JP2019009980A - 漏電検出装置、ワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズによる誤検出を抑制し、高い精度で漏電を検出することを可能とする。【解決手段】交流電圧を直流電圧に変換する整流回路２２、及び、接地された金属部材ＭＧを備えるワイヤレス受電装置２０に設けられる漏電検出装置３０であって、整流回路２２の出力側（直流側）の高圧側端子又は低圧側端子と金属部材ＭＧとの間の電位差に対応する電圧の平均電圧Ａを検出する平均電圧検出回路４０と、平均電圧検出回路４０によって検出された平均電圧Ａに基づいて漏電の有無を検出する漏電検出回路５０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、漏電検出装置、ワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システムに関する。

電源ケーブルを用いることなく、送電コイルから受電コイルにワイヤレスにて電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムが注目されている。

ワイヤレス電力伝送システムは、送電コイルを有するワイヤレス送電装置と、受電コイルを有するワイヤレス受電装置とを含んで構成されるが、これらの装置内においては、様々な構成部品や内部装置がケーブルを介して接続されている。この接続において漏電が発生するとワイヤレス電力伝送システムの２次故障に繋がる虞があることから、万一漏電が発生した場合には、その旨を速やかに検知する必要がある。

特許文献１には、受電アダプタ内の整流平滑回路から充電制御装置に直流電圧を供給するために使用される電力線とグランドラインとの間の漏電（地絡）を検出する地絡検出回路が開示されている。

特開２０１２−２１７２４６号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術では、漏電を精度よく検出できない虞がある。すなわち、漏電検出対象の電力線に印加される電圧には、一般にノイズ成分の重畳が避けられない。ノイズ成分が重畳するということは、電力線とグランドラインの間の電位差が変化することを意味するので、この電位差を単純に監視するだけでは、漏電しているか否かを精度よく判定することはできない。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、高い精度で漏電を検出可能な漏電検出装置、ワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置、及びワイヤレス電力伝送システムを提供することを目的とする。

本発明による漏電検出装置は、直流電圧及び交流電圧の一方を他方に変換する変換回路、及び、接地された金属部材を備える装置に設けられる漏電検出装置であって、前記変換回路の直流側の高圧側端子又は低圧側端子と前記金属部材との間の電位差に対応する電圧の平均電圧を検出する平均電圧検出回路と、前記平均電圧検出回路によって検出された前記平均電圧に基づいて漏電の有無を検出する漏電検出回路と、を備える漏電検出装置である。

本発明によれば、平均電圧に基づいて漏電を検出するため、ノイズによる誤検出を抑制し、高い精度で漏電を検出することが可能になる。

上記漏電検出装置において、前記平均電圧検出回路は、前記変換回路の直流側の低圧側端子と前記金属部材との間の電位差に対応する電圧の平均電圧を検出するよう構成される、こととしてもよい。これによれば、漏電をより確実に検出することが可能になる。

上記各漏電検出装置において、前記平均電圧検出回路は、前記電位差を抵抗分圧する第１抵抗分圧回路と、前記第１抵抗分圧回路の出力電圧の平均電圧を検出する第１平均回路と、を有する、こととしてもよい。これによれば、直流ラインにおける漏電を検出することができる。また、直流ラインが電源となる構成に接続されていれば、送電停止中であっても漏電を検出することが可能になる。

上記各漏電検出装置において、前記平均電圧検出回路は、前記電位差を容量分圧する容量分圧回路と、前記容量分圧回路の出力を整流する第１整流回路と、前記第１整流回路の出力電圧の平均電圧を検出する第２平均回路と、を有する、こととしてもよい。これによれば、送電中又は弱励磁中に、交流ラインにおける漏電を検出することができる。

上記各漏電検出装置において、前記平均電圧検出回路は、前記電位差を抵抗分圧する第２抵抗分圧回路と、前記第２抵抗分圧回路の出力を微分する微分回路と、前記微分回路からの出力を整流する第２整流回路と、前記第２整流回路の出力電圧の平均電圧を検出する第３平均回路と、を有する、こととしてもよい。これによっても、送電中又は弱励磁中に、交流ラインにおける漏電を検出することができる。

上記各漏電検出装置において、前記平均電圧検出回路は、前記電位差を容量分圧する容量分圧回路と、前記容量分圧回路の出力を整流する第１整流回路と、前記第１整流回路の出力電圧の平均電圧を検出する第２平均回路と、を有し、前記漏電検出回路は、前記第１平均回路から出力される平均電圧に基づいて漏電の有無を検出する動作と、前記第２平均回路から出力される平均電圧に基づいて漏電の有無を検出する動作とを切り替える第１切替回路、を含む、こととしてもよい。これによれば、直流ライン及び交流ラインの両方における漏電を検出することができるので、実質的にあらゆる箇所で生じた漏電を検出することが可能になる。

上記各漏電検出装置において、前記平均電圧検出回路は、前記電位差を抵抗分圧する第２抵抗分圧回路と、前記第２抵抗分圧回路の出力を微分する微分回路と、前記微分回路からの出力を整流する第２整流回路と、前記第２整流回路の出力電圧の平均電圧を検出する第３平均回路と、を有し、前記漏電検出回路は、前記第１平均回路から出力される平均電圧に基づいて漏電の有無を検出する動作と、前記第３平均回路から出力される平均電圧に基づいて漏電の有無を検出する動作とを切り替える第２切替回路、を含む、こととしてもよい。これによっても、直流ライン及び交流ラインの両方における漏電を検出することができるので、実質的にあらゆる箇所で生じた漏電を検出することが可能になる。

ここで、前記第１平均回路は、ローパスフィルタの平均化作用を用いて前記第１抵抗分圧回路の出力電圧の平均電圧を検出するよう構成されることができ、前記第２平均回路は、ローパスフィルタの平均化作用を用いて前記第１整流回路の出力電圧の平均電圧を検出するよう構成されることができ、前記第３平均回路は、ローパスフィルタの平均化作用を用いて前記第２整流回路の出力電圧の平均電圧を検出するよう構成されることができる。

上記各漏電検出装置において、前記漏電検出回路は、前記平均電圧と閾値を比較する比較回路と、前記比較回路の結果に基づいて漏電の有無を検出する検出回路と、を含み、前記閾値は、電圧値の異なる複数の閾値を含む、こととしてもよい。これによれば、複数の閾値と比較することにより、漏電が発生した箇所を特定することができる。

上記各漏電検出装置において、前記漏電検出回路は、前記平均電圧と閾値を比較する比較回路と、前記比較回路の結果に基づいて漏電の有無を検出する検出回路と、を含み、前記閾値は、任意の値に変更可能に構成されている、こととしてもよい。これによれば、閾値を変更しつつ比較を行うことにより、漏電が発生した箇所を特定することができる。

上記各漏電検出装置において、前記漏電検出回路は、前記平均電圧をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路と、前記ＡＤ変換回路による変換後の前記平均電圧に基づいて漏電の有無を検出する検出回路と、を含む、こととしてもよい。これによれば、ＡＤ変換回路による変換後の平均電圧に基づいて漏電の有無を検出することが可能になる。

本発明によるワイヤレス送電装置は、上記各漏電検出装置のいずれかと、直流電圧を交流電圧に変換する前記変換回路である駆動回路と、前記金属部材と、前記駆動回路から供給される交流電圧に基づいて交流磁界を生成する送電コイルと、前記漏電検出回路が漏電を検出したことに応じて前記駆動回路の動作を停止させる制御回路と、を備えるワイヤレス送電装置である。これによれば、漏電が発生した場合に送電動作を停止することができるので、２次故障を抑制することが可能になる。

本発明の他の一側面によるワイヤレス送電装置は、上記各漏電検出装置のいずれかと、直流電圧を交流電圧に変換する前記変換回路である駆動回路と、前記金属部材と、前記駆動回路から供給される交流電圧に基づいて交流磁界を生成する送電コイルと、前記漏電検出回路が漏電を検出したことに応じて、ユーザ又は外部機器に対する通知を実行する報知器と、を備えるワイヤレス送電装置である。これによれば、漏電が発生した場合に送電停止及び修理を促すことができるので、２次故障を抑制することが可能になる。

本発明によるワイヤレス受電装置は、上記各漏電検出装置のいずれかと、交流磁界を受けて交流電圧を生成する受電コイルと、前記受電コイルによって生成された交流電圧を直流電圧に変換する前記変換回路である整流回路と、前記金属部材と、前記漏電検出回路が漏電を検出したことに応じ、前記交流磁界を生成するワイヤレス送電装置に対して送電動作の停止を促す停止信号を送信する送信器と、を備えるワイヤレス受電装置である。これによれば、漏電が発生した場合に送電動作を停止することができるので、２次故障を抑制することが可能になる。

本発明の他の一側面によるワイヤレス受電装置は、上記各漏電検出装置のいずれかと、交流磁界を受けて交流電圧を生成する受電コイルと、前記受電コイルによって生成された交流電圧を直流電圧に変換する前記変換回路である整流回路と、前記金属部材と、前記漏電検出回路が漏電を検出したことに応じて、ユーザ又は外部機器に対する通知を実行する報知器と、を備えるワイヤレス受電装置である。これによれば、漏電が発生した場合に送電停止及び修理を促すことができるので、２次故障を抑制することが可能になる。

なお、上記各ワイヤレス送電装置又は上記各ワイヤレス受電装置においては、前記金属部材は、前記送電コイルの近傍に配置され、漏洩磁束を遮蔽する金属シールド板である、こととしてもよい。

本発明によるワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス送電装置及びワイヤレス受電装置を備え、前記ワイヤレス送電装置は、上記各ワイヤレス送電装置のいずれかである、ワイヤレス電力伝送システムである。

本発明の他の一側面によるワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス送電装置及びワイヤレス受電装置を備え、前記ワイヤレス受電装置は、上記各ワイヤレス受電装置のいずれかである、ワイヤレス電力伝送システムである。

本発明のさらに他の一側面によるワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス送電装置及びワイヤレス受電装置を備え、前記ワイヤレス送電装置は、上記各ワイヤレス送電装置のいずれかであり、前記ワイヤレス受電装置は、上記各ワイヤレス受電装置のいずれかである、ワイヤレス電力伝送システムである。

本発明によれば、平均電圧に基づいて漏電を検出するため、ノイズによる誤検出を抑制し、高い精度で漏電を検出することが可能になる。

本発明の第１の実施の形態に係るワイヤレス電力伝送システム１の構成と、このワイヤレス電力伝送システム１に接続される負荷２とを示す図である。 （ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、図１に示した平均電圧検出回路４０の内部構成の例を示す図である。 （ａ）は、図２に示した抵抗分圧回路４１，４６の内部構成の例を示す図であり、（ｂ）は、図２に示した平均回路４２，４５，４９の内部構成の例を示す図であり、（ｃ）は、図２に示した容量分圧回路４３の内部構成の例を示す図であり、（ｄ）及び（ｅ）はそれぞれ、図２に示した整流回路４４，４８の内部構成の例を示す図であり、（ｆ）は、図２に示した微分回路４７の内部構成の例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図１に示した漏電検出回路５０の内部構成の例を示す図である。 図２に示した平均回路４２，４５，４９の内部構成の他の例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るワイヤレス電力伝送システム１の構成と、このワイヤレス電力伝送システム１に接続される負荷２とを示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する内容により、本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、説明において同一要素または同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るワイヤレス電力伝送システム１の構成と、このワイヤレス電力伝送システム１に接続される負荷２とを示す図である。同図に示すように、ワイヤレス電力伝送システム１は、ワイヤレス送電装置１０と、ワイヤレス受電装置２０とを有して構成される。負荷２は、ワイヤレス受電装置２０に接続される。

ワイヤレス電力伝送システム１は、例えば、二次電池の電力を利用する電気自動車(EV: Electric Vehicle)やハイブリッド自動車(HV: Hybrid Vehicle)などの移動体への送電用に用いられるシステムである。この場合、ワイヤレス送電装置１０は地上に配設される送電設備内に搭載され、ワイヤレス受電装置２０は車両に搭載されることになる。以下では、ワイヤレス電力伝送システム１が電気自動車への送電用のものであるとして説明を続ける。

ワイヤレス送電装置１０は、図１に示すように、直流電源１１、駆動回路１２、制御回路１３、受信器１４、送電コイルＬ１、及び送電側コンデンサＣ１を有して構成される。

直流電源１１は、駆動回路１２に直流電力を供給する役割を果たす。直流電源１１の具体的な種類は、直流電力を供給できるものであれば特に限定されない。例えば、商用交流電源を整流・平滑した直流電源、二次電池、太陽光発電した直流電源、又はスイッチングコンバータなどのスイッチング電源を、直流電源１１として好適に用いることが可能である。

駆動回路１２は、直流電源１１から供給された直流電圧を交流電圧に変換する変換回路であり、例えば、４つのスイッチング素子がブリッジ接続されてなるスイッチング回路（フルブリッジ回路。図示せず）により構成される。駆動回路１２は、送電コイルＬ１に交流電流を供給する役割を果たす。

制御回路１３は、送電コイルＬ１に供給される交流電流の周波数が所定の電力伝送周波数ｆｐに等しくなるよう、駆動回路１２の動作を制御する回路である。例えば駆動回路１２が上述したフルブリッジ回路である場合であれば、制御回路１３は、送電コイルＬ１に供給される交流電流の周波数が所定の電力伝送周波数ｆｐに等しくなるよう、フルブリッジ回路を構成する各スイッチング素子の制御信号を生成する。電力伝送周波数ｆｐの具体的な値は、例えば２０〔ｋＨｚ〕〜２００〔ｋＨｚ〕に設定される。

受信器１４は、ワイヤレス受電装置２０内に設けられる送信器７０から任意の信号を受信可能に構成された通信機器である。受信器１４と送信器７０の間の通信は、例えばブルートゥース（登録商標）などの近距離無線通信によって実現してもよいし、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）などの無線ＬＡＮによって実現してもよい。受信器１４が送信器７０から受信する信号には、後述する漏電検出装置３０による漏電の有無の検出結果を示す結果信号Ｒが含まれる。

受信器１４は、結果信号Ｒを受信すると、受信した結果信号Ｒを制御回路１３に出力するよう構成される。制御回路１３は、受信器１４から入力された結果信号Ｒが漏電検出装置３０による漏電の検出を示すものであった場合、それに応じて駆動回路１２の動作を停止させる。具体的には、例えば駆動回路１２が上述したフルブリッジ回路である場合であれば、フルブリッジ回路を構成する各スイッチング素子をすべてオフの状態とする。これにより、送電動作が停止されるので、漏電によるワイヤレス電力伝送システム１の２次故障を抑制することが可能になる。

送電コイルＬ１及び送電側コンデンサＣ１は、駆動回路１２の出力側（交流側）の一方側端子と他方側端子の間に直列に接続され、共振回路を構成する。この共振回路は、上述した電力伝送周波数ｆｐと同一又はそれに近い周波数の共振周波数を有しており、駆動回路１２から供給される交流電流に基づいて交番磁界を生成する役割を果たす。なお、駆動回路１２の出力側の一方側端子と他方側端子の間に、並列に、送電側コンデンサＣ１及び送電コイルＬ１を接続することとしてもよい。

送電コイルＬ１は、例えばφ０．１（ｍｍ）の絶縁された銅線を２千本程度撚り合わせたリッツ線を数ターンから数十ターン程度、平面状に巻回することによって形成されたスパイラル構造のコイルであり、例えば地中または地面近傍に配置される。駆動回路１２から送電コイルＬ１に交流電流が供給されると、それによって交番磁界が発生する。この交番磁界は、送電コイルＬ１と後述する受電コイルＬ２との間の相互インダクタンスによって受電コイルＬ２内に起電力を発生させ、それによって電力の伝送が実現される。

次に、ワイヤレス受電装置２０は、図１に示すように、受電コイルＬ２、受電側コンデンサＣ２，Ｃ３、整流回路２２、バイパスコンデンサＣ４〜Ｃ６、漏電検出装置３０、報知器６０、及び送信器７０を有して構成される。

受電コイルＬ２及び受電側コンデンサＣ２は、整流回路２２の入力側（交流側）の一方側端子と他方側端子の間に直列に接続される。また、受電側コンデンサＣ３は、受電コイルＬ２及び受電側コンデンサＣ２と並列に接続される。これらの接続により、受電コイルＬ２及び受電側コンデンサＣ２，Ｃ３は共振回路を構成する。この共振回路の共振周波数も、上述した電力伝送周波数ｆｐと同一又はそれに近い周波数に設定される。この共振回路は、送電コイルＬ１から伝送された交流電力をワイヤレスにて受電する受電部としての役割を果たす。

受電コイルＬ２は、送電コイルＬ１と同様に、例えばφ０．１（ｍｍ）の絶縁された銅線を２千本程度撚り合わせたリッツ線を数ターンから数十ターン程度、平面状に巻回することによって形成されたスパイラル構造のコイルである。一方、受電コイルＬ２の設置位置は、送電コイルＬ１とは異なり、例えば電気自動車の車両下部となる。送電コイルＬ１によって生成される磁束が受電コイルＬ２に鎖交すると、電磁誘導作用により受電コイルＬ２に交流電流が流れる。この交流電流は、整流回路２２により直流電流に変換されたうえで、負荷２に供給される。これにより、負荷２に対して直流電力を供給することが実現される。

整流回路２２は、受電コイルＬ２から供給された交流電圧を直流電圧に変換する変換回路である。具体的には、受電コイルＬ２から供給された交流電流を直流電流に変換し、負荷２に対して供給する機能を有して構成され、例えば、複数のダイオードがブリッジ接続されてなるブリッジ回路（図示せず）によって構成される。

バイパスコンデンサＣ４〜Ｃ６はそれぞれ、直流電圧である整流回路２２の出力電圧の変動を抑制する目的で設置されるコンデンサである。バイパスコンデンサＣ４は、整流回路２２の出力側（直流側）の高圧側端子と低圧側端子の間に接続され、バイパスコンデンサＣ５は、整流回路２２の出力側の高圧側端子とグランドラインの間に接続され、バイパスコンデンサＣ６は、整流回路２２の出力側の低圧側端子とグランドラインの間に接続される。

負荷２は、図示していないが、充電器及びバッテリーを含んで構成される。このうち充電器は、整流回路２２から出力された直流電力に基づいてバッテリーを充電する機能を有する回路である。この充電は、例えば定電圧定電流充電（ＣＶＣＣ充電）により実行される。バッテリーの具体的な種類は、電力を蓄える機能を有するものであれば特に限定されない。例えば、二次電池（リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル電池など）や容量素子（電気二重層キャパシタなど）を、負荷２を構成するバッテリーとして好適に用いることが可能である。

漏電検出装置３０は、ワイヤレス受電装置２０内の電力線の漏電を検出するための装置である。具体的には、図１に示すように、整流回路２２の出力側の低圧側端子（電圧Ｖ_Ｌ）と、磁束遮蔽のために受電コイルＬ２の近傍に設けられる金属部材ＭＧ（電圧Ｖ_Ｇ）との間の電位差Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｇに対応する電圧の平均電圧Ａを検出する平均電圧検出回路４０と、平均電圧検出回路４０によって検出された平均電圧Ａに基づいて漏電の有無を検出し、その結果を示す結果信号Ｒを出力する漏電検出回路５０とを備えて構成される。なお、金属部材ＭＧは、例えば金属シールド板であり、図１に示すように接地されている。また、図１では、整流回路２２の出力側の低圧側端子を平均電圧検出回路４０に接続しているが、整流回路２２の出力側の高圧側端子を平均電圧検出回路４０に接続することとしてもよい。この場合の平均電圧検出回路４０は、整流回路２２の出力側の高圧側端子と金属部材ＭＧとの間の電位差に対応する電圧の平均電圧を検出する回路となる。漏電検出装置３０の詳細については、後ほど別途説明する。

報知器６０は、漏電検出装置３０が漏電を検出したこと（すなわち、漏電を検出したことを示す結果信号Ｒが漏電検出装置３０から供給されたこと）に応じて、ユーザ又は外部機器に対する通知を実行する機器である。ユーザに対する通知を実行するための具体的な装置としては、例えば、漏電の検出を警報音によりユーザに通知するベル、漏電の検出を光によりユーザに通知するランプなどが挙げられる。また、報知器６０による通知の対象となる外部機器としては、例えば、車両内の各種システム（上述した負荷２の充電器を含む）などが挙げられる。

送信器７０は、漏電検出装置３０から供給された結果信号Ｒを受信器１４に転送する回路である。上述したように、受信器１４は、送信器７０から受信した結果信号Ｒを制御回路１３に出力するよう構成され、制御回路１３は、受信器１４から入力された結果信号Ｒが漏電検出装置３０による漏電の検出を示すものであった場合、それに応じて駆動回路１２の動作を停止させるよう構成される。したがって、漏電検出装置３０による漏電の検出を示す結果信号Ｒは、ワイヤレス送電装置１０に対して送電動作の停止を促す停止信号であると言える。

以下、漏電検出装置３０の具体的な構成について、図２〜図４を参照しながら詳細に説明する。

図２（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、図１に示した平均電圧検出回路４０の内部構成の例を示す図である。また、図３（ａ）は、図２に示した抵抗分圧回路４１，４６の内部構成の例を示す図であり、図３（ｂ）は、図２に示した平均回路４２，４５，４９の内部構成の例を示す図であり、図３（ｃ）は、図２に示した容量分圧回路４３の内部構成の例を示す図であり、図３（ｄ）及び（ｅ）はそれぞれ、図２に示した整流回路４４，４８の内部構成の例を示す図であり、図３（ｆ）は、図２に示した微分回路４７の内部構成の例を示す図である。

図２（ａ）に示す第１の例による平均電圧検出回路４０は、抵抗分圧回路４１（第１抵抗分圧回路）と、平均回路４２（第１平均回路）とによって構成される。

抵抗分圧回路４１は、上述した電位差Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｇを抵抗分圧することにより電圧Ｖ１を生成する回路であり、図３（ａ）に示すように、電圧Ｖ_Ｌの入力端子と電圧Ｖ_Ｇの入力端子との間に直列に接続された２つの抵抗素子を含んで構成される。電圧Ｖ１は、２つの抵抗素子のうち電圧Ｖ_Ｇの入力端子に近い方の両端電圧となる。２つの抵抗素子の抵抗値が等しい場合には、Ｖ１＝（Ｖ_Ｇ−Ｖ_Ｌ）／２となる。

平均回路４２は、抵抗分圧回路４１の出力電圧Ｖ１の平均電圧Ａを検出する回路であり、図３（ｂ）に示すように、コンデンサと抵抗素子からなるローパスフィルタによって構成される。本実施の形態による平均回路４２は、このローパスフィルタの平均化作用を用いて平均電圧Ａを検出するよう構成される。

第１の例による平均電圧検出回路４０によれば、ワイヤレス受電装置２０の直流ライン（具体的には、整流回路２２の出力端子に接続される配線）における漏電を検出することができる。また、直流ラインは負荷２に接続されていることから、第１の例による平均電圧検出回路４０によれば、送電停止中であっても漏電を検出することができる。

図２（ｂ）に示す第２の例による平均電圧検出回路４０は、容量分圧回路４３と、整流回路４４（第１整流回路）と、平均回路４５（第２平均回路）とによって構成される。

容量分圧回路４３は、上述した電位差Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｇを容量分圧することにより電圧Ｖ２を生成する回路であり、図３（ｃ）に示すように、電圧Ｖ_Ｌの入力端子と電圧Ｖ_Ｇの入力端子との間に直列に接続された２つの容量素子を含んで構成される。電圧Ｖ２は、２つの容量素子のうち電圧Ｖ_Ｇの入力端子に近い方の両端電圧となる。

整流回路４４は、容量分圧回路４３の出力電圧Ｖ２を整流することにより電圧Ｖ３を生成する回路であり、図３（ｄ）又は図３（ｅ）に示すように、１以上のダイオードを含んで構成される。具体的に説明すると、図３（ｄ）の例による整流回路４４は、アノードが高圧側入力端子にカソードが高圧側出力端子にそれぞれ接続されるダイオードを１つだけ有して構成される。一方、図３（ｅ）の例による整流回路４４は、アノードが高圧側入力端子にカソードが高圧側出力端子にそれぞれ接続されるダイオードと、アノードが低圧側入力端子にカソードが高圧側出力端子にそれぞれ接続されるダイオードと、アノードが低圧側出力端子にカソードが高圧側入力端子にそれぞれ接続されるダイオードと、アノードが低圧側出力端子にカソードが低圧側入力端子にそれぞれ接続されるダイオードとを有して構成される。

平均回路４５は、整流回路４４の出力電圧Ｖ３の平均電圧Ａを検出する回路であり、図３（ｂ）に示すように、平均回路４２と同様のローパスフィルタによって構成される。本実施の形態による平均回路４５は、このローパスフィルタの平均化作用を用いて平均電圧Ａを検出するよう構成される。

第２の例による平均電圧検出回路４０によれば、ワイヤレス受電装置２０の交流ライン（具体的には、整流回路２２の入力端子に接続される配線）における漏電を検出することができる。これは、交流ラインを流れる交流電流が金属部材ＭＧに漏洩すると、金属部材ＭＧの電位が変動することを利用するものである。なお、交流ラインに交流電流が流れるのは、ワイヤレス電力伝送システム１が送電中又は弱励磁中である場合のみであるため、第２の例による平均電圧検出回路４０によって交流ラインにおける漏電を検出できるのは、送電中又は弱励磁中のみとなる。

図２（ｃ）に示す第３の例による平均電圧検出回路４０は、抵抗分圧回路４６（第２抵抗分圧回路）と、微分回路４７と、整流回路４８（第２整流回路）と、平均回路４９（第３平均回路）とによって構成される。

抵抗分圧回路４６は、上述した電位差Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｇを抵抗分圧することにより電圧Ｖ１を生成する回路であり、図３（ａ）に示すように、抵抗分圧回路４１と同様の回路によって構成される。具体的には、電圧Ｖ_Ｌの入力端子と電圧Ｖ_Ｇの入力端子との間に直列に接続された２つの抵抗素子を含んで構成され、２つの抵抗素子のうち電圧Ｖ_Ｇの入力端子に近い方の両端電圧が電圧Ｖ１となる。

微分回路４７は、抵抗分圧回路４６の出力電圧Ｖ１を微分することにより電圧Ｖ４を生成する回路であり、図３（ｆ）に示すように、コンデンサと抵抗素子からなるハイパスフィルタによって構成される。

整流回路４８は、微分回路４７の出力電圧Ｖ４を整流することにより電圧Ｖ３を生成する回路であり、図３（ｄ）又は図３（ｄ）に示すように、整流回路４４と同様の回路によって構成される。

平均回路４９は、整流回路４８の出力電圧Ｖ３の平均電圧Ａを検出する回路であり、図３（ｂ）に示すように、平均回路４２，４５と同様のローパスフィルタによって構成される。本実施の形態による平均回路４９は、このローパスフィルタの平均化作用を用いて平均電圧Ａを検出するよう構成される。

第３の例による平均電圧検出回路４０によっても、ワイヤレス受電装置２０の交流ライン（具体的には、整流回路２２の入力端子に接続される配線）における漏電を検出することができる。これも、交流ラインを流れる交流電流が金属部材ＭＧに漏洩すると、金属部材ＭＧの電位が変動することを利用するものである。第３の例においても、交流ラインにおける漏電を検出できるのは送電中又は弱励磁中のみとなる。

図２（ｄ）に示す第４の例による平均電圧検出回路４０は、図２（ａ）に示した第１の例による回路と、図２（ｂ）に示した第２の例による回路とが並列に接続され、それによって２種類の平均電圧Ａ１，Ａ２を出力するよう構成される。上述したように、第１の例による回路によれば、ワイヤレス受電装置２０の直流ラインにおける漏電を検出することができ、第２の例による回路によれば、ワイヤレス受電装置２０の交流ラインにおける漏電を検出することができることから、第４の例による平均電圧検出回路４０によれば、直流ライン及び交流ラインの両方における漏電を検出することが可能になる。したがって、実質的に、ワイヤレス受電装置２０内のあらゆる箇所で生じた漏電を検出することが可能になる。

図２（ｅ）に示す第５の例による平均電圧検出回路４０は、図２（ａ）に示した第１の例による回路と、図２（ｃ）に示した第３の例による回路とが並列に接続され、それによって２種類の平均電圧Ａ１，Ａ２を出力するよう構成される。上述したように、第１の例による回路によれば、ワイヤレス受電装置２０の直流ラインにおける漏電を検出することができ、第３の例による回路によれば、ワイヤレス受電装置２０の交流ラインにおける漏電を検出することができることから、第５の例による平均電圧検出回路４０によっても、直流ライン及び交流ラインの両方における漏電を検出することが可能になる。したがって、実質的に、ワイヤレス受電装置２０内のあらゆる箇所で生じた漏電を検出することが可能になる。

次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）はそれぞれ、図１に示した漏電検出回路５０の内部構成の例を示す図である。

図４（ａ）に示す例による漏電検出回路５０は、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示した平均電圧検出回路４０とともに用いられるもので、ＡＤ変換回路５２と、比較回路５３と、検出回路５４とを有して構成される。

ＡＤ変換回路５２は、平均電圧検出回路４０から入力される平均電圧Ａをデジタル信号に変換する回路である。具体的には、所定のサンプリング周波数で平均電圧Ａを標本化し、その結果を量子化することによってデジタル信号の生成を行う。比較回路５３は、ＡＤ変換回路５２による変換後の平均電圧Ａと閾値を比較する回路である。閾値は、例えば比較回路５３内に予め格納される。検出回路５４は、比較回路５３の結果に基づいて漏電の有無を検出する回路である。検出回路５４の出力は、結果信号Ｒとして図１に示した報知器６０及び送信器７０に供給される。

ここで、比較回路５３が比較対象とする閾値には、電圧値の異なる複数の閾値が含まれることとしてもよい。この場合の比較回路５３は、複数の閾値それぞれに対応して複数の比較結果を出力することになる。平均電圧Ａの具体的な値は、漏電が発生した箇所によって異なってくるのが通常である。したがって、このように複数の閾値を用意しておくことで、比較回路５３から出力される複数の比較結果から漏電が発生した箇所を特定することが可能になる。

また、比較回路５３に格納される閾値は、任意の値に変更可能に構成されていることとしてもよい。そして、閾値を変更しつつ、それぞれの閾値について比較回路５３による比較を行うことしてもよい。これによっても、上記同様に、比較回路５３から出力される複数の比較結果から漏電が発生した箇所を特定することが可能になる。

また、漏電検出回路５０内にＡＤ変換回路５２を設けず、平均電圧検出回路４０から入力される平均電圧Ａを直接比較回路５３に供給することとしてもよい。この場合、アナログ信号である平均電圧Ａと閾値を比較する回路により、比較回路５３を構成する必要がある。

また、比較回路５３及び検出回路５４による処理に代え、他の方法で漏電の有無を検出することとしてもよい。例えば、平均電圧Ａの値と漏電の有無を対応付けるルックアップテーブルを用意し、ＡＤ変換回路５２から平均電圧Ａが出力された場合にその平均電圧Ａに対応する漏電の有無を読み出すことによって、漏電の有無を検出することとしてもよい。

図４（ｂ）に示す例による漏電検出回路５０は、図２（ｄ）又は図２（ｅ）に示した平均電圧検出回路４０とともに用いられるもので、ＡＤ変換回路５２の前段に切替回路５１を有する点で、図４（ａ）に示す例による漏電検出回路５０と相違する。その他の点では、図４（ａ）に示す例による漏電検出回路５０と同様であるので、以下では切替回路５１についてのみ説明する。

切替回路５１は、図２（ｄ）に示した平均電圧検出回路４０とともに用いられる場合には、平均回路４２から出力される平均電圧Ａ１に基づいて漏電の有無を検出する動作と、平均回路４５から出力される平均電圧Ａ２に基づいて漏電の有無を検出する動作とを切り替える回路（第１切替回路）である。また、切替回路５１は、図２（ｅ）に示した平均電圧検出回路４０とともに用いられる場合には、平均回路４２から出力される平均電圧Ａ１に基づいて漏電の有無を検出する動作と、平均回路４９から出力される平均電圧Ａ２に基づいて漏電の有無を検出する動作とを切り替える回路（第２切替回路）である。いずれの場合においても、漏電検出回路５０は、平均電圧Ａ１に基づいて漏電の有無を検出する動作を行うことによりワイヤレス受電装置２０の直流ラインにおける漏電を検出することができ、平均電圧Ａ２に基づいて漏電の有無を検出する動作を行うことによりワイヤレス受電装置２０の交流ラインにおける漏電を検出することができる。したがって、実質的に、ワイヤレス受電装置２０内のあらゆる箇所で生じた漏電を検出することが可能になる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、電位差Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｇに対応する電圧Ｖ１の平均電圧Ａに基づいて漏電を検出しているので、ノイズによる誤検出を抑制し、高い精度で漏電を検出することが可能になる。また、漏電検出回路５０内の具体的な回路構成によっては、実質的に、ワイヤレス受電装置２０内のあらゆる箇所で生じた漏電を検出することが可能になる。さらに、複数の閾値を用いることで、漏電が発生した箇所を特定することも可能になる。

なお、上記実施の形態では、図４（ａ）に示す例による漏電検出回路５０について、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示した平均電圧検出回路４０とともに用いられるものと説明したが、図２（ｄ）又は図２（ｅ）に示した平均電圧検出回路４０とともに図４（ａ）に示す例による漏電検出回路５０を用いることも可能である。この場合の漏電検出装置３０には、平均電圧検出回路４０から出力される２種類の平均電圧Ａ１，Ａ２のそれぞれについて、図４（ａ）に示す例による漏電検出回路５０が設けられる。

また、上記実施の形態では、平均回路４２，４５，４９をローパスフィルタによって構成する例を説明したが、平均回路４２，４５，４９はそれぞれの入力電圧の平均電圧を検出できる回路であればよく、他の種類の回路によって平均回路４２，４５，４９を構成することも可能である。そのような回路の例としては、例えば、ＦＩＲ(Finite Impulse Response)型のデジタルフィルタや、図５に示すようなオペアンプを用いた回路（積分回路）が挙げられる。なお、平均回路４２，４５，４９としてＦＩＲ型のデジタルフィルタを用いる場合は、漏電検出回路５０を構成するＡＤ変換回路５２は省略される。

図６は、本発明の第２の実施の形態に係るワイヤレス電力伝送システム１の構成と、このワイヤレス電力伝送システム１に接続される負荷２とを示す図である。本実施の形態に係るワイヤレス電力伝送システム１は、漏電検出装置３０及び報知器６０がワイヤレス送電装置１０内に設けられる点で、第１の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１と相違する。以下、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、第１の実施の形態との相違点に着目して説明する。

本実施の形態による平均電圧検出回路４０は、駆動回路１２の入力側（直流側）の低圧側端子（電圧Ｖ_Ｌ）と、金属部材ＭＧ（電圧Ｖ_Ｇ）との間の電位差Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｇに対応する電圧の平均電圧Ａを検出するよう構成される。ただし、本実施の形態による金属部材ＭＧは、磁束遮蔽のために送電コイルＬ１の近傍に設けられるものである。その他の点では、第１の実施の形態による平均電圧検出回路４０と同様である。第１の実施の形態と同様に、駆動回路１２の入力側の高圧側端子と金属部材ＭＧとの間の電位差に対応する電圧の平均電圧Ａを検出するように平均電圧検出回路４０を構成してもよい。

漏電検出回路５０及び報知器６０はそれぞれ、第１の実施の形態による漏電検出回路５０及び報知器６０と同様の構成及び機能を有する。すなわち、漏電検出回路５０は、平均電圧検出回路４０によって検出された平均電圧Ａに基づいて漏電の有無を検出し、その結果を示す結果信号Ｒを出力する。また、報知器６０は、漏電検出装置３０が漏電を検出したことに応じて、ユーザ又は外部機器に対する通知を実行する。

ここで、本実施の形態においては、制御回路１３と漏電検出装置３０とが同一の装置内に位置しているので、結果信号Ｒは、図１に示した送信器７０及び受信器１４を介さず、漏電検出装置３０から制御回路１３に直接供給される。結果信号Ｒを受けた制御回路１３の動作も、第１の実施の形態と同様である。

以上説明したように、本実施の形態によっても、電位差Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｇに対応する電圧Ｖ１の平均電圧Ａに基づいて漏電を検出しているので、ノイズによる誤検出を抑制し、高い精度で漏電を検出することが可能になる。また、漏電検出回路５０内の具体的な回路構成によっては、実質的に、ワイヤレス受電装置２０内のあらゆる箇所で生じた漏電を検出することが可能になる点、複数の閾値を用いることで、漏電が発生した箇所を特定することも可能になる点についても、第１の実施の形態と同様である。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。

例えば、上記実施の形態では、ワイヤレス受電装置２０内に漏電検出装置３０を設ける構成と、ワイヤレス送電装置１０内に漏電検出装置３０を設ける構成とについて説明したが、ワイヤレス受電装置２０及びワイヤレス送電装置１０の両方に漏電検出装置３０を設けることとしてもよい。この場合、どちらの漏電検出装置３０が漏電を検出した場合であっても駆動回路１２の動作が停止することとなるように、ワイヤレス電力伝送システム１を構成することが好ましい。

１ ワイヤレス電力伝送システム
２ 負荷
１０ ワイヤレス送電装置
１１ 直流電源
１２ 駆動回路
１３ 制御回路
１４ 受信器
２０ ワイヤレス受電装置
２２ 整流回路
３０ 漏電検出装置
４０ 平均電圧検出回路
４１，４６ 抵抗分圧回路
４２，４５，４９ 平均回路
４３ 容量分圧回路
４４，４８ 整流回路
４７ 微分回路
５０ 漏電検出回路
５１ 切替回路
５２ ＡＤ変換回路
５３ 比較回路
５４ 検出回路
６０ 報知器
７０ 送信器
Ａ，Ａ１，Ａ２ 平均電圧
Ｃ１ 送電側コンデンサ
Ｃ２，Ｃ３ 受電側コンデンサ
Ｃ４〜Ｃ６ バイパスコンデンサ
Ｌ１ 送電コイル
Ｌ２ 受電コイル
ＭＧ 金属部材
Ｒ 結果信号

Claims (22)

1. 直流電圧及び交流電圧の一方を他方に変換する変換回路、及び、接地された金属部材を備える装置に設けられる漏電検出装置であって、
   前記変換回路の直流側の高圧側端子又は低圧側端子と前記金属部材との間の電位差に対応する電圧の平均電圧を検出する平均電圧検出回路と、
   前記平均電圧検出回路によって検出された前記平均電圧に基づいて漏電の有無を検出する漏電検出回路と、
   を備える漏電検出装置。
2. 前記平均電圧検出回路は、前記変換回路の直流側の低圧側端子と前記金属部材との間の電位差に対応する電圧の平均電圧を検出するよう構成される、
   請求項１に記載の漏電検出装置。
3. 前記平均電圧検出回路は、
   前記電位差を抵抗分圧する第１抵抗分圧回路と、
   前記第１抵抗分圧回路の出力電圧の平均電圧を検出する第１平均回路と、
   を有する、
   請求項１又は２に記載の漏電検出装置。
4. 前記平均電圧検出回路は、
   前記電位差を容量分圧する容量分圧回路と、
   前記容量分圧回路の出力を整流する第１整流回路と、
   前記第１整流回路の出力電圧の平均電圧を検出する第２平均回路と、
   を有する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の漏電検出装置。
5. 前記平均電圧検出回路は、
   前記電位差を抵抗分圧する第２抵抗分圧回路と、
   前記第２抵抗分圧回路の出力を微分する微分回路と、
   前記微分回路からの出力を整流する第２整流回路と、
   前記第２整流回路の出力電圧の平均電圧を検出する第３平均回路と、
   を有する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の漏電検出装置。
6. 前記平均電圧検出回路は、
   前記電位差を容量分圧する容量分圧回路と、
   前記容量分圧回路の出力を整流する第１整流回路と、
   前記第１整流回路の出力電圧の平均電圧を検出する第２平均回路と、
   を有し、
   前記漏電検出回路は、前記第１平均回路から出力される平均電圧に基づいて漏電の有無を検出する動作と、前記第２平均回路から出力される平均電圧に基づいて漏電の有無を検出する動作とを切り替える第１切替回路、を含む、
   請求項３に記載の漏電検出装置。
7. 前記平均電圧検出回路は、
   前記電位差を抵抗分圧する第２抵抗分圧回路と、
   前記第２抵抗分圧回路の出力を微分する微分回路と、
   前記微分回路からの出力を整流する第２整流回路と、
   前記第２整流回路の出力電圧の平均電圧を検出する第３平均回路と、
   を有し、
   前記漏電検出回路は、前記第１平均回路から出力される平均電圧に基づいて漏電の有無を検出する動作と、前記第３平均回路から出力される平均電圧に基づいて漏電の有無を検出する動作とを切り替える第２切替回路、を含む、
   請求項３に記載の漏電検出装置。
8. 前記第１平均回路は、ローパスフィルタの平均化作用を用いて前記第１抵抗分圧回路の出力電圧の平均電圧を検出するよう構成される、
   請求項３乃至７のいずれか一項に記載の漏電検出装置。
9. 前記第２平均回路は、ローパスフィルタの平均化作用を用いて前記第１整流回路の出力電圧の平均電圧を検出するよう構成される、
   請求項４又は６に記載の漏電検出装置。
10. 前記第３平均回路は、ローパスフィルタの平均化作用を用いて前記第２整流回路の出力電圧の平均電圧を検出するよう構成される、
    請求項５又は７に記載の漏電検出装置。
11. 前記漏電検出回路は、
    前記平均電圧と閾値を比較する比較回路と、
    前記比較回路の結果に基づいて漏電の有無を検出する検出回路と、を含み、
    前記閾値は、電圧値の異なる複数の閾値を含む、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の漏電検出装置。
12. 前記漏電検出回路は、
    前記平均電圧と閾値を比較する比較回路と、
    前記比較回路の結果に基づいて漏電の有無を検出する検出回路と、を含み、
    前記閾値は、任意の値に変更可能に構成されている、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の漏電検出装置。
13. 前記漏電検出回路は、
    前記平均電圧をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路と、
    前記ＡＤ変換回路による変換後の前記平均電圧に基づいて漏電の有無を検出する検出回路と、を含む、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の漏電検出装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の漏電検出装置と、
    直流電圧を交流電圧に変換する前記変換回路である駆動回路と、
    前記金属部材と、
    前記駆動回路から供給される交流電圧に基づいて交流磁界を生成する送電コイルと、
    前記漏電検出回路が漏電を検出したことに応じて前記駆動回路の動作を停止させる制御回路と、
    を備えるワイヤレス送電装置。
15. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の漏電検出装置と、
    直流電圧を交流電圧に変換する前記変換回路である駆動回路と、
    前記金属部材と、
    前記駆動回路から供給される交流電圧に基づいて交流磁界を生成する送電コイルと、
    前記漏電検出回路が漏電を検出したことに応じて、ユーザ又は外部機器に対する通知を実行する報知器と、
    を備えるワイヤレス送電装置。
16. 前記金属部材は、前記送電コイルの近傍に配置され、漏洩磁束を遮蔽する金属シールド板である、
    請求項１４又は１５に記載のワイヤレス送電装置。
17. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の漏電検出装置と、
    交流磁界を受けて交流電圧を生成する受電コイルと、
    前記受電コイルによって生成された交流電圧を直流電圧に変換する前記変換回路である整流回路と、
    前記金属部材と、
    前記漏電検出回路が漏電を検出したことに応じ、前記交流磁界を生成するワイヤレス送電装置に対して送電動作の停止を促す停止信号を送信する送信器と、
    を備えるワイヤレス受電装置。
18. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の漏電検出装置と、
    交流磁界を受けて交流電圧を生成する受電コイルと、
    前記受電コイルによって生成された交流電圧を直流電圧に変換する前記変換回路である整流回路と、
    前記金属部材と、
    前記漏電検出回路が漏電を検出したことに応じて、ユーザ又は外部機器に対する通知を実行する報知器と、
    を備えるワイヤレス受電装置。
19. 前記金属部材は、前記受電コイルの近傍に配置され、漏洩磁束を遮蔽する金属シールド板である、
    請求項１７又は１８に記載のワイヤレス受電装置。
20. ワイヤレス送電装置及びワイヤレス受電装置を備え、
    前記ワイヤレス送電装置は、請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載のワイヤレス送電装置である、
    ワイヤレス電力伝送システム。
21. ワイヤレス送電装置及びワイヤレス受電装置を備え、
    前記ワイヤレス受電装置は、請求項１７乃至１９のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置である、
    ワイヤレス電力伝送システム。
22. ワイヤレス送電装置及びワイヤレス受電装置を備え、
    前記ワイヤレス送電装置は、請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載のワイヤレス送電装置であり、
    前記ワイヤレス受電装置は、請求項１７乃至１９のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置である、
    ワイヤレス電力伝送システム。

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