply device of the present invention includes a current detection device having any one of the above-described configurations, and the main conductor is a conductor that forms an AC power supply line.
  • the current flowing through the power supply device can be detected, the rated current can be increased by the above-described configuration, and the loss can be suppressed, which is effective in reducing the size and height of the power supply device.
  • a small current detection device with high current detection sensitivity and a simple configuration can be realized.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a current detection device according to a first embodiment of the present invention. It is side surface sectional drawing which shows the structure of the electric current detection device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. It is a perspective view which shows the structure of the electric current detection device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. It is side surface sectional drawing which shows the structure of the electric current detection device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. It is a perspective view which shows the structure of the main conductor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. It is a perspective view which shows the structure of the detection conductor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. It is a perspective view which shows the structure of the electric current detection device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.
  • A is side surface sectional drawing which shows the structure of the current detection device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention
  • B is the positional relationship of a 1st main conductor, a 1st detection conductor, and a shield conductor.
  • FIG. It is a perspective view which shows the structure of the shield conductor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.
  • (A) is a top sectional view showing the composition of the current detection device concerning a 7th embodiment of the present invention
  • (B) shows the composition of the current detection device concerning a 7th embodiment of the present invention. It is a side view. It is a circuit diagram of the electric power feeding system which concerns on the 8th Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a current detection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side sectional view showing the configuration of the current detection device according to the first embodiment of the present invention.
  • the current detection device 10 includes a base body 20, a main conductor 40, a detection conductor 50, terminal conductors 61 and 62 for the main conductor 40, and terminal conductors 71 and 72 for the detection conductor 50. Is provided.
  • the base body 20 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and includes a first main surface 201, a second main surface 202, a first side surface 211, a second side surface 212, and two end surfaces.
  • the first main surface 201 and the second main surface 202 face each other and are orthogonal to the z direction, which is the height direction of the base body 20.
  • the first side surface 211 and the second side surface 212 face each other and are orthogonal to the y direction (direction orthogonal to the z direction) of the base body 20.
  • the first side surface 211 and the second side surface 212 connect the first main surface 201 and the second main surface 202.
  • the two end faces face each other and are orthogonal to the x direction (direction orthogonal to the z direction and the y direction) of the base body 20.
  • the two end surfaces connect the first main surface 201 and the second main surface 202, and connect the first side surface 211 and the second side surface 212.
  • the base 20 includes a non-magnetic part 21 and a magnetic part 30.
  • the nonmagnetic part 21 forms the outer shape of the base 20 and includes a hole extending in the x direction (corresponding to the “first direction” of the present invention).
  • the magnetic body portion 30 has a shape that fills the hole of the nonmagnetic body portion 21.
  • the first main surface 201 side, the second main surface 202 side, the first side surface 211 side, and the second side surface 212 side of the magnetic body portion 30 are covered with the nonmagnetic body portion 21.
  • the two end face sides of the base body 20 in the magnetic body 30 may be covered with the non-magnetic body 21 or may not be covered.
  • the main conductor 40 is a conductor through which a current to be measured flows.
  • the main conductor 40 includes a first main conductor 410, a second main conductor 411, and a third main conductor 412.
  • the first main conductor 410 is formed on the first main surface 201 of the base body 20 and has a linear shape extending along the y direction.
  • the second main conductor 411 is formed on the first side surface 211 of the base body 20 and has a linear shape extending in the z direction.
  • the second main conductor 413 is formed on the second side surface 212 of the base body 20 and has a linear shape extending in the z direction.
  • the end of the first main conductor 410 on the first side surface 211 side is connected to the end of the second main conductor 411 on the first main surface 201 side.
  • the end of the first main conductor 410 on the second side surface 212 side is connected to the end of the third main conductor 412 on the first main surface 201 side.
  • the end of the second main conductor 411 on the second main surface 202 side is connected to a terminal conductor 61 formed on the second main surface 202 of the base body 20.
  • the end of the third main conductor 412 on the second main surface 202 side is connected to a terminal conductor 62 formed on the second main surface 202A of the base body 20.
  • the main conductor 40 connects the terminal conductor 61 and the terminal conductor 62, and has a shape in which the second main conductor 411, the first main conductor 410, and the third main conductor 412 are connected in order from the terminal conductor 61 to the terminal conductor 62. It is.
  • the main conductor 40 has a loop shape in which no conductor exists only on the second main surface 202 side when the base body 20 is viewed in the x direction.
  • the detection conductor 50 includes a first detection conductor 510, a second detection conductor 513, a third detection conductor 511, and a fourth detection conductor 512.
  • the first detection conductor 510 is a linear conductor parallel to the y direction, and a plurality of first detection conductors 510 are provided.
  • the plurality of first detection conductors 510 are arranged at intervals along the x direction.
  • the plurality of first detection conductors 510 are arranged at positions between the magnetic body portion 30 and the first main surface 201 in the nonmagnetic body portion 21 of the base body 20. In other words, the plurality of first detection conductors 510 are arranged at positions closer to the first main surface 201 than the second main surface 202 in the base body 20. That is, the plurality of first detection conductors 510 are substantially parallel to the first main conductor 410 and close to the first main conductor 410.
  • the second detection conductor 513 is a linear conductor substantially parallel to the y direction, and a plurality of second detection conductors 513 are provided.
  • the plurality of second detection conductors 513 are arranged at intervals along the x direction.
  • the plurality of second detection conductors 513 are disposed at positions between the magnetic body portion 30 and the second main surface 202 in the nonmagnetic body portion 21 of the base body 20. In other words, the plurality of second detection conductors 513 are arranged at positions closer to the second main surface 202 than the first main surface 201 in the base body 20.
  • the third detection conductor 511 is a linear conductor parallel to the z direction, and a plurality of third detection conductors 511 are provided.
  • the plurality of third detection conductors 511 are arranged at intervals along the x direction.
  • the plurality of third detection conductors 511 are disposed at positions between the magnetic body portion 30 and the first side surface 211 in the nonmagnetic body portion 21 of the base body 20. In other words, the plurality of third detection conductors 511 are arranged at positions closer to the first side surface 211 than the second side surface 212 in the base body 20. That is, the plurality of third detection conductors 511 are substantially parallel to the second main conductor 411 and close to the second main conductor 411.
  • the fourth detection conductor 512 is a linear conductor parallel to the z direction, and a plurality of fourth detection conductors 512 are provided.
  • the plurality of fourth detection conductors 512 are arranged at intervals along the x direction.
  • the plurality of fourth detection conductors 512 are arranged at positions between the magnetic body portion 30 and the second side surface 212 in the nonmagnetic body portion 21 of the base body 20. In other words, the plurality of fourth detection conductors 512 are arranged at positions closer to the second side surface 212 than the first side surface 211 in the base body 20. That is, the plurality of fourth detection conductors 512 are substantially parallel to the third main conductor 412 and close to the third main conductor 412.
  • the detection conductor 50 is connected in the order of the third detection conductor 511, the first detection conductor 510, the fourth detection conductor 512, and the second detection conductor 513, and this connection state continues repeatedly. Therefore, the detection conductor 50 has a spiral shape having a winding axis parallel to the x direction.
  • One end in the extending direction of the detection conductor 50 is connected to a terminal conductor 71 formed on the second main surface 202 of the base body 20, and the other end in the extending direction of the detection conductor 50 is the second main surface of the base body 20.
  • a terminal conductor 72 formed on 202 is connected.
  • the first detection conductor 510 is parallel and close to the first main conductor 410
  • the third detection conductor 511 is parallel and close to the second main conductor 411
  • the fourth detection conductor 512 is close to the third main conductor. 412 is parallel and close. Therefore, the detection conductor 50 and the main conductor 40 are magnetically coupled.
  • the current detection device 10 can measure the amount of current and the direction of the current of the main conductor 40 by measuring the current flowing through the detection conductor 50.
  • the magnetic body portion 30 is disposed in the winding opening of the detection conductor 50.
  • the inductance of the coil (current detection coil) using the detection conductor 50 can be improved as compared with the case where the magnetic body portion 30 is not disposed.
  • the detection voltage generated in the current detection coil can be increased. Therefore, the current detection sensitivity is improved without increasing the size of the substrate 20.
  • the nonmagnetic body portion 21 is disposed between the detection conductor 50 and the main conductor 40, and the main conductor 40 does not contact the magnetic body portion 30.
  • the main conductor 40 does not contact the magnetic body portion 30.
  • the rated current of the current detection device 10 can be increased and the loss can be reduced. And in the structure of this embodiment, size reduction of the electric current detection device 10 is realizable.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a current detection device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a side sectional view showing the configuration of the current detection device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the main conductor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a detection conductor according to the second embodiment of the present invention.
  • the current detection device 10 ⁇ / b> A according to the second embodiment is substantially the same as the current detection device 10 according to the first embodiment in the positional relationship of each component. However, it differs in the shape and forming method of each component. Therefore, different parts will be specifically described below.
  • the current detection device 10A includes a base body 20A, a main conductor 40A, a detection conductor 50A, and terminal conductors 61A, 62A, 71A, 72A.
  • the base 20A includes nonmagnetic parts 21A and 22A and a magnetic part 30A.
  • the nonmagnetic parts 21A and 22A and the magnetic part 30A are flat plates having the same area in plan view.
  • the nonmagnetic parts 21A and 22A and the magnetic part 30A are stacked in a direction perpendicular to the main surface of the flat plate.
  • the magnetic part 30A is sandwiched between the nonmagnetic part 21A and the nonmagnetic part 22A.
  • the nonmagnetic portion 21A corresponds to the “first nonmagnetic layer” of the present invention
  • the nonmagnetic portion 22A corresponds to the “second nonmagnetic layer” of the present invention
  • the magnetic portion 30A corresponds to the “first nonmagnetic layer” of the present invention. Corresponds to “magnetic layer”.
  • the surface of the nonmagnetic body portion 21A opposite to the surface in contact with the magnetic body portion 30A is the first main surface 201A of the base 20A, and the surface of the nonmagnetic body portion 22A opposite to the surface in contact with the magnetic body portion 30A. Is the second main surface 202A of the base body 20A.
  • the first side surface 211A and the second side surface 212A are orthogonal to the first main surface 201A and the second main surface 202A, and connect the first main surface 201A and the second main surface 202A.
  • the main conductor 40A includes a first main conductor 410A, a second main conductor 411A, and a third main conductor 412A.
  • the first main conductor 410A is formed on the first main surface 201A of the base body 20A and has a linear shape extending along the y direction.
  • the first main conductor 410A is realized by a conductor pattern formed on the surface of the nonmagnetic part 21A.
  • the first main conductor 410A includes a wide portion 410AW in the middle of the extending direction. By providing this wide portion 410AW, the resistance of the first main conductor 410A can be reduced, and current loss can be suppressed.
  • the second main conductor 411A has a shape embedded inside from the surface of the first side surface 211A of the base body 20A, and has a linear shape extending in the z direction.
  • the second main conductor 411A is realized by a via conductor pattern formed in the nonmagnetic portion 21A, the magnetic portion 30A, and the nonmagnetic portion 22A.
  • the third main conductor 412A has a shape embedded inward from the surface of the second side surface 212A of the base body 20A, and has a linear shape extending in the z direction.
  • the third main conductor 412A is realized by a via conductor pattern formed in the nonmagnetic portion 21A, the magnetic portion 30A, and the nonmagnetic portion 22A.
  • the end on the first side surface 211A side of the first main conductor 410A is connected to the end on the first main surface 201A side of the second main conductor 411A.
  • the end of the first main conductor 410A on the second side surface 212A side is connected to the end of the third main conductor 412A on the first main surface 201A side.
  • An end of the second main conductor 411A on the second main surface 202A side is connected to a terminal conductor 61A formed on the second main surface 202A of the base body 20A.
  • An end of the third main conductor 412A on the second main surface 202A side is connected to a terminal conductor 62A formed on the second main surface 202A of the base body 20A.
  • the detection conductor 50A includes a first detection conductor 510A, a second detection conductor 513A, a third detection conductor 511A, and a fourth detection conductor 512.
  • the first detection conductor 510A is a linear conductor parallel to the y direction, and a plurality of first detection conductors 510A are provided.
  • the plurality of first detection conductors 510A are arranged at intervals along the x direction.
  • the plurality of first detection conductors 510A are disposed at the interface between the nonmagnetic part 21A and the magnetic part 30A in the base body 20A.
  • the plurality of first detection conductors 510A are substantially parallel to the first main conductor 410A and close to the first main conductor 410A.
  • Most of the second detection conductor 513A is a linear conductor substantially parallel to the y direction, and has a bent portion in the middle.
  • a plurality of second detection conductors 513A are provided.
  • the plurality of second detection conductors 513A are arranged at intervals along the x direction.
  • the plurality of second detection conductors 513A are arranged at the interface between the nonmagnetic body portion 22A and the magnetic body portion 30A in the base body 20A.
  • the third detection conductor 511A is a linear conductor parallel to the z direction, and a plurality of third detection conductors 511A are provided.
  • the plurality of third detection conductors 511A are arranged at intervals along the x direction.
  • the plurality of third detection conductors 511A are disposed closer to the first side surface 211A than the second side surface 212A in the base body 20A. Accordingly, the plurality of third detection conductors 511A are substantially parallel to the second main conductor 411A and close to the second main conductor 411A.
  • the fourth detection conductor 512A is a linear conductor parallel to the z direction, and a plurality of fourth detection conductors 512A are provided.
  • the plurality of fourth detection conductors 512A are disposed at intervals along the x direction.
  • the plurality of fourth detection conductors 512A are disposed closer to the second side surface 212A than the first side surface 211A in the base body 20A. Accordingly, the plurality of fourth detection conductors 512A are substantially parallel to the third main conductor 412A and close to the third main conductor 412A.
  • the detection conductor 50A is connected in the order of the second detection conductor 513A, the third detection conductor 511A, the first detection conductor 510A, and the fourth detection conductor 512A, and this connection state continues repeatedly. Therefore, the detection conductor 50A has a spiral shape having a winding axis parallel to the x direction.
  • the shape of the opening of each spiral winding may be different.
  • different shapes may be formed by changing the length of some of the first detection conductor 510A and the second detection conductor 513A shown in FIG.
  • the opening of the detection conductor 50A can be reduced in the vicinity of the second main conductor 411A and the third main conductor 412A, and the opening of the detection conductor 50A can be increased in other locations.
  • the magnetic field coupling between the main conductor 40A and the detection conductor 50A can be strengthened.
  • the first detection conductor 510A is parallel to the first main conductor 410A over the entire length
  • the third detection conductor 511A is parallel to the second main conductor 411A over the entire length
  • the fourth detection conductor 512A is parallel to the third main conductor 412A over its entire length. Therefore, the detection conductor 50A can be formed in a spiral shape while suppressing a decrease in magnetic field coupling between the main conductor 40A and the detection conductor 50A.
  • the second detection conductor 513A may have a shape formed of a straight line or a curved line having no bent portion. Further, the second detection conductor 513A may not be substantially parallel to the y direction.
  • the shape of the second detection conductor 513A may be a linear shape, and may be arranged so as to be connected to the ends of the first detection conductor 510A and the fourth detection conductor 512A.
  • the current path is shorter than that of the shape having a bent portion, so that the resistance of the second detection conductor 513A can be suppressed.
  • One end in the extending direction of the detection conductor 50A is connected to a terminal conductor 71A formed on the second main surface 202A of the base body 20A via a via conductor, and the other end in the extending direction of the detection conductor 50A is connected to the base body A terminal conductor 72A formed on the second main surface 202A of 20A is connected via a via conductor 700.
  • the current detection sensitivity can be improved without increasing the size of the base 20A, as in the case of the current detection device 10 according to the first embodiment. Also, the rated current can be increased and the loss can be reduced.
  • the current detection device 10A can be easily manufactured by using a method for manufacturing a laminate on which a conductor pattern is formed.
  • the current detection device 10A includes a ground conductor 80A on the second main surface 202 of the base body 20A as shown in FIG.
  • the ground conductor 80A is formed in substantially the entire region of the second main surface 202 excluding the formation region of the terminal conductors 61, 62, 71, 72.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a current detection device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A is a side sectional view showing the configuration of the current detection device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B is an enlarged cross-sectional view showing the positional relationship between the first main conductor, the first detection conductor, and the shield conductor.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a configuration of a shield conductor according to the third embodiment of the present invention.
  • the current detection device 10B according to the third embodiment is different from the current detection device 10A according to the second embodiment.
  • the difference is that a shield conductor 91 is added.
  • the other configuration of the current detection device 10B is the same as that of the current detection device 10A, and the description of the same parts is omitted.
  • the shield conductor 91 is arranged between the arrangement position of the first detection conductor 510A in the z direction of the base body 20A and the first main surface 201A.
  • the shield conductor 91 corresponds to the “first shield conductor” of the present invention.
  • the shield conductor 91 includes shield conductors 911 and 912.
  • the shield conductor 911 is connected to the ground conductor 80A via the via conductor 801.
  • the shield conductor 912 is connected to the ground conductor 80A via the via conductor 802.
  • the shield conductors 911 and 912 are comb-like conductors and have a structure in which a plurality of strip conductors extending in the y direction are connected by strip conductors extending in the x direction.
  • the strip conductors extending in the x direction in the shield conductor 911 are close to the second side surface 212A, and the plurality of strip conductors extending in the y direction have a shape extending toward the first side surface 211A.
  • the strip conductors extending in the x direction in the shield conductor 912 are close to the first side surface 211A, and the plurality of strip conductors extending in the y direction have a shape extending toward the second side surface 212A.
  • the plurality of strip-like conductors extending in the y direction in the shield conductors 911 and 912 substantially overlap the plurality of first detection conductors 510A, respectively, when the base body 20A is viewed in plan (viewed in the z direction). More specifically, as shown in FIG. 8B, the plurality of strip conductors extending in the y direction in the shield conductors 911 and 912 are arranged between the first main conductor 410A and the plurality of first detection conductors 510A. Has been. With such a configuration, the grounded shield conductors 911 and 912 are arranged between the first main conductor 410A and the plurality of first detection conductors 510A.
  • the first main conductor 410A and the plurality of first detection conductors 510A are arranged.
  • the electrostatic coupling of the detection conductor 510A can be suppressed.
  • the shield conductors 911 and 912 are preferably disposed on the shortest path connecting the first main conductor 410A and the plurality of first detection conductors 510A. Further, by making the shield conductors 911, 912 into strip-shaped conductors, the influence on the magnetic field coupling between the first main conductor 410A and the first detection conductor 510A can be suppressed.
  • the shield conductors 911 and 912 are comb-shaped conductors and have a shape that does not form a closed loop because the tips of the comb teeth are open. Furthermore, the shield conductor 911 and the shield conductor 912 are separated by a gap G91. Thereby, a closed loop does not exist in the part which consists of the shield conductor 91 and the ground conductor 80A, and generation
  • the shield conductor 91 is preferably closer to the first detection conductor 510A than the first main conductor 410A in the z direction. Thereby, unnecessary electrostatic coupling between the first main conductor 410A and the shield conductor 91 can be suppressed, and unnecessary characteristic change of the circuit on the main conductor 40A side can be suppressed.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of a current detection device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a side sectional view showing a configuration of a current detection device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a configuration of a shield conductor according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the current detection device 10C according to the fourth embodiment is different from the current detection device 10B according to the third embodiment in that a shield conductor 92 is added. .
  • the other configuration of the current detection device 10C is the same as that of the current detection device 10B, and the description of the same portion is omitted.
  • the shield conductor 92 is arranged between the arrangement position of the second detection conductor 513A in the z direction of the base body 20A and the second main surface 202A.
  • the shield conductor 92 corresponds to the “second shield conductor” of the present invention.
  • the shield conductor 92 includes arcuate conductors 921 and 922 and a connection conductor 923.
  • the arcuate conductor 921 and the arcuate conductor 922 are connected by a connection conductor 923.
  • the connection conductor 923 is connected to the ground conductor 80A via the via conductor 803.
  • the arcuate conductor 921 is disposed between the terminal conductor 61A and the second detection conductor 513A in the z direction of the base body 20A.
  • the arcuate conductor 921 surrounds the second main conductor 411A in plan view of the base body 20A.
  • the arcuate conductor 922 is disposed between the terminal conductor 62A and the second detection conductor 513A in the z direction of the base body 20A.
  • the arcuate conductor 922 surrounds the third main conductor 412A in plan view of the base body 20A.
  • the shield conductor 92 has a shape that does not form a closed loop, and is connected to the ground conductor 80A at one point. Thereby, a closed loop does not exist in the part which consists of the shield conductor 92 and the ground conductor 80A, and generation
  • FIG. 13 is a perspective view showing a configuration in which the shield conductor on the first main surface side and the shield conductor on the second main surface side are connected in the current detection device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the shield conductor 91 and the shield conductor 92 are connected by a plurality of via conductors 930.
  • the plurality of via conductors 930 are connected to the arcuate conductors 921 and 922 of the shield conductor 92. Accordingly, the plurality of via conductors 930 are parallel to the second main conductor 411A and the second main conductor 413A. Further, the plurality of via conductors 930 are arranged between the second main conductor 411A and the third detection conductor 511A and between the third main conductor 412A and the fourth detection conductor 512A in the y direction of the base body 20A. ing.
  • FIG. 14 is a perspective view showing the configuration of the main conductor of the current detection device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the current detection device according to the fifth embodiment differs from the current detection device 10A according to the second embodiment in the shape of the detection conductor 50D.
  • the other configuration of the current detection device according to the fifth embodiment is the same as that of the current detection device 10A, and the description of the same portion is omitted.
  • the detection conductor 50D includes double winding portions RE21 and RE22 and a single winding portion RE11.
  • the double winding part RE21 there are two first detection conductors 510D, second detection conductors 513D, third detection conductors 511D, and fourth detection conductors 512D. Forming a double loop.
  • each of the first detection conductor 510D, the second detection conductor 513D, the third detection conductor 511D, and the fourth detection conductor 512D is one, and forms a single loop.
  • the detection conductor 50D has a configuration in which the single winding portion RE11 is connected between the double winding portions RE21 and RE22.
  • the inductance of the detection coil including the detection conductor 50D can be improved, and the current detection sensitivity can be improved.
  • FIG. 15A is a plan sectional view showing a configuration of a current detection device according to the sixth embodiment of the present invention
  • FIG. 15B is a current detection device according to the sixth embodiment of the present invention. It is a side view which shows the structure of.
  • the current detection device 10E according to the sixth embodiment is different from the current detection device 10A according to the second embodiment in that the non-magnetic parts 23 and 24 are provided.
  • the other configuration of the current detection device 10E is the same as that of the current detection device 10A, and the description of the same portion is omitted.
  • the non-magnetic part 23 surrounds the entire inner surface of the base body 20A in the second main conductor 411A. Accordingly, the second main conductor 411A is separated from the magnetic body portion 30A.
  • the nonmagnetic body portion 23 has a shape that abuts on the third detection conductor 511A adjacent to the second main conductor 411A.
  • the magnetic field generated from the second main conductor 411A is not concentrated in the vicinity of the second main conductor 411A. Therefore, the magnetic field coupling between the second main conductor 411A and the third detection conductor 511A is improved, and the current detection sensitivity is improved.
  • the non-magnetic body portion 24 surrounds the entire inner surface of the base body 20A in the third main conductor 412A. Thus, the third main conductor 412A is separated from the magnetic body portion 30A.
  • the nonmagnetic body portion 24 has a shape that abuts on the fourth detection conductor 512A adjacent to the third main conductor 412A. With this configuration, the magnetic field generated from the third main conductor 412A is not concentrated in the vicinity of the third main conductor 412A, the magnetic field coupling between the third main conductor 412A and the fourth detection conductor 512A is improved, and the current detection sensitivity is improved. To do.
  • FIG. 16A is a plan sectional view showing a configuration of a current detection device according to the seventh embodiment of the present invention
  • FIG. 16B is a current detection device according to the seventh embodiment of the present invention. It is a side view which shows the structure of.
  • the current detection device 10F according to the seventh embodiment differs from the current detection device 10A according to the second embodiment in that a plurality of second main conductors 411 and a plurality of third main conductors 412 are provided. Specifically, three second main conductors 411 and three third main conductors 412 are provided. Note that the number of the second main conductor 411 and the number of the third main conductor may be two, or four or more.
  • the other configuration of the current detection device 10F is the same as that of the current detection device 10A, and the description of the same portion is omitted.
  • the plurality of second main conductors 411A are each parallel to the z direction and arranged at intervals in the x direction. With this configuration, the magnetic field coupling with the third detection conductor 511A is improved and the current detection sensitivity is improved as compared with the case where there is one second main conductor 411A.
  • the plurality of third main conductors 412A are each parallel to the z direction and are spaced apart in the x direction. With this configuration, the magnetic field coupling with the fourth detection conductor 512A is improved and the current detection sensitivity is improved as compared with the case where the number of the third main conductor 412A is one.
  • FIG. 17 is a circuit diagram of a power feeding system according to the eighth embodiment of the present invention.
  • the power feeding system 90 includes a power feeding device 901 and a power receiving device 902.
  • the power feeding system 90 transmits power from the power feeding device 901 to the power receiving device 902 by a magnetic field coupling method.
  • the power receiving device 902 includes a coil L2, a capacitor C2, and a load R1.
  • the coil L2 and the capacitor C2 constitute a resonance circuit.
  • the resonance frequency of this resonance circuit corresponds to the frequency of power transmission.
  • the load R1 includes a charging circuit and a secondary battery. Note that the secondary battery may be detachable from the power receiving device 902.
  • the power receiving device 902 is, for example, a portable electronic device including the secondary battery. Examples of portable electronic devices include cellular phones, PDAs (Personal Digital Assistants), portable music players, notebook PCs, and digital cameras.
  • the power feeding device 901 is a charging stand for charging a secondary battery of the power receiving device 902 placed thereon.
  • the power feeding device 901 includes a DC power supply V1 that outputs a DC voltage.
  • the DC power supply V1 is an AC adapter connected to a commercial power supply.
  • An input capacitor C3 is connected to the DC power source V1, and an inverter circuit having switch elements M1 and M2 is connected.
  • a resonance circuit including a series circuit of a coil L1 and a capacitor C1 is connected to the output side of the inverter circuit.
  • the coil L3 is connected (inserted) to the ground side line between the inverter circuit and the resonance circuit.
  • the power supply device 901 is provided with a coil L4.
  • Coil L4 is magnetically coupled to coil L3.
  • the coil L4 is connected to a parallel circuit of a capacitor C4 and a resistor R2, and a resonance circuit formed by these is connected between a connection point between the inverter circuit and the coil L3 and a reference potential.
  • the coil L3 is realized by the above-described main conductor
  • the coil L4 is realized by the above-described detection conductor. That is, the portions of the coil L3 and the coil L4 are realized by the above-described current detection device.
  • the current of the power feeding device 901 can be detected with high sensitivity. Further, current loss of the power feeding device 901 can be suppressed, and power feeding efficiency can be improved.
  • the current can be detected, it is possible to detect the impedance of the inverter circuit viewed from the power receiving device 902 side.
  • detecting the impedance for example, it can be determined whether or not the power receiving device 902 is mounted on the power feeding device 901.
  • the resonance circuit of the power feeding device 901 and the power receiving device 902 is coupled, and a frequency peak due to complex resonance appears.
  • the presence or absence of the power receiving device 902 can be determined by detecting the frequency characteristics of the impedance and detecting the presence or absence of a frequency peak.
  • the coil L3 is connected to the ground line side, but the coil L3 may be connected to the hot side.

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Abstract

電流検出デバイス(10)は、基体(20)、主導体(40)、および検出導体(50)を備える。主導体(40)と検出導体(50)とは、基体(20)に形成されており、互いに磁界結合している。検出導体(50)は、基体(20)の内部に形成され、スパイラル形状を有する。スパイラル形状の巻回軸は、第1方向に平行な方向を向いている。主導体(40)は、基体(20)における検出導体(50)の外側であって、基体(20)における第1方向に略直交する方向に沿って連続する形状である。基体(20)は、磁性体部(30)と非磁性体部(21)とを備える。磁性体部(30)は、検出導体(50)の巻回形の内側の一部を含むように配置されている。非磁性体部(21)は、主導体(40)と検出導体(50)との間に配置されている。

Description

電流検出デバイス、給電装置
 本発明は、電子機器の導体に流れる電流を検出する電流検出装置、および、給電装置に関する。
 従来、主な電流検出方法としては、以下の方法がある。
 第1の方法は、電流ラインに抵抗を挿入し、当該抵抗の両端電圧を測定し、電流値に変換する。
 第2の方法は、磁界結合を利用し、トランスを用いて二次側の電圧を測定し、電流値に変換する。
 第3の方法は、磁界結合を利用し、特許文献1に記載のように、多層基板を用いる。多層基板に形成された電流ラインの導体を巻く形状でセンサ用導体を形成する。このセンサ用導体に流れる電流を測定して、電流ラインの電流値を算出する。
 第4の方法では、ホール素子を用いて磁界を計測し、当該磁界の強度を電流値に変換する。
特開2000-175411号公報
 第1の方法では、電流ラインの損失を抑制するため、抵抗値を極低くしなければならない。したがって、電圧値が低くなり、高倍率の増幅回路を備えなければならない。
 第2の方法では、トランスを用いるため、小型化が難しい。
 第3の方法では、多層基板が磁性体でなければ、検出感度が低下し、多層基板が磁性体であると、磁性体の損失、検出電圧の線形性の劣化が生じてしまう。
 第4の方法では、ホール素子を用いることによって、構造が複雑になってしまう。
 したがって、本発明の目的は、電流検出感度が高く、簡素な構成で小型の電流検出デバイスを提供することにある。
 この発明の電流検出デバイスは、基体、主導体、および検出導体を備える。基体は、互いに対向する第1主面および第2主面と、第1主面および第2主面に連接し互いに対向する第1側面および第2側面とを有する。主導体と検出導体とは、基体に形成されており、互いに磁界結合している。検出導体は、基体の内部に形成され、スパイラル形状を有する。スパイラル形状の巻回軸は、第1主面、第2主面、第1側面、および第2側面に平行な第1方向を向いている。主導体は、基体における検出導体の外側であって、基体の第1側面、第1主面、および、第2側面に沿って形成され、第1方向に略直交する方向に沿って連続する形状である。基体は、磁性体部と非磁性体部とを備える。磁性体部は、検出導体の巻回形の内側の少なくとも一部を含むように配置されている。非磁性体部は、主導体と検出導体との間の領域の少なくとも一部を含むように配置されている。
 この構成では、主導体に流れる電流の大きさに応じた電流が検出導体に流れる。この際、検出導体の巻回形の内側に磁性体部が配置されていることで、検出導体を含む検出用コイルのインダクタンスを大きくでき、電流検出感度が向上する。また、主導体が非磁性体部に接していることによって、主導体の定格電流が高くなり且つ損失が抑制される。
 また、この発明の電流検出デバイスでは、次の構成であることが好ましい。基体は、磁性体部を形成する磁性体層と、非磁性体部を形成する第1非磁性体層および第2非磁性体層とを備える。基体は、磁性体層が第1非磁性体層と第2非磁性体層の間に配置された積層構造である。検出導体は、第2主面より前記第1主面に近い第1検出導体、第1主面よりも第2主面に近い第2検出導体、第2側面より第1側面に近い第3検出導体、および、第1側面より第2側面に近い第4検出導体を備える。第1検出導体は、磁性体層と第1非磁性体層との界面に形成されている。第2検出導体は、磁性体層と第2非磁性体層との界面に形成されている。
 この構成では、検出導体の巻回形の内側に磁性体部が配置され、主導体と検出導体との間に非磁性体部が配置される構造が、積層構造によって実現される。
 また、この発明の電流検出デバイスでは、次の構成であることが好ましい。磁性体層には、主導体と第3検出導体との間、または、主導体と第4検出導体との間に非磁性体が介在する部分を備える。
 この構成では、上述の基体が積層構造において、主導体と検出導体との磁界結合が向上する。
 また、この発明の電流検出デバイスでは、次の構成であることが好ましい。主導体は、第1主面に沿って延びる第1主導体、第1側面に沿って延びる第2主導体、および、第2側面に沿って延びる第3主導体を備える。第2主導体および第3主導体は、それぞれ複数本の導体が略平行に配置された形状である。
 この構成では、主導体と検出導体との実質的な並走距離が長くなり、主導体と検出導体との磁界結合が向上する。
 また、この発明の電流検出デバイスでは、主導体と検出導体との間に配置された第1シールド導体を備えることが好ましい。
 この構成では、主導体と検出導体との静電結合が抑制される。
 また、この発明の電流検出デバイスでは、主導体と第1シールド導体との距離は、検出導体と第1シールド導体との距離よりも長いことが好ましい。
 この構成では、主導体と第1シールド導体との不要な静電結合が抑制される。
 また、この発明の電流検出デバイスでは、次の構成であることが好ましい。電流検出デバイスは、それぞれが基体の第2主面に形成された、主導体の一方端に接続する第1端子導体と前記主導体の他方端に接続する第2端子導体とを備える。電流検出デバイスは、第1端子導体と検出導体との間、または、第2端子導体と検出導体との間に配置された第2シールド導体を備える。
 この構成では、主導体が接続される第1端子導体および第2端子導体と検出導体との静電結合が抑制される。
 また、この発明の給電装置は、上述のいずれかの構成を有する電流検出デバイスを備え、主導体は、交流電力供給ラインを形成する導体である。
 この構成では、給電装置に流れる電流を検出でき、上述の構成によって定格電流を高くでき、損失を抑制できることによって、給電装置の小型・低背化に有効である。
 この発明によれば、電流検出感度が高く、簡素な構成で小型の電流検出デバイスを実現できる。
本発明の第1の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す斜視図である。 本発明の第1の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す側面断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す斜視図である。 本発明の第2の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す側面断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る主導体の構成を示す斜視図である。 本発明の第2の実施形態に係る検出導体の構成を示す斜視図である。 本発明の第3の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す斜視図である。 (A)は、本発明の第3の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す側面断面図であり、(B)は、第1主導体、第1検出導体、および、シールド導体の位置関係を示す拡大断面図である。 本発明の第3の実施形態に係るシールド導体の構成を示す斜視図である。 本発明の第4の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す斜視図である。 本発明の第4の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す側面断面図である。 本発明の第4の実施形態に係るシールド導体の構成を示す斜視図である。 本発明の第4の実施形態に係る電流検出デバイスにおける第1主面側のシールド導体と第2主面側のシールド導体とを接続した構成を示す斜視図である。 本発明の第5の実施形態に係る電流検出デバイスの主導体の構成を示す斜視図である。 (A)は、本発明の第6の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す平面断面図であり、(B)は、本発明の第6の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す側面図である。 (A)は、本発明の第7の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す平面断面図であり、(B)は、本発明の第7の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す側面図である。 本発明の第8の実施形態に係る給電システムの回路図である。
 本発明の第1の実施形態に係る電流検出デバイスについて、図を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す斜視図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す側面断面図である。
 図1、図2に示すように、電流検出デバイス10は、基体20、主導体40、検出導体50、主導体40用の端子導体61、62、および、検出導体50用の端子導体71、72を備える。
 基体20は、略直方体形状であり、第1主面201、第2主面202、第1側面211、第2側面212、および、2個の端面を備える。第1主面201と第2主面202とは、互いに対向しており、基体20の高さ方向であるz方向に直交している。第1側面211と第2側面212とは、互いに対向しており、基体20のy方向(z方向に直交する方向)に直交している。第1側面211と第2側面212とは、第1主面201と第2主面202とを連接している。2個の端面は、互いに対向しており、基体20のx方向(z方向およびy方向に直交する方向)に直交している。2個の端面は、第1主面201と第2主面202とを連接し、第1側面211と第2側面212とを連接している。
 基体20は、非磁性体部21と磁性体部30とを備える。非磁性体部21は、基体20の外形形状を形づくっており、x方向(本発明の「第1方向」に対応する。)に延びる穴を備える。磁性体部30は、この非磁性体部21の穴を充填する形状である。言い換えれば、磁性体部30における第1主面201側、第2主面202側、第1側面211側、および、第2側面212側が非磁性体部21によって覆われている。なお、磁性体部30における基体20の2個の端面側は、非磁性体部21によって覆われていてもよいし、覆われていなくてもよい。
 主導体40は、測定対象の電流が流れる導体である。主導体40は、第1主導体410、第2主導体411、および、第3主導体412を備える。第1主導体410は、基体20の第1主面201に形成されており、y方向に沿って延びる線状である。第2主導体411は、基体20の第1側面211に形成されており、z方向に延びる線状である。第2主導体413は、基体20の第2側面212に形成されており、z方向に延びる線状である。
 第1主導体410の第1側面211側の端は、第2主導体411の第1主面201側の端に接続されている。第1主導体410の第2側面212側の端は、第3主導体412の第1主面201側の端に接続されている。第2主導体411の第2主面202側の端は、基体20の第2主面202に形成された端子導体61に接続されている。第3主導体412の第2主面202側の端は、基体20の第2主面202Aに形成された端子導体62に接続されている。言い換えれば、主導体40は、端子導体61と端子導体62とを接続し、端子導体61から端子導体62へ、第2主導体411、第1主導体410、第3主導体412の順に繋がる形状である。そして、主導体40は、基体20をx方向に視て、第2主面202側のみに導体が存在しないループ状である。
 検出導体50は、第1検出導体510、第2検出導体513、第3検出導体511、および、第4検出導体512を備える。
 第1検出導体510は、y方向に平行な線状導体であり、複数備えられている。複数の第1検出導体510は、x方向に沿って間隔を空けて配置されている。複数の第1検出導体510は、基体20の非磁性体部21における磁性体部30と第1主面201との間の位置に配置されている。言い換えれば、複数の第1検出導体510は、基体20内における第2主面202よりも第1主面201に近い位置に配置されている。すなわち、複数の第1検出導体510は、第1主導体410に略平行で、且つ、第1主導体410に近接している。
 第2検出導体513は、y方向に略平行な線状導体であり、複数備えられている。複数の第2検出導体513は、x方向に沿って間隔を空けて配置されている。複数の第2検出導体513は、基体20の非磁性体部21における磁性体部30と第2主面202との間の位置に配置されている。言い換えれば、複数の第2検出導体513は、基体20内における第1主面201よりも第2主面202に近い位置に配置されている。
 第3検出導体511は、z方向に平行な線状導体であり、複数備えられている。複数の第3検出導体511は、x方向に沿って間隔を空けて配置されている。複数の第3検出導体511は、基体20の非磁性体部21における磁性体部30と第1側面211との間の位置に配置されている。言い換えれば、複数の第3検出導体511は、基体20内における第2側面212よりも第1側面211に近い位置に配置されている。すなわち、複数の第3検出導体511は、第2主導体411に略平行で、且つ、第2主導体411に近接している。
 第4検出導体512は、z方向に平行な線状導体であり、複数備えられている。複数の第4検出導体512は、x方向に沿って間隔を空けて配置されている。複数の第4検出導体512は、基体20の非磁性体部21における磁性体部30と第2側面212との間の位置に配置されている。言い換えれば、複数の第4検出導体512は、基体20内における第1側面211よりも第2側面212に近い位置に配置されている。すなわち、複数の第4検出導体512は、第3主導体412に略平行で、且つ、第3主導体412に近接している。
 検出導体50は、第3検出導体511、第1検出導体510、第4検出導体512、第2検出導体513の順に接続され、この接続状態が繰り返し続く形状である。したがって、検出導体50は、x方向に平行な巻回軸を有するスパイラル形状である。
 検出導体50の延びる方向の一方端は、基体20の第2主面202に形成された端子導体71に接続されており、検出導体50の延びる方向の他方端は、基体20の第2主面202に形成された端子導体72に接続されている。
 そして、この構成では、第1検出導体510が第1主導体410に平行で近接し、第3検出導体511が第2主導体411に平行で近接し、第4検出導体512が第3主導体412に平行で近接している。したがって、検出導体50と主導体40とは磁界結合する。
 これにより、主導体40に電流が流れると、検出導体50に電流が流れる。この際、主導体40の電流量に応じて、検出導体50の電流量が決まり、主導体40の電流の方向に応じて、検出導体50の電流の方向が決まる。この結果、電流検出デバイス10は、検出導体50に流れる電流を測定することで、主導体40の電流量および電流の方向を測定できる。
 また、上述の構成を備えることによって、電流検出デバイス10では、検出導体50の巻回形の開口内に磁性体部30が配置される。これにより、磁性体部30が配置されない場合よりも、検出導体50を用いたコイル(電流検出コイル)のインダクタンスを向上できる。電流検出コイルのインダクタンスが向上することによって、電流検出コイルに生じる検出電圧を高くすることができる。したがって、基体20を大型化することなく、電流の検出感度が向上する。
 また、検出導体50の全体を磁性体部30によって覆わないことによって、大電流時の非線形化を抑制できる。
 また、電流検出デバイス10では、検出導体50と主導体40との間に非磁性体部21が配置され、主導体40が磁性体部30に接さない。主導体40を磁性体部30で覆わないことによって、主導体40の近傍に生じる電流検出に寄与しない磁界の集中を抑制し、主導体40の磁気飽和を抑制することができる。これにより、主導体40における磁性体に当接することによる損失を抑制できる。
 このように、本実施形態の構成では、電流検出デバイス10の定格電流を高くでき、且つ損失を小さくできる。そして、本実施形態の構成では、電流検出デバイス10の小型化を実現できる。
 次に、本発明の第2の実施形態に係る電流検出デバイスについて、図を参照して説明する。図3は、本発明の第2の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す斜視図である。図4は、本発明の第2の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す側面断面図である。図5は、本発明の第2の実施形態に係る主導体の構成を示す斜視図である。図6は、本発明の第2の実施形態に係る検出導体の構成を示す斜視図である。
 図3、図4に示すように、第2の実施形態に係る電流検出デバイス10Aは、第1の実施形態に係る電流検出デバイス10に対して、各構成要素の位置関係については略同じであるが、各構成要素の形状および形成方法において異なる。したがって、以下では、異なる箇所を具体的に説明する。
 電流検出デバイス10Aは、基体20A、主導体40A、検出導体50A、端子導体61A、62A、71A、72Aを備える。
 基体20Aは、非磁性体部21A、22A、および、磁性体部30Aを備える。非磁性体部21A、22A、および、磁性体部30Aは、平面視して同じ面積の平板である。非磁性体部21A、22A、および、磁性体部30Aは、平板の主面に直交する方向に積層されている。磁性体部30Aは、非磁性体部21Aと非磁性体部22Aとに挟まれている。非磁性体部21Aが本発明の「第1非磁性体層」に対応し、非磁性体部22Aが本発明の「第2非磁性体層」に対応し、磁性体部30Aが本発明の「磁性体層」に対応する。
 非磁性体部21Aにおける磁性体部30Aに当接する面と反対側の面が基体20Aの第1主面201Aであり、非磁性体部22Aにおける磁性体部30Aに当接する面と反対側の面が基体20Aの第2主面202Aである。第1側面211Aと第2側面212Aは、第1主面201Aおよび第2主面202Aに対して直交しており、第1主面201Aおよび第2主面202Aを連接している。
 図3、図4、図5に示すように、主導体40Aは、第1主導体410A、第2主導体411A、および、第3主導体412Aを備える。
 第1主導体410Aは、基体20Aの第1主面201Aに形成されており、y方向に沿って延びる線状である。第1主導体410Aは、非磁性体部21Aの表面に形成された導体パターンによって実現されている。第1主導体410Aは、延びる方向の途中に幅広部410AWを備える。この幅広部410AWを備えることによって、第1主導体410Aの抵抗を小さくでき、電流の損失を抑制できる。
 第2主導体411Aは、基体20Aの第1側面211Aの表面から内側に埋まり込む形状であり、z方向に延びる線状である。第2主導体411Aは、非磁性体部21A、磁性体部30A、および非磁性体部22Aに形成されたビア導体パターンによって実現されている。
 第3主導体412Aは、基体20Aの第2側面212Aの表面から内側に埋まり込む形状であり、z方向に延びる線状である。第3主導体412Aは、非磁性体部21A、磁性体部30A、および非磁性体部22Aに形成されたビア導体パターンによって実現されている。
 第1主導体410Aの第1側面211A側の端は、第2主導体411Aの第1主面201A側の端に接続されている。第1主導体410Aの第2側面212A側の端は、第3主導体412Aの第1主面201A側の端に接続されている。第2主導体411Aの第2主面202A側の端は、基体20Aの第2主面202Aに形成された端子導体61Aに接続されている。第3主導体412Aの第2主面202A側の端は、基体20Aの第2主面202Aに形成された端子導体62Aに接続されている。
 図3、図4、図6に示すように、検出導体50Aは、第1検出導体510A、第2検出導体513A、第3検出導体511A、および、第4検出導体512をA備える。
 第1検出導体510Aは、y方向に平行な線状導体であり、複数備えられている。複数の第1検出導体510Aは、x方向に沿って間隔を空けて配置されている。複数の第1検出導体510Aは、基体20Aにおける非磁性体部21Aと磁性体部30Aとの界面に配置されている。複数の第1検出導体510Aは、第1主導体410Aに略平行で、且つ、第1主導体410Aに近接している。
 第2検出導体513Aは、大部分がy方向に略平行な線状導体であり、途中に屈曲部を有する。第2検出導体513Aは、複数備えられている。複数の第2検出導体513Aは、x方向に沿って間隔を空けて配置されている。複数の第2検出導体513Aは、基体20Aにおける非磁性体部22Aと磁性体部30Aとの界面に配置されている。
 第3検出導体511Aは、z方向に平行な線状導体であり、複数備えられている。複数の第3検出導体511Aは、x方向に沿って間隔を空けて配置されている。複数の第3検出導体511Aは、基体20A内における第2側面212Aよりも第1側面211Aに近い位置に配置されている。これにより、複数の第3検出導体511Aは、第2主導体411Aに略平行で、且つ、第2主導体411Aに近接している。
 第4検出導体512Aは、z方向に平行な線状導体であり、複数備えられている。複数の第4検出導体512Aは、x方向に沿って間隔を空けて配置されている。複数の第4検出導体512Aは、基体20A内における第1側面211Aよりも第2側面212Aに近い位置に配置されている。これにより、複数の第4検出導体512Aは、第3主導体412Aに略平行で、且つ、第3主導体412Aに近接している。
 検出導体50Aは、第2検出導体513A、第3検出導体511A、第1検出導体510A、第4検出導体512Aの順に接続され、この接続状態が繰り返し続く形状である。したがって、検出導体50Aは、x方向に平行な巻回軸を有するスパイラル形状である。
 なお、検出導体50Aにおいて、スパイラル形状の1巻きごとの開口部の形状は異なっていても良い。例えば、図6に示す複数の第1検出導体510A、第2検出導体513Aのうち、一部の長さを変えることで異なる形状を形成しても良い。これにより、第2主導体411A,第3主導体412Aの近傍では検出導体50Aの開口部を小さくし、それ以外の場所では検出導体50Aの開口部を大きくすることができる。結果として、主導体40Aと検出導体50Aとの磁界結合を強くすることができる。
 ここで、第2検出導体513Aが屈曲部を有する形状であることによって、第1検出導体510A、第3検出導体511A、および、第4検出導体512Aは、直線状となる。これにより、第1検出導体510Aは、第1主導体410Aと全長に亘って平行であり、第3検出導体511Aは、第2主導体411Aと全長に亘って平行であり、第4検出導体512Aは、第3主導体412Aと全長に亘って平行である。したがって、主導体40Aと検出導体50Aとの磁界結合の低下を抑制しながら、検出導体50Aをスパイラル形状にできる。
 なお、第2検出導体513Aは屈曲部を有さない直線あるいは曲線で構成された形状であっても良い。また、第2検出導体513Aはy方向に略並行でなくともよい。例えば、第2検出導体513Aの形状を直線形状で構成し、第1検出導体510Aと第4検出導体512Aの端に接続するように配置してもよい。第2検出導体513Aを直線形状とした場合、屈曲部を有する形状に比べて電流経路が短くなるので、第2検出導体513Aの抵抗を抑制することができる。
 検出導体50Aの延びる方向の一方端は、基体20Aの第2主面202Aに形成された端子導体71Aに、ビア導体を介して接続されており、検出導体50Aの延びる方向の他方端は、基体20Aの第2主面202Aに形成された端子導体72Aに、ビア導体700を介して接続されている。
 このような構成であっても、第1の実施形態に係る電流検出デバイス10と同様に、基体20Aを大型化することなく、電流の検出感度を向上できる。また、定格電流を高くでき、且つ損失を小さくできる。
 さらに、本実施形態の構成では、導体パターンが形成された積層体の製造方法を用いて、電流検出デバイス10Aを容易に製造できる。
 なお、電流検出デバイス10Aは、図3に示すように、基体20Aの第2主面202に、接地導体80Aを備える。接地導体80Aは、端子導体61、62、71、72の形成領域を除く第2主面202における略全領域に形成されている。このような接地導体80Aを備えることによって、端子導体61、62、71、72の相互での電気的な結合を抑制できる。
 次に、本発明の第3の実施形態に係る電流検出デバイスについて、図を参照して説明する。図7は、本発明の第3の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す斜視図である。図8(A)は、本発明の第3の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す側面断面図である。図8(B)は、第1主導体、第1検出導体、および、シールド導体の位置関係を示す拡大断面図である。図9は、本発明の第3の実施形態に係るシールド導体の構成を示す斜視図である。
 図7、図8(A)、図8(B)、図9に示すように、第3の実施形態に係る電流検出デバイス10Bは、第2の実施形態に係る電流検出デバイス10Aに対して、シールド導体91を追加した点で異なる。電流検出デバイス10Bの他の構成は、電流検出デバイス10Aと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
 シールド導体91は、基体20Aのz方向における第1検出導体510Aの配置位置と第1主面201Aとの間に配置されている。シールド導体91は、本発明の「第1シールド導体」に対応する。
 シールド導体91は、シールド導体911、912を備える。シールド導体911は、ビア導体801を介して接地導体80Aに接続されている。シールド導体912は、ビア導体802を介して接地導体80Aに接続されている。
 シールド導体911、912は、櫛歯状の導体であり、y方向に延びる複数の帯状導体がx方向に延びる帯状導体によって接続される構造を有する。シールド導体911におけるx方向に延びる帯状導体は、第2側面212Aに近接しており、y方向に延びる複数の帯状導体は第1側面211A側に延びる形状である。シールド導体912におけるx方向に延びる帯状導体は、第1側面211Aに近接しており、y方向に延びる複数の帯状導体は第2側面212A側に延びる形状である。
 シールド導体911、912におけるy方向に延びる複数の帯状導体は、基体20Aを平面視して(z方向に視て)、複数の第1検出導体510Aにそれぞれ略重なっている。より具体的には、図8(B)に示すように、シールド導体911、912におけるy方向に延びる複数の帯状導体は、第1主導体410Aと複数の第1検出導体510Aとの間に配置されている。このような構成とすることによって、第1主導体410Aと複数の第1検出導体510Aとの間に接地されたシールド導体911,912が配置されるため、第1主導体410Aと複数の第1検出導体510Aの静電結合を抑制できる。シールド導体911,912は第1主導体410Aと複数の第1検出導体510Aとを結ぶ最短経路上に配置されることが好ましい。また、シールド導体911,912を帯状導体にすることで、第1主導体410Aと第1検出導体510Aとの磁界結合に対する影響を抑えることができる。
 また、シールド導体911、912は、櫛歯状の導体であり、櫛歯の先端が開放されているため、閉ループを形成しない形状である。さらに、シールド導体911とシールド導体912は、ギャップG91によって離間している。これにより、シールド導体91および接地導体80Aからなる部分に閉ループが存在せず、これらの導体による磁界の発生が抑制される。
 なお、図8(A)に示すように、シールド導体91は、z方向において第1主導体410Aよりも第1検出導体510Aに近いことが好ましい。これにより、第1主導体410Aとシールド導体91との不要な静電結合を抑制でき、主導体40A側の回路の不要な特性変化を抑制できる。
 次に、本発明の第4の実施形態に係る電流検出デバイスについて、図を参照して説明する。図10は、本発明の第4の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す斜視図である。図11は、本発明の第4の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す側面断面図である。図12は、本発明の第4の実施形態に係るシールド導体の構成を示す斜視図である。
 図10、図11、図12に示すように、第4の実施形態に係る電流検出デバイス10Cは、第3の実施形態に係る電流検出デバイス10Bに対して、シールド導体92を追加した点で異なる。電流検出デバイス10Cの他の構成は、電流検出デバイス10Bと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
 シールド導体92は、基体20Aのz方向における第2検出導体513Aの配置位置と第2主面202Aとの間に配置されている。シールド導体92は、本発明の「第2シールド導体」に対応する。
 シールド導体92は、弧状導体921、922と接続導体923とを備える。弧状導体921と弧状導体922とは、接続導体923によって接続されている。接続導体923は、ビア導体803を介して接地導体80Aに接続されている。
 弧状導体921は、基体20Aのz方向において、端子導体61Aと第2検出導体513Aとの間に配置されている。また、弧状導体921は、基体20Aを平面視して、第2主導体411Aを囲んでいる。
 弧状導体922は、基体20Aのz方向において、端子導体62Aと第2検出導体513Aとの間に配置されている。また、弧状導体922は、基体20Aを平面視して、第3主導体412Aを囲んでいる。
 このような構成とすることによって、端子導体61A、62Aと検出導体50Aとの静電結合を抑制できる。
 また、シールド導体92は、閉ループを形成しない形状であり、一点で接地導体80Aに接続されている。これにより、シールド導体92および接地導体80Aからなる部分に閉ループが存在せず、これらの導体による磁界の発生が抑制される。
 図13は、本発明の第4の実施形態に係る電流検出デバイスにおける第1主面側のシールド導体と第2主面側のシールド導体とを接続した構成を示す斜視図である。
 図13に示すように、シールド導体91とシールド導体92とは、複数のビア導体930によって接続されている。複数のビア導体930は、シールド導体92の弧状導体921、922に接続されている。したがって、複数のビア導体930は、第2主導体411Aおよび第2主導体413Aに平行である。また、複数のビア導体930は、基体20Aのy方向における、第2主導体411Aと第3検出導体511Aとの間、および、第3主導体412Aと第4検出導体512Aとの間に配置されている。
 これにより、第2主導体411Aと第3検出導体511Aとの間の静電結合、および、第3主導体412Aと第4検出導体512Aとの間の静電結合が抑制される。
 次に、本発明の第5の実施形態に係る電流検出デバイスについて、図を参照して説明する。図14は、本発明の第5の実施形態に係る電流検出デバイスの主導体の構成を示す斜視図である。
 第5の実施形態に係る電流検出デバイスは、第2の実施形態に係る電流検出デバイス10Aに対して、検出導体50Dの形状において異なる。第5の実施形態に係る電流検出デバイスの他の構成は、電流検出デバイス10Aと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
 図14に示すように、検出導体50Dは、二重巻き部RE21、RE22と一重巻き部RE11とを備える。二重巻き部RE21では、第1検出導体510D、第2検出導体513D、第3検出導体511D、第4検出導体512Dのぞれぞれは二個であり、内巻部と外巻部とからなる二重のループを形成している。一重巻き部RE11では、第1検出導体510D、第2検出導体513D、第3検出導体511D、第4検出導体512Dのぞれぞれは一個であり、一重のループを形成している。検出導体50Dは、二重巻き部RE21、RE22間に、一重巻き部RE11が接続される構成を有する。
 このような構成とすることによって、検出導体50Dを含む検出コイルのインダクタンスを向上でき、電流検出感度を向上できる。
 なお、本実施形態の構成は、第2の実施形態以外の構成にも適用が可能である。
 次に、本発明の第6の実施形態に係る電流検出デバイスについて、図を参照して説明する。図15(A)は、本発明の第6の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す平面断面図であり、図15(B)は、本発明の第6の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す側面図である。
 第6の実施形態に係る電流検出デバイス10Eは、第2の実施形態に係る電流検出デバイス10Aに対して、非磁性体部23、24を備える点で異なる。電流検出デバイス10Eの他の構成は、電流検出デバイス10Aと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
 非磁性体部23は、第2主導体411Aにおける基体20Aの内側の全面を囲んでいる。これにより、第2主導体411Aは、磁性体部30Aから離間している。非磁性体部23は、第2主導体411Aに近接する第3検出導体511Aに当接する形状である。
 この構成によって、第2主導体411Aから生じる磁界は、第2主導体411Aの近傍に集中しない。したがって、第2主導体411Aと第3検出導体511Aとの磁界結合は向上し、電流検出感度は向上する。
 非磁性体部24は、第3主導体412Aにおける基体20Aの内側の全面を囲んでいる。これにより、第3主導体412Aは、磁性体部30Aから離間している。非磁性体部24は、第3主導体412Aに近接する第4検出導体512Aに当接する形状である。この構成によって、第3主導体412Aから生じる磁界は、第3主導体412Aの近傍に集中せず、第3主導体412Aと第4検出導体512Aとの磁界結合が向上し、電流検出感度は向上する。
 なお、本実施形態の構成は、第3の実施形態以降の構成にも適用が可能である。
 次に、本発明の第7の実施形態に係る電流検出デバイスについて、図を参照して説明する。図16(A)は、本発明の第7の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す平面断面図であり、図16(B)は、本発明の第7の実施形態に係る電流検出デバイスの構成を示す側面図である。
 第7の実施形態に係る電流検出デバイス10Fは、第2の実施形態に係る電流検出デバイス10Aに対して、第2主導体411および第3主導体412をそれぞれ複数備える点で異なる。具体的には、第2主導体411および第3主導体412をそれぞれ3個備える。なお、第2主導体411および第3主導体はそれぞれ2個でも良く、4個以上でもよい。電流検出デバイス10Fの他の構成は、電流検出デバイス10Aと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
 複数の第2主導体411Aは、それぞれz方向に平行であり、x方向に間隔を空けて配置されている。この構成によって、第2主導体411Aが1個の場合よりも、第3検出導体511Aとの磁界結合は向上し、電流検出感度は向上する。
 同様に、複数の第3主導体412Aは、それぞれz方向に平行であり、x方向に間隔を空けて配置されている。この構成によって、第3主導体412Aが1個の場合よりも、第4検出導体512Aとの磁界結合は向上し、電流検出感度は向上する。
 なお、本実施形態の構成も、第3の実施形態以降の構成にも適用が可能である。
 次に、本発明の第8の実施形態に係る給電装置を備えた給電システムについて、図を参照して説明する。図17は、本発明の第8の実施形態に係る給電システムの回路図である。
 給電システム90は、給電装置901と受電装置902とを備えている。給電システム90は、磁界結合方式により、給電装置901から受電装置902へ電力を伝送する。
 受電装置902は、コイルL2、コンデンサC2、および、負荷R1を備えている。コイルL2とコンデンサC2とは共振回路を構成している。この共振回路の共振周波数は、電力伝送の周波数に対応している。この負荷R1は充電回路および二次電池を含む。なお、二次電池は受電装置902に対し着脱式であってもよい。そして、受電装置902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、PDA(Personal Digital Assistant)、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901は、載置された受電装置902の二次電池を充電するための充電台などである。
 給電装置901は、直流電圧を出力する直流電源V1を備えている。直流電源V1は、商用電源に接続されるACアダプタである。直流電源V1には、入力コンデンサC3が接続されており、スイッチ素子M1、M2を有するインバータ回路が接続されている。インバータ回路の出力側には、コイルL1とコンデンサC1の直列回路による共振回路が接続されている。
 また、インバータ回路と共振回路との間のグランド側ラインには、コイルL3が接続(挿入)されている。
 また、給電装置901には、コイルL4が備えられている。コイルL4は、コイルL3に磁界結合している。コイルL4は、コンデンサC4と抵抗R2の並列回路に接続されており、これらによる共振回路は、インバータ回路とコイルL3との接続点と、基準電位との間に接続されている。
 このような構成において、コイルL3が、上述の主導体によって実現される、コイルL4が上述の検出導体によって実現される。すなわち、コイルL3とコイルL4との部分は、上述の電流検出デバイスによって実現される。
 これにより、給電装置901の電流を高感度に検出できる。また、給電装置901の電流の損失を抑制し、給電効率を向上できる。
 また、電流検出が可能であることによって、インバータ回路から受電装置902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901に受電装置902が載置されたか否かを判定できる。給電装置901に受電装置902を載置した場合、給電装置901と受電装置902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902の載置の有無を判定できる。
 なお、図17に示す構成では、コイルL3はグランドライン側に接続されているが、コイルL3はホット側に接続されていてもよい。
10、10A、10B、10C、10E、10F:電流検出デバイス
20、20A:基体
21、21A、22A、23、24:非磁性体部
30、30A:磁性体部
40、40A:主導体
50、50A、50D:検出導体
61、61A、62、62A、71、71A、72、72A:端子導体
80A:接地導体
90:給電システム
91、92:シールド導体
201、201A:第1主面
202、202A:第2主面
211、211A:第1側面
212、212A:第2側面
410、410A:第1主導体
410AW:幅広部
411、411A:第2主導体
412、412A:第3主導体
412A:第3主導体
510、510A、510D:第1検出導体
511、511A、511D:第3検出導体
512、512A、512D:第4検出導体
513、513A、513D:第2検出導体
700、801、802、803、930、930:ビア導体
901:給電装置
902:受電装置
911、912:シールド導体
921、922:弧状導体
923:接続導体
C1:コンデンサ
C2:コンデンサ
C3:入力コンデンサ
C4:コンデンサ
G91:ギャップ
L1:コイル
L2:コイル
L3:コイル
L4:コイル
M1、M2:スイッチ素子
PC:ノート型
R1:負荷
R2:抵抗
V1:直流電源

Claims (8)

  1.  互いに対向する第1主面および第2主面と、前記第1主面および前記第2主面に連接し互いに対向する第1側面および第2側面と、を有する基体と、
     該基体に形成され、互いに磁界結合する主導体および検出導体と、
     を備え、
     前記検出導体は、前記基体の内部に形成され、スパイラル形状を有し、
     前記スパイラル形状の巻回軸は、前記第1主面、前記第2主面、前記第1側面、および前記第2側面に平行な第1方向を向いており、
     前記主導体は、前記基体における前記検出導体の外側であって、前記基体の前記第1側面、前記第1主面、および、前記第2側面に沿って形成され、前記第1方向に略直交する方向に沿って連続する形状であり、
     前記基体は、磁性体部と非磁性体部とを備え、
     前記磁性体部は、前記検出導体の巻回形の内側の少なくとも一部を含むように配置されており、
     前記非磁性体部は、前記主導体と前記検出導体との間の領域の少なくとも一部を含むように配置されている、
     電流検出デバイス。
  2.  前記基体は、前記磁性体部を形成する磁性体層と、前記非磁性体部を形成する第1非磁性体層および第2非磁性体層とを備え、前記磁性体層が前記第1非磁性体層と前記第2非磁性体層の間に配置された積層構造であり、
     前記検出導体は、前記第2主面より前記第1主面に近い第1検出導体、前記第1主面よりも前記第2主面に近い第2検出導体、前記第2側面より前記第1側面に近い第3検出導体、および、前記第1側面より前記第2側面に近い第4検出導体を備え、
     前記第1検出導体は、前記磁性体層と前記第1非磁性体層との界面に形成され、
     前記第2検出導体は、前記磁性体層と前記第2非磁性体層との界面に形成されている、
     請求項1に記載の電流検出デバイス。
  3.  前記磁性体層には、前記主導体と前記第3検出導体との間、または、前記主導体と前記第4検出導体との間に非磁性体が介在する部分を備える、
     請求項2に記載の電流検出デバイス。
  4.  前記主導体は、前記第1主面に沿って延びる第1主導体、前記第1側面に沿って延びる第2主導体、および、前記第2側面に沿って延びる第3主導体を備え、
     前記第2主導体および前記第3主導体は、それぞれ複数本の導体が略平行に配置された形状である、
     請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の電流検出デバイス。
  5.  前記主導体と前記検出導体との間に配置された第1シールド導体を備える、
     請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の電流検出デバイス。
  6.  前記主導体と前記第1シールド導体との距離は、前記検出導体と前記第1シールド導体との距離よりも長い、
     請求項5に記載の電流検出デバイス。
  7.  前記基体の前記第2主面に形成され、前記主導体の一方端に接続する第1端子導体と、
     前記基体の前記第2主面に形成され、前記主導体の他方端に接続する第2端子導体と、
     前記第1端子導体と前記検出導体との間、または、前記第2端子導体と前記検出導体との間に配置された第2シールド導体と、
     を備える、請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の電流検出デバイス。
  8.  請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の電流検出デバイスを備え、
     前記主導体は、交流電力供給ラインを形成する導体である、
     給電装置。
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