JP6493617B2 - 電圧検出装置、電源装置及び送電装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流電圧を検出する電圧検出装置、それを備えた電源装置及び送電装置に関する。

特許文献１には、磁界結合を利用した電力伝送システムであって、送電側の結合用コイルに対して異物が載置されているか否かを検出する電力伝送システムが開示されている。特許文献１に記載の電力伝送システムでは、その送電装置において、結合用コイルの両端に加わる電圧を検出し、検出電圧の変動に基づいて、異物の有無を検出する。

特開２００６−６０９０９号公報

特許文献１に記載の送電装置は差動回路であって、結合用コイルの両端に加わる電圧を検出するため、電力伝送ラインの片方とグランドとの間に分圧抵抗を設け、分圧抵抗に加わる電圧を検出している。差動電圧が対称であれば、結合用コイルの両端に加わる電圧と分圧抵抗に加わる電圧は比例関係となるため、分圧抵抗に加わる電圧を検出することで結合用コイルの両端に加わる電圧を間接的に検出することができる。このような回路において、差動電圧が非対称となった場合、結合用コイルの両端に加わる電圧と分圧抵抗に加わる電圧との間の比例関係に誤差が生じ、検出精度が低くなるといった問題がある。

そこで、差動電圧を検出するために、磁界結合するトランスを用いた電圧検出を行う方法が考えられる。例えば、検出したい交流電圧がトランスの１次コイルに印加されると、１次コイルと磁界結合するトランスの２次コイルに電圧が誘起される。その誘起された電圧を検出することで、１次コイルに印加された交流電圧を検出（算出）できる。しかしながら、この方法では、１次コイルと２次コイルとの間に生じる容量及び電位差の影響により電圧検出精度が低下するおそれがある。

そこで、本発明の目的は、１次コイルと２次コイルとの不要な容量結合による影響を抑制して、高い検出精度で交流電圧を検出する電圧検出装置、電源装置及び送電装置を提供することにある。

（１）本発明に係る電圧検出装置は、第１コイル及び第２コイルが直列接続されて構成され、第１端と第２端とを有する１次コイルと、第３端と第４端とを有し、前記１次コイルと磁界結合する２次コイルと、を備え、前記１次コイルは、前記第１コイルと前記第２コイルとの接続部が、前記２次コイルの前記第４端よりも、前記２次コイルの前記第３端に近接配置され、前記２次コイルは、前記２次コイルの前記第３端が、前記１次コイルの前記第１端及び前記１次コイルの前記第２端よりも、前記１次コイルの前記接続部に近接配置されることを特徴とする。

この構成によれば、第１コイルと第２コイルとの特性を略同じとした場合、第１コイルと第２コイルとの接続点は、１次コイルに印加される交流電圧の中点となる。したがって、２次コイルの第３端を、例えば電圧検出装置を用いる回路の基準電位に接続すると、前記接続点と基準電位との間の電位差はゼロに近く、この間に形成される容量の影響を受けない。その結果、本発明の電圧検出装置を用いて電圧検出を行うことで、１次コイルと２次コイルとの不要な容量結合による影響を受けずに、高精度な電圧検出が可能となる。

（２）前記第１コイル、前記第２コイル及び前記２次コイルは、それぞれのコイル開口内部に生じる磁束が同一直線に沿うように配置される構成でもよい。

この構成では、コイル間の磁界結合を強めることができる。

（３）前記第１コイル及び前記第２コイルは、互いに逆方向に磁束が生じるように巻回された螺旋構造であり、前記２次コイルは、前記第２コイルよりも前記第１コイルに近接する第３コイルと、前記第１コイルよりも前記第２コイルに近接し、前記第３コイルにつながり、前記第３コイルに対して逆方向に磁束が生じる第４コイルとを有する、構成でもよい。

この構成では、第１コイル及び第３コイルを通る磁束方向と、第２コイル及び第４コイルを通る磁束の方向とが逆方向であるため、外部からの不要な磁界（例えば、電力伝送用コイル等が発生する磁界）が打ち消される（キャンセルされる）。このため、不要磁界による検出誤差を低減できる。

（４）前記第１コイル、前記第２コイル及び前記２次コイルは、それぞれが同方向に磁束が生じるように巻回された螺旋構造であってもよい。

この構成では、２次コイルを簡易な形状にできる。

（５）前記１次コイルのコイル開口と前記２次コイルのコイル開口とは、対向している構成でもよい。

この構成では、１次コイルと２次コイルとの磁界結合を強めることができる。

（６）前記電圧検出装置は絶縁体を備え、前記１次コイルと前記２次コイルとは、前記絶縁体内に設けられている構成でもよい。

この構成では、１次コイルと２次コイルとを一体形成できる。

（７）前記絶縁体は磁性体を含んでいてもよい。

この構成では、１次コイルと２次コイルとの磁界結合を高めることができる。また、１次コイルと２次コイルのインダクタンスを大きくすることができる。さらには、１次コイルと２次コイルの磁界を磁性体内部に閉じ込めることができる。

（８）前記絶縁体は非磁性体部を有し、前記非磁性体部は、前記１次コイルと前記２次コイルとの間に設けられていてもよい。

この構成では、１次コイルと２次コイルとの間に生じる容量を抑制できる。また、非磁性体部を設けることで、磁性体の磁束密度を弱めて、磁性体の磁気飽和を防止できる。

（９）前記電圧検出装置は、前記１次コイルと前記２次コイルとの間に設けられる静電遮蔽導体を備えていてもよい。

この構成では、１次コイルと２次コイルとの間に生じる容量が抑制される。

（１０）実装面に形成される実装電極を備え、前記２次コイルの前記第３端は、基準電位用の前記実装電極に接続されていてもよい。

この構成により、実装電極と２次コイルとの間に寄生する容量を低減でき、検出される電圧の誤差を低減できる。

また、この構成により、１次コイルの接続部（第１コイルと第２コイルとの接続部）の電位と２次コイルの第３端の電位がともに基準電位に近くなる。このため、第１コイルと第２コイルとの接続部と、２次コイルの第３端との間に生じる電位差は小さく、その結果、１次コイルと２次コイルとの不要な容量結合の影響は低減される。

（１１）本発明に係る電源装置は、交流電力出力部と、本発明の何れかの電圧検出装置とを備え、前記電圧検出装置は、前記１次コイルが前記交流電力出力部に接続されることを特徴とする。

この構成では、電源装置内の交流電圧を精度よく検出することができる。

（１２）前記交流電力出力部は平衡回路であってもよい。

この構成では、電源装置内の平衡線路間の交流電圧を精度よく検出することができる。

（１３）本発明は、交流電力出力部と、前記交流電力出力部に接続され、受電装置が有する受電結合部に対し電界又は磁界の少なくとも一方により結合する送電結合部を備え、電界結合又は磁界結合の少なくとも一方により、前記受電装置へ電力を送電する送電装置において、本発明の何れかの電圧検出装置を備え、前記電圧検出装置は、前記交流電力出力部から視て、前記１次コイルが、前記送電結合部を含む電力伝送線路に並列に接続されることを特徴とする。

この構成では、送電結合部に印加される交流電圧を精度よく検出することができる。

（１４）本発明は、交流電力出力部と、前記交流電力出力部に接続され、受電装置が有する受電コイルに対し磁界結合する送電コイルを備え、磁界結合により、前記受電装置へ電力を送電する送電装置において、前記送電コイルは、第１送電コイルと第２送電コイルとが直列接続されて形成され、前記第１送電コイルと前記第２送電コイルとの間に設けられたキャパシタと、本発明の何れかの電圧検出装置とを備え、前記電圧検出装置は、前記交流電力出力部から視て、前記インピーダンス素子に並列に接続されることを特徴とする。

この構成では、電圧検出装置の検出結果を、送電コイルに流れる電流として検出できる。すなわち、電圧検出装置を、電流検出装置として利用することができる。

本発明によれば、１次コイルと２次コイルとの容量結合による影響を抑制して、交流電圧を高精度で検出できる。

図１は、実施形態１に係る電圧検出装置の側面透視図である。 図２は、電圧検出装置の斜視図である。 図３は、平面視したときの積層体の実装面を示す透視図である。 図４は、積層体を平面視した場合の１次コイルを示す透視図である。 図５は、積層体を平面視した場合の引き回し電極を示す透視図である。 図６は、積層体を平面視した場合の２次コイルを示す透視図である。 図７は、１次コイルと２次コイルとに生じる磁束を説明する図である。 図８は、電圧検出装置の等価回路である。 図９は、実施形態２に係る積層体を平面視した場合の１次コイルを示す透視図である。 図１０は、積層体を平面視した場合の２次コイルを示す透視図である。 図１１は、１次コイルと２次コイルとに生じる磁束を説明する図である。 図１２は、実施形態３に係る電圧検出装置の斜視図である。 図１３は、電圧検出装置の側面透視図である。 図１４は、積層体を平面視した場合の１次コイルを示す透視図である。 図１５は、積層体を平面視した場合の２次コイルを示す透視図である。 図１６は、積層体を平面視した場合の静電遮蔽電極を示す透視図である。 図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は電圧検出装置の等価回路である。 図１８は、実施形態４に係る電力伝送システムの回路図である。 図１９は、実施形態５に係る電力伝送システムの回路図である。

以下に説明する本発明に係る電圧検出装置は、磁界結合する１次コイルと２次コイルとを備え、２次コイルに誘起される電圧を検出することで、１次コイルに印加される交流電圧を検出（算出）することができる。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る電圧検出装置１の側面透視した図（以下、透視図という）である。図１は、説明の都合上、一部を透過させた図である。図２は、電圧検出装置１の斜視図である。電圧検出装置１は積層体３０Ａを備えているが、図２では、積層体３０Ａの図示を省略している。

積層体３０Ａは、複数の絶縁体シートが積層され、焼結されてなる絶縁体である。複数の絶縁体シートは、後述の磁性体層及び非磁性体層を形成するためにフェライトシートであることが望ましい。積層体３０Ａは、非磁性体層３１Ａ、磁性体層３２Ａ、非磁性体層３３Ａ、磁性体層３４Ａ、非磁性体層３５Ａの順に積層されている。非磁性体層３１Ａ，３３Ａ，３５Ａは、例えば比透磁率μ_ｒ＝１である。非磁性体層３３Ａは、本発明に係る「非磁性体部」の一例である。磁性体層３２Ａ，３４Ａは、例えば比透磁率μ_ｒ＝１０〜２００である。電圧検出装置１は、積層体３０Ａの非磁性体層３１Ａの主面を実装面として、その実装面が基板（例えばマザー基板）側に向けられて、基板に実装される。なお、非磁性体層３１Ａ，３３Ａ，３５Ａは比透磁率μ_ｒ＝１の非磁性体だけでなく、磁性体層３２Ａ，３４Ａよりも低い透磁率（比透磁率）であれば、磁性体で形成されていてもよい。

積層体３０Ａは略直方体形状であって、積層方向から視た平面視で、短辺及び長辺からなる長方形状である。以下の説明において、その平面視で長方形の短辺に沿った方向をＸ方向、前記長方形の長辺に沿った方向をＹ方向、積層体３０Ａの積層方向（厚み方向）をＺ方向とする。また、Ｚ方向において、積層体３０Ａの実装面側（非磁性体層３１Ａ側）を下側とする。なお、以下で用いる平面視とは、Ｚ方向の上側から視た平面視を意味する。

図３は、積層体３０Ａの平面図である。図３は、積層体３０Ａの実装面を示す。実装面である非磁性体層３１Ａの下側主面には、実装電極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０が設けられている。

実装電極Ｐ１〜Ｐ１０は矩形状である。実装電極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４と実装電極Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８とは、それぞれＹ方向に沿って配列されている。また、実装電極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４と実装電極Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８とは、それぞれＸ方向に互いに対向している。また、実装電極Ｐ１，Ｐ９，Ｐ５と実装電極Ｐ４，Ｐ１０，Ｐ８とは、それぞれＸ方向に沿って配列されている。また、実装電極Ｐ１，Ｐ９，Ｐ５と実装電極Ｐ４，Ｐ１０，Ｐ８とは、それぞれＹ方向に互いに対向している。電圧検出装置１は、各実装電極Ｐ１〜Ｐ１０が、基板上の電極にはんだ等により接続されることで、基板に実装される。

電圧検出装置１は、積層体３０Ａ内に形成された１次コイル１０と２次コイル２０とを備えている。１次コイル１０（後述の第１コイル１１と第２コイル１２）と２次コイル２０とは、それぞれのコイル開口内部に生じる磁束が同一直線に沿うように、Ｚ方向に沿って並んで形成されている。１次コイル１０は、積層体３０ＡのＺ方向の上側に形成され、２次コイル２０は、積層体３０ＡのＺ方向の下側に形成されている。１次コイル１０のコイル開口と２次コイル２０のコイル開口とは互いに対向している。この構成により、１次コイル１０に交流電圧が印加されると、１次コイル１０のコイル開口に磁束が生じ、その磁束が２次コイル２０に鎖交して、１次コイル１０と２次コイル２０とは磁界結合する。

以下、１次コイル１０と２次コイル２０との具体的な構成について詳述する。

図４は、積層体３０Ａを平面視した場合の１次コイル１０を示す透視図である。１次コイル１０の構造について、図１〜図４を参照して詳述する。

１次コイル１０は、Ｙ方向に沿って配列された第１コイル１１と第２コイル１２とを有している。

第１コイル１１は、積層体３０Ａの各層に形成された導体パターンがビア導体を介して導通することで形成される。第１コイル１１は、Ｚ方向を巻回軸方向とし、Ｚ方向の上側から下側に向かって、図４の実線矢印で示すように、平面視で時計回りに巻回された螺旋構造である。なお、第１コイル１１の巻回軸はＺ方向と完全に一致していなくてもよく、第１コイル１１の巻回軸はＺ方向に対して傾斜していてもよい。

第２コイル１２は、積層体３０Ａの各層に形成された導体パターンがビア導体を介して導通することで形成される。第２コイル１２は、Ｚ方向を巻回軸方向とし、Ｚ方向の上側から下側に向かって、図４の破線矢印で示すように、平面視で時計回りに巻回された螺旋構造である。すなわち、第１コイル１１と第２コイル１２とは、平面視で同方向に巻回された構造である。なお、第２コイル１２の巻回軸はＺ方向と完全に一致していなくてもよく、第２コイル１２の巻回軸はＺ方向に対して傾斜していてもよい。

Ｚ方向の下側に位置する第１コイル１１の下端部と、同じくＺ方向の下側に位置する第２コイル１２の下端部とは接続されている。以下、第１コイル１１と第２コイル１２との接続部分を、接続部１０Ａ（図１参照）という。すなわち、１次コイル１０は、第１コイル１１と、第２コイル１２とが直列接続された構成であって、Ｚ方向の上側に位置する第１コイル１１の上側端部１１Ａを１次コイル１０の第１端とし、同じくＺ方向の上側に位置する第２コイル１２の上側端部１２Ａを１次コイル１０の第２端としている。そして、１次コイル１０は、接続部１０Ａが、１次コイル１０のうちＺ方向において最も下側（２次コイル２０側）に位置するように形成されている。

なお、本実施形態では、第１コイル１１と第２コイル１２とは、同じコイル径、同じ巻回数で構成されている。

第１コイル１１及び第２コイル１２は、図１に示すように、大部分が磁性体層３４Ａ内に形成されていて、下側の一部のみが非磁性体層３３Ａ内に形成されている。磁性体層３４Ａ内に第１コイル１１及び第２コイル１２の大部分を形成することで、１次コイル１０から生じる磁束を強めることができる。また、１次コイル１０の磁路の途中に非磁性体層３３Ａを設けることにより、磁性体層３４Ａ内の磁束密度が弱められるため、磁性体層３４Ａの磁気飽和を抑制できる。

１次コイル１０は、その一端（第１コイル１１の上側端部１１Ａ。以下、「第１端」と言う。）が、ビア導体４１を介して引き回し電極５１に接続され、その他端（第２コイル１２の上側端部１２Ａ。以下、「第２端」と言う。）が、ビア導体４２を介して引き回し電極５２に接続されている。引き回し電極５１，５２は、磁性体層３２Ａの下側主面（又は非磁性体層３１Ａの上側主面）に形成されている。

本発明の「１次コイル」とは、磁界の形成に寄与する導体部分を言う。「１次コイル」には、積層体３０Ａの各層に形成された導体パターンと、上記導体パターン同士を接続するビア導体と、を含む。なお、実装電極、引き回し電極、実装電極と引き回し電極との間を接続するビア導体、引き回し電極と上記導体パターンとの間を接続するビア導体は、「１次コイル」には含まない。

図５は、積層体３０Ａを平面視した場合の引き回し電極を示す透視図である。磁性体層３２Ａの下側主面には、引き回し電極５１，５２，５３，５４，５５が設けられている。

引き回し電極５１，５２，５３，５４は、Ｚ方向において、積層体３０Ａの実装面に形成された実装電極Ｐ１，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ８と重なる位置に形成されている。そして、引き回し電極５１，５２，５３，５４は、ビア導体６１，６２，６３，６４により、実装電極Ｐ１，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ８に接続されている。

すなわち、１次コイル１０の第１端及び第２端は、ビア導体４１，４２、引き回し電極５１，５２、ビア導体６１，６２を介して、実装電極Ｐ１，Ｐ４に接続される。実装電極Ｐ１，Ｐ４に交流電圧が印加されると、１次コイル１０に電流が流れ、第１コイル１１及び第２コイル１２にはＺ方向の磁界が発生する。第１コイル１１により生じる磁界の方向と、第２コイル１２により生じる磁界の方向とは、Ｚ方向において互いに逆である。

なお、引き回し電極５５は、ビア導体６５，６６，６７，６８，６９，７０を介して、実装電極Ｐ２，Ｐ３，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ９，Ｐ１０に接続されている。本実施形態では、実装電極Ｐ２，Ｐ３，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ９，Ｐ１０はダミー電極である。なお、実装電極Ｐ２，Ｐ３，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ９，Ｐ１０は電位を定めるために電圧検出装置１が接続される回路の基準電位に接続することが望ましい。その場合には、ダミー電極と１次コイルとの間、またはダミー電極と２次コイルとの間に寄生する容量を低減でき、検出される電圧の誤差を低減できる。

図６は、積層体３０Ａを平面視した場合の２次コイル２０を示す透視図である。２次コイル２０の構造について、図１〜図３、図５及び図６を参照して詳述する。

２次コイル２０は、積層体３０Ａの各層に形成された導体パターンがビア導体を介して導通することで形成される。積層体３０Ａの各層に形成されている導体パターン（例えば、図６の導体パターン２０Ａ）は、Ｙ方向に沿って２つのコイル開口が形成されるように引き回されている。この導体パターンは、平面視で、略∞形状であって、平面視で巻回方向が互いに逆方向となる２つのコイルが積層体３０Ａの同一層に形成されるように引き回されている。言い換えると、この導体パターンは、平面視で、２つのコイルの中点に関しておよそ点対称な形状となっている。また、この導体パターンは略Ｓ字形状ともいえる。この導体パターンが積層体３０Ａの各層に形成され、ビア導体で接続されることで、平面視で巻回方向が互いに逆方向となる第３コイル２１と第４コイル２２とを有する２次コイル２０が形成される。

本実施形態では、第３コイル２１は、平面視で、巻回方向を時計回りとする構造である。第４コイル２２は、平面視で、巻回方向を反時計回りとする構造である。また、第３コイル２１は、そのコイル開口が１次コイル１０の第１コイル１１のコイル開口と平面視で重なっている。第４コイル２２は、そのコイル開口が１次コイル１０の第２コイル１２のコイル開口と平面視で重なっている。

なお、第１コイル１１と第３コイル２１とはコイル径が同じでなくてもよい。例えば、平面視で、第１コイル１１及び第３コイル２１のいずれか一方のコイル開口内に他方が収まるような構成でもよい。また、第１コイル１１のコイル開口と、第３コイル２１のコイル開口とは、一部のみが平面視で互いに重なっていればよい。同様に、第２コイル１２と第４コイル２２とはコイル径が同じでなくてもよい。また、第２コイル１２のコイル開口と、第４コイル２２のコイル開口とは、一部のみが平面視で互いに重なっていればよい。

２次コイル２０は、Ｚ方向の上側と下側とに端部を有し、その一端（上側端部２０Ｕ。以下、「第３端」と言う。）が、ビア導体４３を介して引き回し電極５３に接続され、その他端（下側端部２０Ｄ。以下、「第４端」と言う。）が、ビア導体４４（図２参照）を介して引き回し電極５４に接続されている。引き回し電極５３，５４は、図５で説明したように、ビア導体６３，６４を介して、実装電極Ｐ５，Ｐ８に接続されている。すなわち、２次コイル２０の第３端及び第４端は、ビア導体４３，４４、引き回し電極５３，５４及びビア導体６３，６４を介して、実装電極Ｐ５，Ｐ８に接続されている。

本発明の「２次コイル」とは、磁界の形成に寄与する導体部分を言う。「２次コイル」には、積層体３０Ａの各層に形成された導体パターンと、上記導体パターン同士を接続するビア導体と、を含む。なお、実装電極、引き回し電極、実装電極と引き回し電極との間を接続するビア導体、引き回し電極と上記導体パターンとの間を接続するビア導体は、「２次コイル」には含まない。

実装電極Ｐ５に接続される２次コイル２０は、上側端部２０Ｕ（第３端）において１次コイル１０に最も近接している。電圧検出装置１を基板に実装する際、実装電極Ｐ５が、電圧検出装置１が接続される回路の基準電位に接続されるようにする。そうすると、上側端部２０Ｕの電位は基準電位に近くなる。その結果、電圧検出装置１は、１次コイル１０の接続部１０Ａの電位と上側端部２０Ｕの電位がともに基準電位に近くなる。

１次コイル１０に交流電圧が印加された場合、第１コイル１１と第２コイル１２とは略同特性であるため、接続部１０Ａは交流電圧の中点となり、電位変動は小さい。また、上側端部２０Ｕは基準電位に近い。このため、接続部１０Ａと２次コイル２０の上側端部２０Ｕとの間に生じる電位差は小さく、接続部１０Ａと２次コイル２０の上側端部２０Ｕとの間に形成される容量による影響は小さい。その結果、１次コイル１０と２次コイル２０との間の不要な容量を介して流れる漏れ電流が小さく、１次コイル１０と２次コイル２０との不要な容量結合による影響は低減される。

２次コイル２０は、図１に示すように、大部分が磁性体層３２Ａ内に形成されていて、上側の一部のみが非磁性体層３３Ａ内に形成されている。磁性体層３２Ａ内に２次コイル２０の大部分を形成することで、２次コイル２０を鎖交する磁束が強められる。このため、２次コイルのインダクタンスを大きくすることができる。また、２次コイルの磁路の途中に非磁性体層３３Ａを設けることにより、磁性体層３２Ａ内の磁束が弱められるため、磁性体層３２Ａの磁気飽和を抑制できる。

図７は、１次コイル１０と２次コイル２０とに生じる磁束を説明する図である。図７は、実装電極Ｐ１，Ｐ４間に交流電圧が印加され、実装電極Ｐ１側の電位が高い場合、すなわち、実装電極Ｐ１から実装電極Ｐ４へ電流が流れる例を示す。

この場合、１次コイル１０の第１コイル１１には、上側端部１１Ａ（図１参照）から下側の接続部１０Ａ（図１参照）に向かって電流が流れる。このときの電流の流れる方向は、図４の平面視で時計回り（図４の実線矢印方向）である。したがって、第１コイル１１には、図７に示すように、Ｚ方向の上側から下側に向かう磁束が生じる。

１次コイル１０の第２コイル１２には、下側の接続部１０Ａ（図１参照）から上側端部１２Ａ（図１参照）に向かって電流が流れる。このときの電流の流れる方向は、図４の平面視で反時計回り（図４の破線矢印方向の逆方向）である。したがって、第２コイル１２には、図７に示すように、Ｚ方向の下側から上側に向かう磁束が生じる。

第１コイル１１と対向する第３コイル２１には、Ｚ方向の上側から下側に向かう磁束が鎖交する。第２コイル１２と対向する第４コイル２２には、Ｚ方向の下側から上側に向かう磁束が鎖交する。２次コイル２０を構成する導体パターン（例えば、図６の導体パターン２０Ａ）は、平面視で巻回方向が互いに逆方向となるコイルが形成されるように引き回されている。このため、第１コイル１１と第２コイル１２とに、互いに逆方向の磁束が鎖交した場合、２次コイル２０の各導体パターンには、第１コイル１１と第２コイル１２との接続により、第１コイル１１及び第２コイル１２には互いに加算する方向の誘導起電力が生じ、互いに強めあう方向の電流が流れる。

例えば、図６の導体パターン２０Ａの場合、第３コイル２１側には、図６の実線矢印方向の電流が流れ、第４コイル２２側には、図６の破線矢印方向の電流が流れる。したがって、第３コイル２１と第４コイル２２とに磁束が鎖交することで流れようとする電流は打ち消し合わず、１次コイル１０と２次コイル２０とは磁界結合する。

また、電圧検出装置１の構成では、図７に示すように、１次コイル１０の第１コイル１１と第２コイル１２とでは、Ｚ方向に沿って互いに逆方向の磁束が生じるため、電圧検出装置１の外部に不要な磁界を生じさせず、ノイズの発生源となり難い。また、外部からの不要な一様な方向の磁界（例えば、電力伝送用コイル等が発生する磁界）により１次コイル１０の第１コイル１１と第２コイル１２に生じる誘導起電力及び誘導電流は互いに打ち消される（キャンセルされる）ため、不要磁界による検出誤差を低減できる。

図８は、電圧検出装置１の等価回路である。

実装電極Ｐ１，Ｐ４に交流電圧が印加されると、１次コイル１０に磁束が生じる。その磁束が、図７で説明したように２次コイル２０に鎖交して、２次コイル２０に電圧が誘起される。この誘起された電圧を検出することで、１次コイル１０に印加された交流電圧を検出（算出）できる。前記のように、本実施形態では、１次コイル１０と２次コイル２０との不要な容量結合による影響は小さい。このため、電圧検出を行う際に、容量結合による影響が小さく、電圧検出を精度よく行える。

以上説明したように、本実施形態に係る電圧検出装置１は、第１コイル１１と第２コイル１２との接続部１０Ａが、１次コイル１０において、２次コイル２０に最も近い位置にある。また、電圧検出装置１は、２次コイル２０において、上側端部２０Ｕ（第３端）が、１次コイル１０に最も近い位置にある。これにより、２次コイル２０の上側端部２０Ｕを基準電位に接続することで、接続部１０Ａと２次コイル２０の上側端部２０Ｕとの間に生じる電位差は小さく、接続部１０Ａと上側端部２０Ｕとの間に形成される容量の影響を小さくできる。そして、１次コイル１０と２次コイル２０との容量結合の影響を抑制できる。このため、電圧検出装置１を用いて電圧検出を行う場合、容量結合の影響を軽減した電圧検出を行える。

また、１次コイル１０と２次コイル２０とを積層体３０Ａ内に積層して一体形成しているため、電圧検出装置１の小型化を実現できる。そして、各コイルの巻線の位置関係のばらつきを抑えられるため、コイルの特性の偏差を小さくできる。

なお、本実施形態では、第１コイル１１と第２コイル１２とは同じコイル径および同じ巻回数である例を示しているが、コイル径又は巻回数が異なっていてもよい。

（実施形態２）
実施形態２に係る電圧検出装置２は、実施形態１で説明した積層体３０Ａ（図１参照）を備えている。その積層体３０Ａ内には、１次コイルと２次コイルとがＺ方向に並んで形成されている。その１次コイルと２次コイルとの構成が、実施形態１に係る電圧検出装置１と相違する。以下、その相違点について説明する。実施形態１と同じ部材については、同符号を付して説明は省略する。また、Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向については、実施形態１と同じである。

図９は、実施形態２に係る積層体３０Ａを平面視した場合の１次コイル１０１を示す透視図である。

１次コイル１０１は、Ｙ方向に沿って配列された第１コイル１１１と第２コイル１２１とを有している。第１コイル１１１及び第２コイル１２１は、いずれも積層体３０Ａの各層に形成された導体パターンがビア導体を介して導通することで形成される。

第１コイル１１１は、Ｚ方向を巻回軸方向とし、Ｚ方向の上側から下側に向かって、図９の実線矢印で示すように、平面視で時計回りに巻回された螺旋構造である。なお、第１コイル１１１の巻回軸はＺ方向と完全に一致していなくてもよく、第１コイル１１１の巻回軸はＺ方向に対して傾斜していてもよい。

第２コイル１２１は、Ｚ方向を巻回軸方向とし、Ｚ方向の上側から下側に向かって、図９の破線矢印で示すように、平面視で反時計回りに巻回された螺旋構造である。すなわち、第１コイル１１１と第２コイル１２とは、平面視で逆方向に巻回された構造である。なお、第２コイル１２１の巻回軸はＺ方向と完全に一致していなくてもよく、第２コイル１２１の巻回軸はＺ方向に対して傾斜していてもよい。

Ｚ方向の下側に位置する第１コイル１１１の下端部と、同じくＺ方向の下側に位置する第２コイル１２１の下端部とは、接続されている。すなわち、１次コイル１０１は、第１コイル１１１と、第２コイル１２１とが直列接続された構成であって、Ｚ方向の上側に位置する第１コイル１１１の上側端部１１１Ａを１次コイル１０１の第１端とし、同じくＺ方向の上側に位置する第２コイル１２１の上側端部１２１Ａを１次コイル１０１の第２端としている。そして、１次コイル１０１は、第１コイル１１１と、第２コイル１２１との接続部がＺ方向において最も下側（２次コイル側）に位置するように形成されている。

なお、実施形態１と同様、１次コイル１０１の第１端（上側端部１１１Ａ）及び第２端（上側端部１２１Ａ）は、ビア導体４１，４２を介して、引き回し電極５１，５２に接続されている。引き回し電極５１，５２は、図５で説明したように、ビア導体６１，６２を介して、実装電極Ｐ１，Ｐ４に接続されている。

また、本実施形態では、第１コイル１１１と第２コイル１２１とは、同じコイル径、同じ巻回数で構成されている。

図１０は、積層体３０Ａを平面視した場合の２次コイル２０１を示す透視図である。

２次コイル２０１は、積層体３０Ａの各層に形成された導体パターンがビア導体により導通されて形成されている。積層体３０Ａの各層に形成されている導体パターンは、１つのコイル開口が形成されるように引き回されている。この導体パターンが積層体３０Ａの各層に形成され、ビア導体で接続されることで、図１０の矢印で示すように、Ｚ方向の上側から下側に向かって、平面視で、第１コイル１１１と同じ巻回方向に巻回された２次コイル２０１が形成される。

２次コイル２０１の上側端部２０１Ｕ（第３端）は、ビア導体４３を介して引き回し電極５３に接続され、２次コイル２０１の下側端部２０１Ｄ（第４端）は、ビア導体４４を介して引き回し電極５４に接続されている。引き回し電極５３，５４は、図５で説明したように、ビア導体６３，６４を介して、実装電極Ｐ５，Ｐ８に接続されている。すなわち、２次コイル２０１の第３端及び第４端は、実施形態１と同様に、実装電極Ｐ５，Ｐ８（図３参照）に接続されている。

本実施形態の場合であっても、実施形態１と同様に、実装電極Ｐ５を基準電位に接続すると、２次コイル２０１の上側端部２０１Ｕ（第３端）の電位は基準電位に近くなる。その結果、電圧検出装置２は、第１コイル１１１と第２コイル１２１との接続部の電位と２次コイル２０１の上側端部２０１Ｕの電位がともに基準電位に近くなる。このため、第１コイル１１１と第２コイル１２１との接続部と、２次コイル２０１の上側端部２０１Ｕとの間に生じる電位差は小さく、その接続点と２次コイル２０１の上側端部２０１Ｕとの間に形成される容量による影響は小さい。その結果、１次コイル１０１と２次コイル２０１との不要な容量結合の影響は低減される。

また、本実施形態では図示しないが、１次コイル１０１及び２次コイル２０１は、それぞれ大部分が積層体３０Ａの磁性体層３２Ａ，３４Ａ（図１参照）内に形成されていることが好ましい。これにより、１次コイル及び２次コイルのインダクタンスを大きくすることができる。また、１次コイルの磁路の途中、および２次コイルの磁路の途中に非磁性体層３３Ａ（図１参照）を設けることにより、磁性体層３２Ａ，３４Ａ内の磁束密度が弱められるため、磁性体層３２Ａ，３４Ａの磁気飽和を抑制できる。

図１１は、１次コイル１０１と２次コイル２０１とに生じる磁束を説明する図である。図１１は、実装電極Ｐ１，Ｐ４間に交流電圧が印加され、実装電極Ｐ１側の電位が高い場合、すなわち、実装電極Ｐ１から実装電極Ｐ４へ電流が流れる例を示す。

この場合、１次コイル１０の第１コイル１１１には、上側端部１１１Ａ（図９参照）から下側に向かって電流が流れる。その電流の流れる方向は、図９の平面視で時計回り（図９の実線矢印方向）である。したがって、第１コイル１１１には、図１１に示すように、Ｚ方向の上側から下側に向かう磁束が生じる。

１次コイル１０１の第２コイル１２１には、下側から上側端部１２１Ａ（図９参照）に向かって電流が流れる。この電流の流れる方向は、図９の平面視で時計回り（図９の破線矢印方向の逆方向）である。したがって、第２コイル１２には、図１１に示すように、Ｚ方向の上側から下側に向かう磁束が生じる。

第１コイル１１１及び第２コイル１２１と対向する２次コイル２０１には、Ｚ方向の上側から下側に向かう磁束が鎖交する。このため、２次コイル２０１には、Ｚ方向の上側端部２０１Ｕから下側端部２０１Ｄに向かって、図１０の平面視で反時計回り（図１０の矢印方向の反対方向）に電流が流れる。

このように、本実施形態に係る電圧検出装置２が前記構成であっても、１次コイル１０１と２次コイル２０１とが磁界結合するため、２次コイル２０１に誘起された電圧を検出することで、１次コイル１０１に印加された交流電圧を検出（算出）できる。そして、第１コイル１１１と第２コイル１２１との接続部と、２次コイル２０１の上側端部２０１Ｕ（第３端）との間に生じる電位差は小さく、１次コイル１０１と２次コイル２０１との不要な容量結合の影響を低減できるため、電圧検出装置を用いて電圧検出を行う場合、その容量結合の影響を軽減した電圧検出を行える。また、本実施形態では、２次コイル２０１の構成が、実施形態１と比べて簡易であるため、製造が容易となる。本実施形態に係る電圧検出装置２は、実施形態１の電圧検出装置１とは異なり、１次コイル１０１の第１コイル１１１及び第２コイル１２１を鎖交する磁束は生じ難い。また、２次コイル２０１は１つのみである。つまり、１次コイル１０１に発生する磁束は一方向のみであり、２次コイル２０１に発生する磁束も一方向のみであるため、１次コイル１０１及び２次コイル２０１を鎖交する磁束が生じやすい。よって、１次コイル１０１に流れる電流より発生して２次コイル２０１には鎖交しない漏れ磁束、及び、２次コイル２０１に流れる電流より発生して１次コイル１０１には鎖交しない漏れ磁束が生じにくくなり、１次コイル１０１と２次コイル２０１との結合係数が大きくなる。

なお、本実施形態では、２次コイル２０１のコイル径は、１次コイル１０１の第１コイル１１１及び第２コイル１２１のＹ方向のコイル径の合計と同じとしてもよいし、その合計よりも大きくてもよい。２次コイル２０１のコイル径が、第１コイル１１１及び第２コイル１２１のＹ方向のコイル径の合計よりも大きい場合、平面視で、２次コイル２０１のコイル開口内に、第１コイル１１１及び第２コイル１２１が収まる構成にできる。この場合には、２次コイル２０１の上側の導体パターンと、１次コイル１０１の下側の導体パターンとを、積層体３０Ａの同一層に形成する構成であってもよい。

また、本実施形態では、２次コイル２０１は、Ｚ方向に平面視したとき、積層体３０Ａの各層に形成された導体パターンは１つのコイル開口のみが形成されているが、Ｙ方向に沿って２つのコイル開口が形成されるように引き回されていてもよい。その導体パターンは、平面視で、２つのコイルの間に位置する直線に関しておよそ線対称な形状であって、平面視で巻回方向が互いに逆方向となる２つのコイルが積層体３０Ａの同一層に形成されるように引き回される。この導体パターンが積層体３０Ａの各層に形成され、ビア導体で接続されることで、平面視で巻回方向が互いに逆方向となる第３コイルと第４コイルとを有する２次コイル２０が形成される。

（実施形態３）
本実施形態に係る電圧検出装置は、実施形態１に係る電圧検出装置１の構成に加え、１次コイル１０と２次コイル２０との間に静電遮蔽電極が設けられている点で、実施形態１と相違する。以下、その相違点について説明する。実施形態１と同じ部材については、同符号を付して説明は省略する。

図１２は、実施形態３に係る電圧検出装置３の斜視図である。図１３は、電圧検出装置３の側面透視図である。図１４は、積層体３０Ｂを平面視した場合の１次コイル１０を示す透視図である。図１５は、積層体３０Ｂを平面視した場合の２次コイル２０を示す透視図である。図１６は、積層体３０Ｂを平面視した場合の静電遮蔽電極８１，８２を示す透視図である。図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は電圧検出装置３の等価回路である。

なお、図１２は、図２の斜視図に相当し、一部の部材は図示を省略している。また、電圧検出装置３は積層体３０Ｂを備えているが、図１２では、その積層体３０Ｂは図示を省略している。また、積層体３０Ｂは、実施形態１の積層体３０Ａと略同形状であって、Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向については、実施形態１と同じである。

積層体３０Ｂは、複数の絶縁体シートが積層され、焼結されてなる絶縁体である。複数の絶縁体シートは、後述の磁性体層及び非磁性体層を形成するためにフェライトシートであることが望ましい。積層体３０Ｂは、非磁性体層３１Ｂ、磁性体層３２Ｂ、非磁性体層３３Ｂ、磁性体層３４Ｂ、非磁性体層３５Ｂの順に積層されている。電圧検出装置３は、積層体３０Ｂの非磁性体層３１Ｂの主面を実装面として、その実装面を基板（例えばマザー基板）側に向けて、基板に実装される。積層体３０Ｂの実装面に設けられる実装電極は、実施形態１と同様である（図３参照）。非磁性体層３３Ｂは、本発明に係る「非磁性体部」の一例である。

電圧検出装置３は、積層体３０Ｂ内に形成された１次コイル１０と２次コイル２０とを備えている。１次コイル１０及び２次コイル２０は実施形態１と同じである。１次コイル１０と２次コイル２０とは、積層体３０Ｂの磁性体層３２Ｂ，３４Ｂに形成されているため、２次コイルのインダクタンスを大きくすることができる。また、１次コイルの磁路の途中、および２次コイルの磁路の途中に非磁性体層３３Ｂが設けられていることにより、磁性体層３２Ｂ，３４Ｂ内の磁束密度が弱められるため、磁気飽和を抑制できる。

電圧検出装置３は、非磁性体層３３Ｂ内であって、１次コイル１０と２次コイル２０との間に設けられた静電遮蔽電極８１，８２を備えている。静電遮蔽電極８１，８２は、本発明に係る「第１静電遮蔽導体」及び「第２静電遮蔽導体」の一例である。静電遮蔽電極８１，８２は、間にギャップを設けて、Ｘ方向に沿って対向配置されている。また、静電遮蔽電極８１，８２は、１次コイル１０、２次コイル２０を形成する導体パターンと略同じ線幅を有し、２つの開口を形成している。２つの開口はそれぞれ、１次コイル１０の第１コイル１１及び第２コイル１２のコイル開口と、２次コイル２０の第３コイル２１及び第４コイル２２のコイル開口と略同じである。静電遮蔽電極８１は、第１コイル１１と第３コイル２１とに対向し、第２コイル１２と第４コイル２２とに対向する。また、静電遮蔽電極８２は、第１コイル１１と第３コイル２１とに対向し、第２コイル１２と第４コイル２２とに対向する。

積層体３０Ｂの側面には、側面ビア導体８１Ａ，８２Ａが形成されている。静電遮蔽電極８１，８２は、側面ビア導体８１Ａ，８２Ａに接続されている。側面ビア導体８１Ａ，８２Ａは引き回し電極５５に接続されている。実施形態１で説明したように、引き回し電極５５は、ビア導体６５，６６，６７，６８，６９，７０（図５参照）を介して、実装電極Ｐ２，Ｐ３，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ９，Ｐ１０（図３参照）に接続されている。

本実施形態では、実装電極Ｐ２，Ｐ３，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ９，Ｐ１０は基準電位に接続される。この基準電位は、図１７（Ａ）に示すように、２次コイル２０の上側端部２０Ｕ（第３端）、すなわち、実装電極Ｐ５が接続される基準電位である。この場合、静電遮蔽電極８１，８２は、電圧検出装置３の２次側（２次コイル２０側）が接続される基準電位に接続される。

なお、図１７（Ｂ）に示すように、静電遮蔽電極８１，８２は、１次コイル１０の第１コイル１１と第２コイル１２との接続部１０Ａに接続されていてもよい。接続部１０Ａは交流電圧の中点であり、電位の変動が小さいため、これに接続される静電遮蔽電極８１，８２の電位も安定する。

このように形成された静電遮蔽電極８１，８２が、１次コイル１０と２次コイル２０との間に設けられることで、１次コイル１０と２次コイル２０との間に生じる不要な容量を遮蔽することができる。不要な容量結合の影響が抑えられることで、電圧検出装置３を用いた電圧検出の際、不要な容量結合が原因となる検出誤差を低減でき、精度よく電圧検出を行える。

また、静電遮蔽電極８１，８２は非磁性体層３３Ｂ内に形成されているため、静電遮蔽電極８１，８２の周囲の透磁率は低く、静電遮蔽電極８１，８２近傍の磁束密度は小さい。したがって、静電遮蔽電極８１，８２のインダクタンス成分を低減でき、静電遮蔽電極８１，８２の各部の間の電位差を低減することができる。さらに、静電遮蔽電極８１，８２周りの磁気飽和を防止できる。

さらに、静電遮蔽電極８１，８２が形成する開口によって、１次コイル１０及び２次コイル２０に鎖交する磁束を通過しやすくすることが好ましい。また、静電遮蔽電極８１，８２は開口を形成しているが、間にギャップを設けることが好ましい。それにより、静電遮蔽電極８１，８２が形成する開口は閉ループとならない。これにより、静電遮蔽電極８１，８２と１次コイル１０、または静電遮蔽電極８１，８２と２次コイル２０との磁界結合が抑制されるため、１次コイル１０と２次コイル２０との磁界結合が阻害されることを防止される。なお、１次コイル１０と２次コイル２０との間の全ての領域の静電遮蔽効果高めるために、静電遮蔽電極は、ギャップが設けられた複数の電極のギャップ同士が重ならないように多層状に形成されていてもよい。

さらに、静電遮蔽電極８１，８２は、積層体３０Ｂから露出するように側面ビア導体８１Ａ，８２Ａを介して引き回し電極５５に接続することが好ましい。このため、積層体３０Ｂ内の磁性体層によるビア導体のインダクタンスの上昇を抑制し、静電遮蔽電極８１，８２のインダクタンス成分を小さくできる。これにより、静電遮蔽電極８１，８２のインダクタンスによる静電遮蔽電極８１，８２の各部の間の電位変動を低減することができる。特に、１次コイル１０及び２次コイル２０に流れる電流が高周波で、静電遮蔽電極８１，８２に生じるインダクタンスが無視できない場合に有効である。

また、本実施形態は、実施形態１と同様に、１次コイル１０と２次コイル２０との容量結合を抑制できる。このため、電圧検出装置３を用いて電圧検出を行う場合、容量結合の影響を軽減した電圧検出を行える。また、１次コイル１０と２次コイル２０とを積層体３０Ｂ内に積層して一体形成しているため、電圧検出装置１の小型化を実現できる。そして、各コイルの巻線配置が略一定であるため、コイルの特性の偏差を小さくできる。

以上の電流検出装置の各実施形態において、積層体３０Ａや３０Ｂの各層に形成された１次コイル及び２次コイルの各導体パターンは、各層あたりの巻回数が複数回でもよい。例えば、１回巻きだけでなく、２回巻きや３回巻きでもよい。また、各層あたりの巻回数が整数回である必要は無い。例えば、１／２回巻きや７／３回巻き等の非整数でもよい。

（実施形態４）
実施形態４では、実施形態１に係る電圧検出装置１を用いて、電力伝送ライン間の電位差を測定する電力伝送システムについて説明する。

図１８は、実施形態４に係る電力伝送システム３００Ａの回路図である。電力伝送システム３００Ａは、実施形態１に係る電圧検出装置１を有する送電装置３０１Ａと、受電装置３０２Ａとを備えている。送電装置３０１Ａは、本発明に係る「電源装置」の一例でもある。

受電装置３０２Ａは負荷回路３２１を備えている。この負荷回路３２１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３０２Ａに対し着脱式であってもよい。そして、受電装置３０２Ａ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。送電装置３０１Ａは、載置された受電装置３０２Ａの二次電池を充電するための充電台である。

送電装置３０１Ａ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、インバータ回路３１０及び送電共振結合部３１１が順次接続されている。

インバータ回路３１０は直流電圧を交流電圧に変換する。インバータ回路３１０は、不図示の制御部により、所定のスイッチング周波数（例えば、ＩＳＭ帯の６．７８ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚなどの高周波）でスイッチング制御される。なお、インバータ回路３１０には、高調波成分、電力伝送周波数より高い高周波成分を除去するフィルタ回路が含まれる場合がある。インバータ回路３１０は、本発明に係る「交流電力出力部」の一例である。

インバータ回路３１０の入力側は送電装置３０１Ａの基準電位に接続され、出力側は基準電位に接続されていない。すなわち、インバータ回路３１０と送電共振結合部３１１とを接続する電力伝送ラインは、差動線路である。このため、インバータ回路３１０は、本発明に係る「平衡回路」の一例でもある。

送電共振結合部３１１は、１次コイルＮ１及びキャパシタＣ４１，Ｃ４２を含む。１次コイルＮ１は、本発明に係る「送電結合部」及び「送電コイル」の一例である。

受電装置３０２Ａは受電共振結合部３２２を備えている。受電共振結合部３２２は、２次コイルＮ２及びキャパシタＣ５を含む。２次コイルＮ２は、送電装置３０１Ａの送電共振結合部３１１の１次コイルＮ１と磁界結合する。この結合を介して、送電装置３０１Ａから受電装置３０２Ａへワイヤレスで電力が伝送される。２次コイルＮ２は、本発明に係る「受電結合部」及び「受電コイル」の一例である。

なお、送電共振結合部３１１及び受電共振結合部３２２は、それぞれの共振周波数が、インバータ回路３１０のスイッチング周波数の近傍になるよう、共振回路の定数が設定される。

受電共振結合部３２２には受電回路３２０が接続されている。受電回路３２０は、２次コイルＮ２に誘起された電圧を整流及び平滑し、安定化された所定電圧に変換して、負荷回路３２１へ供給する。

送電装置３０１Ａにおいて、インバータ回路３１０の出力側には、実施形態１で説明した電圧検出装置１が設けられている。電圧検出装置１は、インバータ回路３１０と送電共振結合部３１１とを接続する電力伝送ラインの電位差（差動電圧）を検出する。電力伝送ラインの電位差を検出することで、例えば、送電共振結合部３１１側の異常状態（送電装置３０１Ａに異物が載置されているか等）を判定できる。そして、その判定結果に応じて、伝送電力を低下させ、又は、電力伝送動作を停止させる。

電力伝送ライン間には、キャパシタＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３の直列回路が接続されている。キャパシタＣ１１，Ｃ１３は分圧回路である。分圧回路は抵抗分圧回路であってもよい。キャパシタＣ１２には、電圧検出装置１の１次コイル１０が並列接続されている。キャパシタＣ１２と１次コイル１０とは、１次側共振回路を構成している。

電圧検出装置１の２次コイル２０には、キャパシタＣ２が並列接続されている。２次コイル２０とキャパシタＣ２とは、２次側共振回路を構成している。２次側共振回路には、ダイオードＤ１及びキャパシタＣ３の整流平滑回路が接続されている。電圧検出装置１の２次側は、送電装置３０１Ａの基準電位に接続されている。

電圧検出装置１の１次コイル１０に、電力伝送ラインの交流電圧が印加されると、２次コイル２０に電圧が誘起される。その誘起された電圧は、整流平滑回路により整流平滑され、負荷Ｒ１へ印加される。不図示の制御部により、負荷Ｒ１の両端電圧を検出することで、電力伝送ライン間の差動電圧（交流電圧）の大きさを検出することができる。

なお、ここでいう交流電圧の大きさは、振幅、実効値（ｒｍｓ）等である。制御部では、電力伝送ライン間の差動電圧と負荷Ｒ１との両端電圧の相関関係を、適宜利用して、補正・換算を行い処理する。

このように、本実施形態では、電力伝送ライン間の差動電圧の検出に、電圧検出装置１を用いている。電圧検出装置１は、実施形態１で説明したように、１次コイル１０と２次コイル２０との間の不要な容量結合を抑えることができる。このため、１次側共振回路及び２次側共振回路間の寄生容量が低く、共振回路間を分離、絶縁することができる。その結果、電圧検出装置１の２次側共振回路側（負荷Ｒ１側）を電力伝送ラインから分離できるため、電力伝送ラインの差動電圧が非対称（不平衡）となっても、又は、キャパシタＣ１１，Ｃ１３による分圧比がアンバランスとなっても、絶縁分離された電圧検出装置１の２次側共振回路側では、基準電位に対する電圧として精度よく電圧検出を行える。

なお、前記１次側共振回路及び２次側共振回路の共振周波数は、電力伝送ラインに生じる交流電圧の周波数と一致するよう設定されている。ここで、「一致する」とは、完全一致に限らない。２つの共振回路の共振周波数と、交流電圧の周波数とが近い場合、電圧検出感度は増大する。この電圧検出感度は、２つの共振回路を用いない場合と比べて約２倍となることが好ましい。詳しくは、２つの共振回路の共振周波数は、交流電圧の周波数に対して±２５％の範囲内に含まれていることが好ましく、この場合、二つの周波数は「一致する」ものとみなす。

１次側共振回路及び２次側共振回路は、電力伝送ラインに生じる交流電圧の周波数と一致するように定数設定されることで、結合共振（複合共振）する。複合共振させて、電圧検出装置１の１次側から入力された電圧を２次側で検出することで、高い電圧検出感度を得つつ、広い周波数帯域で交流電圧を安定して検出できる。

また、キャパシタＣ１１，Ｃ１３のキャパシタンスは、１次側共振回路及び２次側共振回路の共振特性に影響を及ぼさないよう、小さいことが好ましい。例えば、キャパシタＣ１１，Ｃ１３のキャパシタンスはキャパシタＣ１２の１／５以下とする。

さらに、１次側共振回路及び２次側共振回路を分離、絶縁するために、共振回路間の寄生容量を低くすることが望ましいため、実施形態３で説明した静電遮蔽電極８１，８２（図１２参照）を備えた構成とすることがより望ましい。また、電圧検出装置１に変えて、実施形態２に係る電圧検出装置２を用いてもよい。

また、電圧検出装置１を配置する位置はインバータ回路３１０の直後に限定されない。図７で説明したように、電圧検出装置１は、１次コイル１０の第１コイル１１と第２コイル１２とでは逆方向に磁束が生じ、外部からの不要な磁界（例えば、電力伝送用コイル等が発生する磁界）が打ち消される（キャンセルされる）ため、意図しない磁界が周囲に存在しても検出する電圧には影響がない。このため、電力伝送のための磁界が生じる送電共振結合部３１１の近傍に電圧検出装置１を配置することもできる。

また、電力伝送システム３００Ａは、送電装置３０１Ａと受電装置３０２Ａとを電界結合させて、送電装置３０１Ａから受電装置３０２Ａへ電力を送電するものであってもよい。

（実施形態５）
実施形態５では、実施形態１に係る電圧検出装置１を電流検出に用いている点で、実施形態４と相違する。

図１９は、実施形態５に係る電力伝送システム３００Ｂの回路図である。電力伝送システム３００Ｂは、送電装置３０１Ｂと受電装置３０２Ｂとを備えている。受電装置３０２Ｂは、実施形態４に係る受電装置３０２Ａと同じであるため、その説明は省略する。

この例では、送電装置３０１Ｂが備える１次コイルを、２つの１次コイルＮ１１，Ｎ１２の直列回路で形成している。１次コイルＮ１１，Ｎ１２と、キャパシタＣ４１，Ｃ４２とで、送電共振結合部３１１Ａを構成している。送電共振結合部３１１Ａの１次コイルＮ１１，Ｎ１２は、送電装置３０１Ｂの２次コイルＮ２と磁界結合する。１次コイルＮ１１は、本発明に係る「第１送電コイル」の一例である。１次コイルＮ１２は、本発明に係る「第２送電コイル」の一例である。

１次コイルＮ１１，Ｎ１２の間には、キャパシタンスが既知のキャパシタＣ６が設けられている。このキャパシタＣ６に対して、キャパシタＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３の直列回路が並列に接続されている。キャパシタＣ１２に接続される電圧検出装置１等は実施形態４と同じであるため、説明は省略する。

この構成では、不図示の制御部により、負荷Ｒ１の両端電圧を検出することで、キャパシタＣ６の両端電圧を検出することができる。その検出した電圧から、オームの法則により１次コイルＮ１１，Ｎ１２に流れるコイル電流を算出し、検出できる。

このように、本実施形態では、１次コイルＮ１１，Ｎ１２に流れるコイル電流の検出に、電圧検出装置１を用いている。電圧検出装置１は、実施形態１で説明したように、１次コイル１０と２次コイル２０との間の不要な容量結合を抑えることができる。その結果、電圧検出装置１の２次側共振回路側（負荷Ｒ１側）を１次コイルＮ１１，Ｎ１２から分離できるため、１次コイルＮ１１，Ｎ１２の接続点の電位が変動しても、絶縁分離された電圧検出装置１の２次側共振回路側では、キャパシタＣ６の両端電圧を基準電位に対する電圧として精度よく検出できる。そして、１次コイルＮ１１，Ｎ１２に流れるコイル電流を精度よく検出できる。

また、図７で説明したように、電圧検出装置１は、１次コイル１０の第１コイル１１と第２コイル１２とでは逆方向に磁束が生じ、外部からの不要な磁界（例えば、電力伝送用コイル等が発生する磁界）が打ち消される（キャンセルされる）ため、意図しない磁界が周囲に存在しても検出する電圧に影響はない。このため、電力伝送のための磁界が生じる送電共振結合部３１１Ａの近傍に電圧検出装置１を配置しても、検出精度は低下しない。

なお、本実施形態では、キャパシタＣ６の両端電圧に電圧検出装置１を接続したが、キャパシタＣ６の代わりに他の既知のインピーダンス素子（例えば、抵抗やインダクタ）を接続しても良い。電圧検出装置１が接続されるインピーダンス素子が既知であれば、そのインピーダンスに生じる電圧を検出することで、１次コイルＮ１１，Ｎ１２に流れるコイル電流を検出することができる。なお、インピーダンス素子は、素子の外部に電界や磁界が漏れにくい部品であることが望ましい。つまりインピーダンス素子がキャパシタやインダクタである場合は、それぞれ電界や磁界が外部に漏れないように、それぞれ誘電体や磁性体に形成される、または導体で囲まれた素子であることが望ましい。なお、インピーダンス素子が本実施形態で示したようにキャパシタである場合は、１次コイルＮ１１，Ｎ１２とともに共振するため、共振のために設けられたキャパシタＣ４１，Ｃ４２を不要とする構成とすることで、送電共振結合部をより小型に構成できる。

Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３…キャパシタ
Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４１，Ｃ４２，Ｃ５，Ｃ６…キャパシタ
Ｄ１…ダイオード
Ｎ１…１次コイル
Ｎ１１，Ｎ１２…１次コイル
Ｎ２…２次コイル
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１０…実装電極
Ｒ１…負荷
Ｖｉｎ…直流電源
１，２，３…電圧検出装置
１０…１次コイル
１０Ａ…接続部
１１…第１コイル
１１Ａ…上側端部
１２…第２コイル
１２Ａ…上側端部
２０…２次コイル
２０Ａ…導体パターン
２０Ｄ…下側端部
２０Ｕ…上側端部
２１…第３コイル
２２…第４コイル
３０Ａ，３０Ｂ…積層体
３１Ａ，３１Ｂ…非磁性体層
３２Ａ，３２Ｂ…磁性体層
３３Ａ，３３Ｂ…非磁性体層
３４Ａ，３４Ｂ…磁性体層
３５Ａ，３５Ｂ…非磁性体層
４１，４２，４３，４４…ビア導体
５１，５２，５３，５４，５５…引き回し電極
６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６８，６９，７０…ビア導体
８１，８２…静電遮蔽電極
８１Ａ，８２Ａ…側面ビア導体
１０１…１次コイル
１１１…第１コイル
１１１Ａ…上側端部
１２１…第２コイル
１２１Ａ…上側端部
２０１…２次コイル
２０１Ｄ…下側端部
２０１Ｕ…上側端部
３００Ａ，３００Ｂ…電力伝送システム
３０１Ａ，３０１Ｂ…送電装置
３０２Ａ，３０２Ｂ…受電装置
３１０…インバータ回路
３１１，３１１Ａ…送電共振結合部
３２０…受電回路
３２１…負荷回路
３２２…受電共振結合部

Claims (14)

1. 第１コイル及び第２コイルが直列接続されて構成され、第１端と第２端とを有する１次コイルと、
   第３端と第４端とを有し、前記１次コイルと磁界結合する２次コイルと、
   を備え、
   前記第１端と前記第２端には交流電圧が印加され、
   前記第１コイルと前記第２コイルの接続部は前記交流電圧の中点であり、
   前記第３端はグランド接続端であり、
   前記１次コイルは、前記第１コイルと前記第２コイルとの接続部が、前記２次コイルの第４端よりも、前記２次コイルの第３端に近接配置され、
   前記２次コイルは、前記２次コイルの第３端が、前記１次コイルの第１端及び前記１次コイルの第２端よりも、前記１次コイルの前記接続部に近接配置され、
   前記１次コイルに印加された前記交流電圧を、前記第３端と前記第４端と間の電圧を用いて検出する、
   電圧検出装置。
2. 前記第１コイル、前記第２コイル及び前記２次コイルは、それぞれのコイル開口内部に生じる磁束が同一直線に沿うように配置される、
   請求項１に記載の電圧検出装置。
3. 前記第１コイル及び前記第２コイルは、
   互いに逆方向に磁束が生じるように巻回された螺旋構造であり、
   前記２次コイルは、第３コイルと第４コイルとを有し、
   前記第３コイルと前記第１コイルとの距離は、前記第３コイルと前記第２コイルとの距離よりも短く、
   前記第４コイルと前記第２コイルとの距離は、前記第４コイルと前記第１コイルとの距離よりも短く、
   前記第４コイルは、前記第３コイルにつながり、前記第３コイルに対して逆方向に磁束が生じる、
   請求項２に記載の電圧検出装置。
4. 前記第１コイル及び前記第２コイルは、
   互いに同方向に磁束が生じるように巻回された螺旋構造である、
   請求項２に記載の電圧検出装置。
5. 前記１次コイルのコイル開口と前記２次コイルのコイル開口とは、対向している、
   請求項１から４の何れかに記載の電圧検出装置。
6. 絶縁体を備え、
   前記１次コイルと前記２次コイルとは、前記絶縁体内に設けられている、
   請求項１から５の何れかに記載の電圧検出装置。
7. 前記絶縁体は磁性体を含む、
   請求項６に記載の電圧検出装置。
8. 前記絶縁体は非磁性体部を有し、
   前記非磁性体部は、前記１次コイルと前記２次コイルとの間に設けられる、
   請求項７に記載の電圧検出装置。
9. 前記１次コイルと前記２次コイルとの間に設けられる静電遮蔽導体、
   を備える、請求項１から８の何れかに記載の電圧検出装置。
10. 実装面に形成される実装電極を備え、
    前記２次コイルの前記第３端は、基準電位用の前記実装電極に接続される、請求項１から９の何れかに記載の電圧検出装置。
11. 負荷に対して電力を供給するための交流電力を出力する交流電力出力部と、
    請求項１から１０の何れかに記載の電圧検出装置と、
    を備え、
    前記電圧検出装置は、前記１次コイルが前記交流電力出力部に接続される、
    電源装置。
12. 前記交流電力出力部は平衡回路である、
    請求項１１に記載の電源装置。
13. 交流電力出力部と、前記交流電力出力部に接続され、受電装置が有する受電結合部に対し電界又は磁界の少なくとも一方により結合する送電結合部を備え、電界結合又は磁界結合の少なくとも一方により、前記受電装置へ電力を送電する送電装置において、
    請求項１から１０の何れかに記載の電圧検出装置を備え、
    前記電圧検出装置は、前記交流電力出力部から視て、前記１次コイルが、前記送電結合部を含む電力伝送線路に並列に接続される、
    送電装置。
14. 交流電力出力部と、前記交流電力出力部に接続され、受電装置が有する受電コイルに対し磁界結合する送電コイルを備え、磁界結合により、前記受電装置へ電力を送電する送電装置において、
    前記送電コイルは、第１送電コイルと第２送電コイルとが直列接続されて形成され、
    前記第１送電コイルと前記第２送電コイルとの間に設けられたインピーダンス素子と、
    請求項１から１０の何れかに記載の電圧検出装置と、
    を備え、
    前記電圧検出装置は、前記交流電力出力部から視て、前記インピーダンス素子に並列に接続される、
    送電装置。

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