(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を整流することにより交流から変換された直流電圧によって充電される充電部の充電状態を検出する検電器であって、
前記整流により前記交流の基本波の周波数に基づいて生じる高調波周波数成分を含む磁界を共振回路で受信し、前記共振回路により前記交流の基本波の周波数を減衰させるとともに、前記整流の方式に対応する特定の次数の前記高調波周波数成分を検出して出力する受信部と、
前記出力された信号に対するフーリエ変換処理の結果から、前記出力された信号に含まれる前記特定の次数の高調波周波数成分の信号強度を算出し、前記算出した前記高調波周波数成分の信号強度に応じて、前記充電部の充電状態を検出する検出部と、
を備え、
前記受信部は、
前記特定の次数の前記高調波周波数成分以外を減衰させるように通過帯域特性が定められている
ことを特徴とする検電器。
【請求項２】
交流を整流することにより交流から変換された直流電圧によって充電される充電部の充電状態を検出する検電器であって、
前記整流により前記交流の基本波の周波数に基づいて生じる高調波周波数成分を含む磁界を共振回路で受信し、前記共振回路により前記交流の基本波の周波数を減衰させるとともに、前記整流の方式に対応する特定の次数の前記高調波周波数成分を検出して出力する受信部と、
前記出力された信号に含まれる前記高調波周波数成分の信号強度に応じて、前記充電部の充電状態を検出する検出部と、
を備え、
前記受信部は、
前記磁界を検出する電磁アンテナと、
前記電磁アンテナに直列に接続され、前記共振回路としての直列共振回路を形成するコンデンサと、
前記直列共振回路から信号を受ける入力端子の入力インピーダンスが低くなるように構成され、前記直列共振回路に生じた信号を増幅して出力する増幅器と
を備えることを特徴とする検電器。
【請求項３】
前記特定の次数を、６次又は１２次とし、
前記検出部は、
前記出力された信号のフーリエ変換処理により、前記特定の次数に対応する係数から当該次数の前記高調波周波数成分の信号強度を算出し、前記算出した前記高調波周波数成分の信号強度に応じて、前記充電部の充電状態を検出し、
前記受信部は、
前記磁界を検出する電磁アンテナと、
前記電磁アンテナに直列に接続され、前記共振回路としての直列共振回路を形成するコンデンサと、
前記直列共振回路から信号を受ける入力端子の入力インピーダンスが低くなるように構成され、前記直列共振回路に生じた信号を増幅して出力する増幅器と
を含み、
前記電磁アンテナは、
高透磁率材料で形成されたコア部と、
前記コア部を芯にするコイル部と
を備え、
前記コア部は、長手方向に複数の領域に分割されており、前記複数の領域のうち一部の領域が棒状に形成され、他の領域がコイル状に形成されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の検電器。
【請求項４】
交流を整流することにより交流から変換された直流電圧によって充電される充電部の充電状態を検出する検電方法であって、
前記整流により前記交流の基本波の周波数に基づいて生じる高調波周波数成分を含む磁界から、共振回路により前記整流の方式に対応する特定の次数の前記高調波周波数成分以外を減衰させて、前記共振回路により前記特定の次数の高調波周波数成分を検出して出力する受信過程と、
前記出力された信号に対するフーリエ変換処理の結果から、前記出力された信号に含まれる前記特定の次数の高調波周波数成分の信号強度を算出し、前記算出した前記高調波周波数成分の信号強度に応じて、前記充電部の充電状態を検出する検出過程と
を含むことを特徴とする検電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流送電システムにおいて用いられる非接触型の検電器及び検電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
検電器は、充電される充電部の充電状態を検出する際に用いられる。直流送電システムは、例えば電気鉄道への送電に利用され、直流式電気鉄道の「き電回路」などに適用されている。直流式電気鉄道の「き電回路」には、発電機から供給される電力によって、１５００Ｖ程度の直流電圧が印加されている。その直流式電気鉄道の「き電回路」の充電状態を検出する場合、検電器の基準電位線をレールに接続しておき、検出端子を架線に接触させて、充電状態を検知する携帯可能な検電器が知られている。
また、高圧の送電システムに適用する場合、上記の接触型検電器であっても、充電部から電力を得ることができず、バッテリーなどの電力により動作させるため、低消費電力であることが必要とされる。
【０００３】
例えば、直流送電システムに適用可能な電力消費の少ない検出方式の検電器としては、（１）静電式検電器をはじめ、（２）静電電圧計、（３）液晶、（４）ピエゾ効果、（５）電気光学効果などを用いる方式が知られている。
これらの方式のうち、「静電式検電器及び電気光学効果」を用いた方式のものは、必ずしも充電部に接触させて用いることを必要としないが、他の方式のものはいずれも接触させて用いることが必要とされる（例えば、特許文献１参照）。また、静電式検電器であっても、検出感度を向上させるには接地することが必要であり、直流１５００Ｖ程度の電圧を検出する場合においても同様である。
【０００４】
また、「液晶」を用いた方式のものは、液晶の電界応答性に温度依存性があることから、屋外で利用する場合には、環境温度変化、日射による温度上昇などの影響を受けることにより検出性能を維持しにくい。
「ピエゾ効果」を用いた方式のものは、機械的な変位を利用して検出することから、温度依存性があり、屋外で利用する場合には、環境温度変化、日射による温度上昇などの影響を受けることにより検出性能を維持しにくい。また、外部に仕事をする構成とする場合には、その分のエネルギーを消費する。
【０００５】
「電気光学効果」を用いた方式のものは、電界の変化により生じる屈折率の変化を検出する。このような方式の検出部では、光路における微小な屈折率の変化を検出するために、光ファイバーをコイル状に多数回巻いたものを用いて長い光路長を確保する。検出部の検出感度高めるには、光ファイバーの量が多くなり、設備が大掛かりなものになり検出部の重量が増大することから、検電器としての操作性が低下することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１９８７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、電車線は、単線であるとは限られず、複線、或いは、複数のプラットホームを持つ駅又は拠点駅における渡り線や留置線などがある輻輳区間が多く存在する。このような輻輳区間においては、誤認による感電事故が防ぎきれていない。
また、検電器では、検出する電圧が高圧の場合、安全性を高めるために充電部に非接触で検出することが望まれる。
【０００８】
しかしながら、直流の検電器を充電部に接触させない非接触型とする場合には、検出感度を高めることが困難であるというという問題がある。
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、小型でかつ検出感度を高めることができる非接触型の検電器及び検電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記問題を解決するために、本発明は、交流から変換された直流電圧によって充電される充電部の充電状態を検出する検電器であって、前記交流の基本波の周波数に基づいて生じる高調波周波数成分を含む磁界から、前記高調波周波数成分を含む信号を受信する受信部と、前記受信した信号に含まれる前記高調波周波数成分の信号強度に応じて、前記充電部の充電状態を検出する検出部と、を備え、前記受信部は、前記高調波周波数成分を含むように通過帯域特性が定められることを特徴とする検電器である。
【００１０】
（２）また、本発明は、上記発明において、前記受信部は、前記充電部と大地間に流れる変位電流が発生させる磁界を検出する電磁アンテナと、前記電磁アンテナと組み合わせて共振回路を形成し、前記高調波周波数成分を含むように前記共振回路の共振周波数を定めるコンデンサとを備え、前記通過帯域特性は、前記交流の基本波の周波数成分を減衰するように設定されることを特徴とする。
【００１１】
（３）また、本発明は、交流から変換された直流電圧によって充電される充電部の充電状態を検出する検電方法であって、前記交流の基本波の周波数に基づいて生じる高調波周波数成分を含む磁界から、前記高調波周波数成分を含む信号を受信する受信過程と、前記受信した信号に含まれる前記高調波周波数成分の信号強度に応じて、前記充電部の充電状態を検出する検出過程と、を含むことを特徴とする検電方法である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、検電器は、交流から変換された直流電圧によって充電される充電部の充電状態を検出する。受信部は、交流の基本波の周波数に基づいて生じる高調波周波数成分を含む磁界から、高調波周波数成分を含む信号を受信する。検出部は、受信した信号に含まれる高調波周波数成分の信号強度に応じて、充電部の充電状態を検出する。
これにより、小型でかつ検出感度を高めることができる非接触型の検電器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の検電器の基本概念について説明するための図である。
【図２】充電状態にある架線の電圧を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における直流送電システムをモデル化したブロック図である。
【図４】１２相整流された直流の電圧変化を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係わる検電器の構成を示すブロック図である。
【図６】直流バイアス部の構成例を示す図である。
【図７】アンテナの構成例を示す図である。
【図８】受信部におけるフィルタの伝達特性と位相特性を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係わる検電器の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係わる検電器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［非接地型検電器の基本概念］
最初に、本発明の実施形態に示す非接地型の検電器の基本概念について説明する。
図１は、検電器の基本概念について説明するための図である。図１（Ａ）は、電磁方式の非接地型検電器と電界方式の非接地型検電器とについて示す。また、図１（Ｂ）は、電磁方式の非接地型検電器の構成の一例を示す。また、図１（Ｃ）は、電界方式の非接地型検電器の構成の一例を示す。
【００１５】
図１（Ａ）に示すように、大地（レール）９２０の電位を基準電位として、大地（レール）９２０の電位に対して充電される架線９１０（充電部）がある。架線９１０（充電部）の電位、すなわち架線９１０（充電部）の充電状態を検出する非接地型検電器には、方式の異なる検電器１００と検電器２００がある。検電器１００は、電磁方式によるものであり、検電器２００は、電界方式によるものである。図１（Ａ）において、符号Ｅを附した矢印は、充電状態により生じる電界を示し、符号Ｈを附した矢印は、充電状態により生じる磁界を示す。図１（Ａ）に示すように、検出対象である架線９１０とレール９２０（大地）との間の静電結合により電界Ｅが発生するとともに、この電界Ｅに起因する変位電流（図１（Ｂ））が流れる。
次に、図２を参照して、本実施形態に示す非接触型検電器が検出する直流の充電状態について説明する。
図２は、充電状態にある架線の電圧を示す図である。
この図２に示されるように、大地（レール）９２０に対して架線９１０に所定の電圧が印加されている。検電器１００は、架線９１０が充電されている状態を検出する。
ところで、図２に示すように、架線９１０に充電される充電電圧ＶＤＣ（例えば、ＤＣ１５００Ｖ）には脈流電圧Ｖｒｐｌ（ｔ）（例えば、３０Ｖ、周期１／７２０［ｓ（秒）］或いは１／３６０［ｓ］）が含まれる。
【００１６】
図１に戻り、各検電器について説明する。
この脈流電圧Ｖｒｐｌ（ｔ）により、電界Ｅは変動し、電界Ｅに起因する変位電流（図１（Ｂ））も同様に変動する。また、変位電流（図１（Ｂ））の変動に伴い、交番磁界Ｈが誘導される。
検電器１００は、上記変位電流（図１（Ｂ））により誘導される交番磁界Ｈを、電磁アンテナＡＮＴにより検出する方式の非接地型検電器である。すなわち、検電器１００の検出方式は、脈流電圧の電界Ｅにより流れる変位電流が発生させる磁界Ｈを検出する方式であり、受信部とする電磁アンテナＡＮＴを用いた電磁結合により、磁界Ｈを検出する方式である。
一方、検電器２００（図１（Ｃ））は、架線と対地間に発生する電界Ｅを検出する電界方式の非接地型検電器である。検電器２００は、直流的に接地することを必要としないものの、交流的には浮遊容量等を介して接地することが必要とされる。
この検電器２００は、図１（Ａ）に示すように、例えば、ｃ点とｄ点間のように架線と概ね直線になるような方向における電界Ｅ（ｃ点とｄ点間電位差）を検出する方式である。
このように検電器１００と検電器２００とでは、検出方式が異なるものである。
【００１７】
本実施形態に示す検電器１００は、電界Ｅを検出する方式の検電器２００と比較すると、幾つかの相違点がある。
磁界Ｈと電界Ｅの成分は直交することから、検電器１００の最大感度を示す方向と、検電器２００の最大感度を示す方向が異なる。例えば、検電器２００では検出が困難な方向の成分が、検電器１００では良好に検出できる成分となる。
また、検電器２００では、隔離された２点間（ｃ−ｄ間（図１（Ａ））の電界強度の差を検出する。検電器２００では、検出感度を確保する上で、図１（Ａ）におけるｃ−ｄ間の距離を最小で約１０ｃｍ程度は確保することが必要とされる。そのため、検電器２００においては、この寸法（ｃ−ｄ間の距離）を狭めるためには、回路上のさらなる性能向上が必要とされる。よって、一体化された検電器２００では、この寸法（ｃ−ｄ間の距離）より小型化することが困難である。
一方、検電器１００では、受信部１１０を小型化することができる。例えば、検電器１００の受信部１１０（電磁アンテナＡＮＴ）では、脈流磁界に比例した脈流入力電流（あるいは電圧）を検出する。この受信部１１０の感度を高めることにより、受信部１１０を小型化することができる。これにより、受信部１１０を検電器１００の本体に内蔵し、一体化することも可能となる。
【００１８】
受信部１１０に含まれる電磁アンテナＡＮＴは、次のように構成することにより小型化できる。例えば、この電磁アンテナＡＮＴのコアの材料に、高透磁率材料を用いることで小型化できる。透磁率μには真空の透磁率μ０を１とみなした比透磁率「μr＝μ／μ０」がある。高透磁率材料について例示すると、Ｆｅ-Ｍｎ系フェライトでは比透磁率が「μr＝５０００」、パーマロイという合金では比透磁率が「μr＝４５０００」というものがある。例えば、比透磁率が「μr＝４５０００」のパーマロイを、直径２rの円形断面を有し、長さｌの棒状（線状）コアに用いる場合に、直径２rと長さlとの比がl／２r＝３００以上であるならば、磁束が通る面積を空芯の場合に比較して１／１６０００に縮小できる。この面積の比較を円として行った場合、面積比を円の直径の比に変換すると、式（１）により換算できる。
【００１９】
（１／１６０００）１／２＝１／１２６      ・・・（１）
【００２０】
この式（１）による換算結果によれば、例えば、空芯で構成したコイルの直径が１２．６ｃｍであったものが、比透磁率が「μr＝４５０００」のパーマロイをコアの材料に用いた有芯コイルにおいては、その有芯コイルの直径を１ｍｍとすることができる。
【００２１】
ただし、上記の有芯コイルの場合に、コイルの直径を１ｍｍとすることができるが、コアの長さｌが３００ｍｍと長くなる。そこで、この直線状コアの長手方向に、直線状コアの両端と中間の３つの領域を定義する。この直線状コアの両端を、それぞれ適度な長さのダイポールとなる突き出しとする。また、上記の中間の部分を「コイル状」に形成する。このようにして、コイル(電磁アンテナＡＮＴ)を小型化する（２重コイル形状）。
【００２２】
このような電磁アンテナＡＮＴは回路理論でいえば、単なるインダクタンスＬであるので、キャパシタンス（コンデンサＣ１）と組み合わせることにより、次数が２次のＬＣフィルタ（ＬＣ共振回路）を構成できる。このＬＣ共振回路の周波数特性を、脈流（商用交流基本波の高調波による変動成分）の周波数成分を透過するように定め、脈流以外の周波数成分を低減させることにより、検出に必要とされる脈流成分が抽出しやすくなり、検出性能を高めることができる。要するに、ＬＣ共振回路における共振周波数（中心周波数）を、脈流の周波数成分の帯域（脈流の周波数）に合わせたＬＣ共振回路を形成して、ＬＣ共振回路における感度を高めることができる。また、さらにＬＣ共振回路の品質係数Ｑを高めることで脈流に比較して極めて大きな電力として検出される基本波の周波数成分（商用交流基本波の周波数成分）の減衰量を大きくする。これにより、ＬＣ共振回路からの信号をＡ／Ｄ変換するにあたり、Ａ／Ｄ変換部１３２に入力されるまでの回路の構成を簡素化することができる。
上記条件に加え、ＬＣ共振回路の共振周波数ｆｏ＝７２０Ｈｚ、Ｃ＝２２ｎＦ（ナノファラッド）とした場合のインダクタンスＬの値を求めると、「Ｌ＝２．２２１Ｈ（ヘンリー）」となる。ＬＣ共振回路として図示しない抵抗Ｒ＝１ＭΩを並列に付加して品質係数Ｑ＝１００の並列共振回路を構成した場合に、地上からの高さ５．０ｍ（メートル）に敷設されている架線の直下の、地上高１．５ｍの高さにおいて、０．１２７Ｖｒｍｓ（ボルト）の電圧（実効値）が得られる。この値は、非開示の実験結果から計算によって得た値であって、変位電流（図１（Ｂ））により誘導される交番磁界Ｈの大きさ及びコイルの直径２rに比例し、コイルのコア材料の比透磁率μrに概ね反比例する。図示しない並列抵抗Ｒは図６のＲ１とＲ２及びＡ／Ｄ変換部１３２の等価入力抵抗の３個を並列抵抗値に換算した値で代替されるので、Ａ／Ｄ変換部１３２の等価入力抵抗が、例えば無視できるほど大きければ、Ｒ１とＲ２の値をうまく選定することで、実際に抵抗Ｒを付加する必要はない。抵抗Ｒは後述の段落[００５９]に示す内部損失抵抗Ｒと意味は同じである。
なお、算出されるコイルの直径が、自己減磁力の影響により比透磁率μrに単純に反比例しない。自己減磁力を考慮した実効的な比透磁率をμeとする。
このように、自己減磁力を考慮した実効的な比透磁率μe＝１６０００、直径２r＝１．０ｍｍ、長さ３００ｍｍの電磁アンテナＡＮＴ（インダクタンスＬ）に必要な巻き数Ｎは、以下の式（２）に従って算出できる。
【００２３】
【数１】
0005953056.tif 000002
・・・（２）
【００２４】
この式（２）において、直径2r、長さl の比l／2r＝20 以上（本例では300）となるような形状のコイル（インダクター）であるならば、長岡係数ＫＮを１とみなすことができる。これにより、電磁アンテナＡＮＴ（インダクタンスＬ）に必要な巻き数Ｎは、６２４ターンになる。
【００２５】
このように、検電器１００は、脈流電圧により架線と大地の間に流れる変位電流が発生させる磁界を検出する。この検電器１００では、図１（Ｂ）に示すように、検出には開放磁気回路をもつ電磁アンテナＡＮＴ（コイル、インダクター、バーアンテナ）を用いる。インダクタンスＬの電磁アンテナＡＮＴに静電容量Ｃのコンデンサを並列接続するだけで次数２のＢＰＦ（帯域フィルタ）となる。なお、過大入力に対する保護・電圧制限のための保護回路を入力端子に設けてもよい。例えば、保護回路として、極性を逆方向に向けて並列に接続した２個の半導体ダイオードを組み合わせて形成することができる。
【００２６】
また、コンデンサＣ１は電磁アンテナＡＮＴに直列に接続させてもよい。この場合、低入力インピーダンスの検出回路で、共振回路からの信号を受けることが可能となる。また、並列共振回路の場合も、直列共振回路の場合も、ともに脈流周波数が共振回路の共振周波数となるようにコンデンサＣ１の静電容量Ｃを、式（３）に基づいて算出する。
【００２７】
Ｃ＝１／｛（２π×ｆｒｐｌ）２×Ｌ｝      ・・・（３）
【００２８】
この式（３）において、Ｌは電磁アンテナＡＮＴのインダクタンス成分、ｆｒｐｌは脈流周波数である。
【００２９】
このように、本発明による検電器１００では、図１（Ｂ）に示すように、電磁アンテナＡＮＴとコンデンサＣ１とにより、共振周波数を脈流の周波数に合わせたＬＣ共振回路を構成し、受信部１１０は、このＬＣ共振回路から出力される信号（電圧信号）を検出部１２０に向けて出力する。この検出部１２０は、Ａ／Ｄ変換部１３２等を内蔵するマイクロコントローラ等で構成され、ＬＣ共振回路から入力された信号を基に、脈流成分の検出処理を行う。このため、図１（Ｃ）に示す静電方式の非接地型検電器２００で必要とされる高入力インピーダンス回路２１０（例えば、電源周波数除去フィルタとインピーダンス変換用の演算増幅器）を省くことができる。
なお、上記の説明においてＬＣ共振回路の共振周波数を脈流の周波数に合わせるものとして説明したが、ＬＣ共振回路の中心周波数を脈流の周波数に合わせることとしてもよい。ＬＣ共振回路の中心周波数は、通過帯域の下限周波数ｆ１（図８）と上限周波数ｆ２（図８）とに基づいて算出することが知られている。ＬＣ共振回路の中心周波数は、ＬＣ共振回路の共振周波数と厳密には異なるが、同様の効果を得ることができる。
【００３０】
この検出部１２０における脈流成分の検出処理方法には、例えば、フーリエ変換処理による方法を用いることができる。フーリエ変換処理の演算式の一例を式（４）に示す。
【００３１】
【数２】
0005953056.tif 000003
・・・（４）
【００３２】
この式（４）において、Ｆ（ｆ１２)が、１２相整流フーリエ変換結果であり、f１２が、１２相整流脈流周波数であり、Ｄ（ｎ）が取込データである。
【００３３】
また、トーンデコーダによる方法を用いることもできる。トーンデコーダはＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）発振器内の位相検波器出力を用いてＰＬＬに入力されている交流電圧の周波数にロックオンしているかをコンパレータで判定するものである。１２相整流、６相整流、電源周波数のそれぞれに対してトーンデコーダを用意することにより、１２相整流、６相整流、及び電源周波数の成分を同時に判定できる。
【００３４】
［第１実施形態］
次に、本発明の第１実施形態に係わる非接地型の検電器の構成と動作について、図面を参照して説明する。
最初に、本実施形態の検電器の検出対象（充電の有無を検出する検出対象）となる直流送電システムの例について説明する。
図３は、本実施形態における直流送電システムの例を示す図であり、直流送電システムをモデル化して示したブロック図である。この図３に示される直流送電システムのモデルは、発電機７００、直流変換装置８００、及び負荷９００を備えている。
発電機７００は、所定の周波数ｆｇを基本波とする三相交流電力を発電する。この図では、各相に接続されている電圧源として示す。直流変換装置８００は、発電機７００から出力される電力を直流に変換する。
直流変換装置８００は、変圧器８１０及び整流器８２０を備える。変圧器８１０は、三相Ｙ型結線の一次巻線８１１、三相Δ型結線の第１の二次巻線８１２、三相Ｙ型結線の第２の二次巻線８１３を備える。
【００３５】
変圧器８１０は、一次巻線８１１の各相に発電機７００の各相がそれぞれ接続されており、発電機７００から供給される電力を変換して、Δ型結線の第１の二次巻線８１２とＹ型結線の第２の二次巻線８１３から出力する。Δ型結線の第１の二次巻線８１２には、整流器８２２が接続され、Ｙ型結線の第２の二次巻線８１３には、整流器８２３が接続される。
【００３６】
整流器８２０は、整流器８２２と整流器８２３を備える。
整流器８２２は、３相ごとに直列接続されたダイオードがそれぞれ設けられ、Δ型結線の第１の二次巻線８１２から供給される電力を整流する。整流器８２２は、Δ型結線の第１の二次巻線８１２と併せてΔ型整流回路を形成する。
整流器８２３は、３相ごとに直列接続されたダイオードがそれぞれ設けられ、Ｙ型結線の第２の二次巻線８１３から供給される電力を整流する。整流器８２３は、Ｙ型結線の第２の二次巻線８１３と併せてＹ型整流回路を形成する。
整流器８２２と整流器８２３は、直列に接続されており、整流器８２２のダイオードのアノードが接地され、整流器８２３のダイオードのカソードが負荷９００に接続されている。
【００３７】
負荷９００は、例えば、直流電化された電車線の場合では、架線９１０及びレール９２０、並びに、架線９１０及びレール９２０から電力の供給を受ける電車が含まれる。負荷９００は、整流器８２０によって整流された直流が供給される。また、一例として示したこのような接続による整流方式は、１２相整流方式と呼ばれている。１２相整流方式では、６相整流方式に比べ、脈動周波数が２倍に、脈動振幅が４半分以下になることから、電圧変動を少なくできる。
【００３８】
図４は、１２相整流された直流の電圧変化を示す図である。
以下の記載では、発電機７００が発電した電力(交流)の基本波の周波数ｆｇを６０Ｈｚとした場合を例に説明する。
図４（ａ）に示されるグラフでは、縦軸が電圧（ｋＶ（キロボルト））であり、横軸が時間（ミリ秒）であり、波形ｇ４ａが１２相整流された直流の電圧変動を示す。
波形ｇ４ａに示されるように、整流された直流の電圧は、１．５ｋＶをピーク電圧とし、１．４５ｋＶから１．５ｋＶ間で変動する成分が重畳する脈流になる。
【００３９】
図４（ｂ）に示されるグラフでは、縦軸が電圧（ｋＶ（キロボルト））であり、横軸が時間（ミリ秒）であり、波形ｇ４ｂが１２相整流方式により生成される脈流の電圧変動を示す。
図４（ｃ）に示されるグラフでは、縦軸が周波数成分の電圧（０ｄＢ（デシベル）＝１Ｖ（ボルト））であり、横軸が周波数（Ｈｚ（ヘルツ））であり、波形ｇ４ｃが１２相整流方式により生成される脈流の周波数スペクトルを示す。
脈流には、発電機７００が発電した電力の基本波の周波数ｆｇに対応する成分が含まれる。周波数ｆ１の周波数は、３６０Ｈｚであり、基本波の周波数ｆｇ（６０Ｈｚ）の６倍の周波数である。また、周波数ｆ２の周波数は、７２０Ｈｚであり、基本波の周波数ｆｇの１２倍の周波数である。
【００４０】
Δ型整流回路とＹ型整流回路の特性がそろっていれば、波高値の約３％の振幅の７２０Ｈｚを基本波とする脈流成分が発生する。実際には、それらの特性が完全には一致しないので、３６０Ｈｚを基本波とする脈流成分も含まれる。図４（ｂ）に示したグラフの場合では、３６０Ｈｚを基本波とする脈流成分は、７２０Ｈｚを基本波とする脈流成分の振幅の１／４程度の大きさが含まれている。
このように、負荷９００に供給される直流電圧には、発電機７００が発電した電力の基本波の周波数ｆｇに依存する周波数成分が含まれている。
【００４１】
なお、発電機７００が発電する電力の基本波の周波数ｆｇが５０Ｈｚの場合では、周波数ｆ１の周波数は、３００Ｈｚであり、基本波の周波数ｆｇ（５０Ｈｚ）の６倍の周波数である。また、周波数ｆ２の周波数は、６００Ｈｚであり、基本波の周波数ｆｇの１２倍の周波数である。発電機７００が発電する電力の基本波の周波数ｆｇが５０Ｈｚの場合においても、６０Ｈｚの場合と同様に、本実施形態を適用することができる。
【００４２】
図５は、本実施形態における検電器の構成を示すブロック図である。
この図５に示される検電器１００は、図１に示した負荷９００の一部である架線９１０に、直流電圧が給電されている状態を検出する。
【００４３】
図５に示す検電器１００は、受信部１１０と、この受信部１１０に接続される検出部１２０とを備える。また、検出部１２０は、信号入力部１３０、充電状態検出部１４０、表示部１５０、及び、電源部１６０を備える。
受信部１１０は、コイル状の電磁アンテナＡＮＴとコンデンサ（キャパシタ）Ｃ１とが並列に接続されて構成されている。この電磁アンテナＡＮＴは、架線９１０から大地に向かって流れる変位電流により発生する磁界Ｈを検出する。前述したとおり、上記架線９１０を充電している直流には、重畳されている脈流がある。この脈流があることにより、上述した磁界Ｈ（変位電流により発生する磁界）が変動する。電磁アンテナＡＮＴを用いることにより、上記の高調波周波数成分を含む信号を検出する。すなわち、電磁アンテナＡＮＴは、発電機７００によって発電される交流の基本波の周波数ｆｇに基づいて生じる高調波周波数成分を含む磁界から、上記の高調波周波数成分を含む信号を受信する。このようにして、電磁アンテナＡＮＴは、上述した磁界（変位電流により発生する磁界）の変動を検出する。
この受信部１１０は、架線９１０（充電部）に対しては、空間を介して絶縁されており、架線９１０に充電されている直流電圧が直接印加されない状態（直流電圧に非接触の状態）に保持される。
【００４４】
この受信部１１０は、電磁アンテナＡＮＴとコンデンサＣ１とを備える。受信部１１０は、電磁アンテナＡＮＴとコンデンサＣ１の並列接続により形成されているため、電磁アンテナＡＮＴのインダクタンス成分ＬとコンデンサＣ１とによりＬＣ共振回路（ＬＣ並列共振回路、共振回路部）が形成される。このＬＣ共振回路は、次数が２次のＬＣフィルタを形成し、共振周波数を脈流の周波数に合わせた共振回路とすることにより、脈流の周波数成分の透過特性を高めることもでき、他の周波数領域の検出感度と比べると相対的に検出感度が高くなる。さらに共振回路の品質係数Ｑを高めることで脈流の周波数成分に比較して、交流の基本波の周波数ｆｇの成分を大きく減衰させることができる。交流の基本波の周波数ｆｇの成分は、脈流の周波数成分に比べて大きな信号強度を有していることから、交流の基本波の周波数ｆｇの成分を大きく減衰させるように、ＬＣ共振回路における周波数特性を設定することにより、脈流の周波数成分の検出が可能となる。
【００４５】
例えば、このＬＣ共振回路の共振周波数を、架線９１０を充電している直流に重畳されている脈流（変動成分）の周波数（例えば、交流の基本波の周波数ｆｇの１２倍の７２０Ｈｚ）に一致すように設定すれば、架線９１０を充電している直流に重畳されている脈流（７２０Ｈｚの周波数成分を含む変動成分）を、感度を高めて検出することができる。また、その共振特性により、発電機７００が発電した電力の基本波の周波数ｆｇを含む周波数領域の成分（交流の基本波の周波数成分）を大きく減衰させることができる。
【００４６】
すなわち、電磁アンテナＡＮＴによって検出された信号には、周波数ｆｇを基本波とする周波数領域の成分が多く含まれている。また、この周波数領域は、他の商用電源の電源系統に重畳される周波数成分（５０又は６０Ｈｚ）も含まれている。この周波数領域の信号を低減することにより、受信磁界強度の大きな雑音成分を抑圧することができ、誤検出を低減することができる。
【００４７】
信号入力部１３０は、直流バイアス部１３１とＡ／Ｄ変換部１３２とを備える。直流バイアス部１３１は、受信部（ＬＣ共振回路）１１０から入力される交流信号（電磁アンテナＡＮＴとコンデンサＣ１により検出される検出信号で検電器１００の基準電位Ｇを中心に変化する）Ｖｆを、正電位側にバイアスする。この直流バイアス部１３１では、直流バイアス電圧Ｖｂｉａｓに、入力される交流信号Ｖｆを重畳することにより、信号Ｖｆを直流バイアス電圧Ｖｂｉａｓだけ正電位側にレベルシフトした直流バイアス電圧Ｖｂｉａｓを中心として変化する信号Ｖｓを得る。
【００４８】
これにより、Ａ／Ｄ変換部１３２では、正電位側の信号Ｖｓのみに対してＡ／Ｄ変換処理を行うことができるため処理が簡略化される。そして、信号入力部１３０では、信号Ｖｓをデジタル信号に変換した後に、この信号Ｖｓのデジタル信号を、充電状態検出部１４０に送信する。なお、信号Ｖｓをデジタル信号に変換したデジタル値から直流バイアス電圧Ｖｂｉａｓによるオフセット分のデジタル値を減算し、このオフセット分を減算したデジタル値の信号を充電状態検出部１４０に送信するようにしてもよい。
【００４９】
充電状態検出部１４０は、信号入力部１３０から受信した信号に含まれる高調波周波数成分の信号強度に応じて、架線９１０（充電部）の充電状態を検出する。この充電状態検出部１４０は、周波数抽出部１４１、判定部１４２、電圧検出部１４３、及び、設定部１４４を備える。
周波数抽出部１４１（抽出部）は、受信した信号に含まれる発電機７００によって発電された交流を、直流変換装置８００における整流器８２０が整流した際に発生する高調波周波数成分を抽出する。周波数抽出部１４１（抽出部）は、信号入力部１３０から入力された信号から、複数の高調波周波数成分を抽出する。これを行うために、周波数抽出部１４１（抽出部）は、Ａ／Ｄ変換部１３２で時間領域の信号Ｖｓを、例えば１／（７２０×２）秒間隔未満で数百個程度サンプリングしてデジタル値化した結果を保存しておくメモリ（記憶領域）を備えている。サンプリング時間間隔が例えば１／２０００秒間隔でかつサンプル数５００個の場合は、最小１／２０００秒×５００＝０．２５秒間隔で、これらのメモリは更新される。
【００５０】
例えば、周波数抽出部１４１は、予め定められる所定の周波数を抽出する「Ｇｏｅｒｔｚｅｌフィルタ」を適用することができる。Ｇｏｅｒｔｚｅｌフィルタは、電話器のダイヤル情報を送信するトーン信号（ＤＴＭＦシグナル）を検出する際に用いることが知られており、複数の周波数成分が重畳されていてもそれぞれ分離することができる。
本実施形態では、周波数抽出部１４１は、６相整流に起因する周波数（交流の基本波の周波数ｆｇの６倍の３６０Ｈｚ）と１２相整流に起因する周波数（交流の基本波の周波数ｆｇの１２倍の７２０Ｈｚ）の両方の周波数成分を抽出する。抽出結果は、高調波周波数成分の大きさを表すデジタル値として６相整流用のメモリ（記憶領域）、１２相整流用のメモリ（記憶領域）にそれぞれ保持され、判定部１４２に引き渡される。また、周波数抽出部１４１は時間領域の信号Ｖｓを周波数領域の信号に変換した結果として得るためのフーリエ変換器と見ることもできる。
判定部１４２は、抽出された高調波周波数成分のそれぞれの信号強度を予め定められる閾値に基づいて判定する。予め定められる閾値は、検出精度に応じて複数個が設けられており、信号強度に応じて複数の段階に分別することができる。
【００５１】
電圧検出部１４３は、抽出された高調波周波数成分の信号強度を、予め定められる閾値に基づいて判定された結果に従って架線９１０（充電部）の充電電圧を検出し、検出結果を表示部１５０に表示させる。
設定部１４４は、ユーザの操作を検出する操作入力検出部、検出した情報を記憶する記憶部を備え、検出したユーザの操作に基づいて、ユーザの意向に応じた動作モードを選択する。設定部１４４は、ユーザが選択した動作モードに応じた情報を記憶部に記憶させるとともに、その情報に基づいて検電器１００の各部の動作を制御する。
【００５２】
表示部１５０は、検出結果に応じて、交流の基本波の周波数ｆｇの６倍及び１２倍の周波数の信号の検出状況を表示する。
【００５３】
電源部１６０は、バッテリーから給電される電力により、各部を機能させる際に必要とされる基準電位とバイアス電位（直流バイアス電圧Ｖｂｉａｓ）を生成する。
【００５４】
また、図６は、上述した直流バイアス部１３１の構成例を示す図である。この図に示すように、直流バイアス部１３１は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２が直列に接続された抵抗分圧回路を備え、抵抗Ｒ１の一端は正電位側の回路電源（Ｖｃｃ＋）に接続され、抵抗Ｒ１の他端は抵抗Ｒ２の一端に接続され、抵抗Ｒ２の他端はグランド線（基準電位線）Ｇに接続されている。これにより、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点であるノードＮ３には、回路電源（Ｖｃｃ＋）の電圧と、抵抗Ｒ１及びＲ２の抵抗値の比とにより決まる直流バイアス電圧Ｖｂｉａｓが発生する。
【００５５】
また、受信部１１０と直流バイアス部１３１とは、カップリングコンデンサＣｓにより接続されている。このカップリングコンデンサＣｓは、一端が受信部１１０のノードＮ１（電磁アンテナＡＮＴとコンデンサＣ１の接続点）に接続され、他端がノードＮ３（抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点）に接続されている。
【００５６】
この構成により受信部１１０で検出された交流信号Ｖｆは、カップリングコンデンサＣｓを介して抵抗分圧回路のノードＮ３に印加される。これにより、このノードＮ３には、直流バイアス電圧Ｖｂｉａｓに交流信号Ｖｆが重畳された信号が得られる。なお、カップリングコンデンサＣｓの静電容量値を大きくし、抵抗値Ｒ１とＲ２の抵抗値を十分大きな値に設定することにより、カップリングコンデンサＣｓのインピーダンスによる交流信号Ｖｆの減衰量（信号電圧Ｖｆの電圧降下量）を少なくして、ノードＮ３にレベルシフトされた信号Ｖｓを生成することができる。
このように、１つのカップリングコンデンサＣｓと、２つの抵抗Ｒ１及びＲ２とを用いた簡易な構成により、交流信号Ｖｆを容易にレベルシフトすることができる。これにより、Ａ／Ｄ変換部１３２では、正電位の信号Ｖｓに対してＡ／Ｄ変換処理を行うことができる。
【００５７】
また、図７は、電磁アンテナＡＮＴの具体的な構成例を示す図である。図７（Ａ）は、空芯コイルにより電磁アンテナＡＮＴを構成した例である。図７（Ｂ）は、透磁率の高い棒状のコアに、表面が絶縁された電線を巻き付けて電磁アンテナＡＮＴを構成した例である。また、図７（Ｃ）は、電磁アンテナＡＮＴのコイルを方形状に構成した例を示している。このように、電磁アンテナＡＮＴの形状は、用途に応じて所望の形状で構成することができる。
既述のように、この図７（Ｂ）に示す電磁アンテナＡＮＴは、コアに高透磁率材料を用いることで大幅に小型化できる。例えば、比透磁率が「μr＝４５０００」のパーマロイを用いれば、空芯で構成したコイルの直径が１２．６ｃｍであったものが、比透磁率が「μr＝４５０００」のパーマロイをコアの材料にした有芯コイルにおいては、その有芯コイルの直径を１ｍｍとすることができる。
【００５８】
次に、図８を参照し、本実施形態における受信部１１０の検出特性について説明する。図８は、本実施形態における受信部の周波数特性と位相特性を模式的に示す図であり、図８（Ａ）が周波数特性（共振特性）を示し、図８（Ｂ）が位相特性を示す。
この図８（Ａ）に示されるグラフでは、縦軸が交流信号Ｖｆの電圧であり、横軸が周波数（Ｈｚ（ヘルツ））であり、波形ｇ８ａが受信部１１０における周波数特性を示している。また、この図８（ｂ）に示されるグラフでは、縦軸が位相（°）であり、横軸が周波数（Ｈｚ（ヘルツ））であり、波形ｇ８ａが受信部１１０の位相特性を示している。
【００５９】
図８（Ａ）の波形ｇ８ａにより示されるように、ＬＣ共振回路は、共振周波数ｆｏを共振周波数とする帯域フィルタとして機能させることができる。この帯域フィルタでは、Ｑ（品質係数）を適宜に設定（内部損失抵抗Ｒを設定）することにより、カットオフ周波数ｆ１及びｆ２を所望の周波数範囲に設定することができる。従って、ＬＣ共振回路の周波数特性を、６相整流の場合に発生する３６０Ｈｚ及び１２相整流の場合に発生する７２０Ｈｚのそれぞれの周波数成分に対して十分な透過特性を有し、基本波成分（６０Ｈｚ）に対して十分な遮断特性を有するように設定することができる。また、図８（ｂ）に示すように、カットオフ周波数を越える透過領域の位相特性は、９０°以内で単調に変化し安定性を確保できる。
【００６０】
［第２実施形態］
上述した第１実施形態では、受信部１１０をＬＣ並列共振回路で構成する例について説明したが、本発明の第２実施形態として、受信部１１０ＡをＬＣ直列共振回路で構成する例について説明する。
このように、受信部は、ＬＣ並列共振回路だけでなくＬＣ直列共振回路で構成することもできる。ＬＣ並列共振回路を使用する場合は、電磁アンテナＡＮＴの両端にコンデンサＣ１を接続するだけで簡単に受信部１１０を構成できる。また、ＬＣ直列共振回路を使用する場合は、ＬＣ直列共振回路の出力信号を低入力インピーダンスの検出回路で受信することが可能となる。このように、用途と必要性に応じて、ＬＣ並列共振回路とＬＣ直列共振回路とを使い分けることができる。
【００６１】
図９は、本発明の第２実施形態の係わる検電器の構成を示す図である。この図９に示す検電器１００Ａは、図５に示す検電器１００と比較して、図５に示すＬＣ並列共振回路で構成される受信部１１０を、図９に示すＬＣ並列直列共振回路で構成される受信部１１０Ａに変更した点が異なる。また、図５に示す検出部１２０内の直流バイアス部１３１を、図９に示すレベル変換部１３１Ａに変更した点が異なる。他の構成は、図５に示す検電器１００と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６２】
この図９に示す受信部１１０Ａでは、電磁アンテナＡＮＴとコンデンサＣ１とを直列に接続し、電磁アンテナＡＮＴのインダクタンス成分ＬとコンデンサＣ１とにより直列共振回路を構成する。この直列共振回路では、電磁アンテナＡＮＴの一端とコンデンサＣ１の一端とがノードＮ１において接続され、コンデンサＣ１の他端（ノードＮ３）が検出部１２０Ａ内の信号入力部１３０Ａに接続される。このノードＮ３は、レベル変換部１３１Ａ内のアンプＡＭ１の一方の入力端子（−）に接続される。このアンプＡＭ１の出力端子は抵抗Ｒ１１を介してアンプＡＭ１の入力端子（−）に接続され、アンプＡＭ１の他方の入力端子（＋）には、直流バイアス電圧Ｖｂｉａｓが入力される。
【００６３】
これにより、アンプＡＭ１は増幅回路を構成し、このアンプＡＭ１の出力端子には、コンデンサＣ１からレベル変換部１３１Ａに流れる電流Ｉｓに比例（Ｒ１１×Ｉｓ）する信号が、直流バイアス電圧Ｖｂｉａｓにより正電位側にバイアスされて出力される。要するに、出力される信号Ｖｓは、式（５）に示す関係式により定まる。
Ｖｓ＝Ｖｂｉａｓ＋Ｉｓ×Ｒ１１      ・・・（５）
【００６４】
このような構成の受信部１１０Ａとレベル変換部１３１Ａにより、ＬＣ直列共振回路のコンデンサＣ１を介してレベル変換部１３１Ａに流れる電流Ｉｓに比例する信号電圧（Ｒ１１×Ｉｓ）が、直流バイアス電圧Ｖｂｉａｓに重畳された信号Ｖｓとして出力される。この信号Ｖｓの出力電圧（Ｖｓ）は、Ａ／Ｄ変換部１３２によりデジタル信号に変換されて、充電状態検出部１４０に送信される。
【００６５】
［第３実施形態］
上述した第１実施形態及び第２実施形態では、受信部（ＬＣ並列共振回路）１１０及び受信部（ＬＣ直列共振回路）１１０Ａで受信した信号を基に、充電状態検出部１４０により高調波成分を直接検出していた。これに対して、本発明の第３実施形態として、受信部１１０で受信した信号に対して周波数変換を行う例について説明する。
【００６６】
図１０は、本発明の第３実施形態に係わる検電器の構成を示す図である。
この図１０に示す検電器１００Ｂは、図５に示す検電器１００と比較して、検出部１２０Ｂ内において周波数変換部１８０を信号入力部１３０の前段に新たに追加した点が異なり、他の構成は、図５に示す検電器１００と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６７】
最初に、この検電器１００Ｂにおける周波数変換の有用性について説明する。周波数抽出部１４１にＧｏｅｒｔｚｅｌフィルタを適用した場合、１２相整流方式によって発生する周波数成分が７２０Ｈｚであれば、周波数変換部１８０による周波数変換を行わずに、受信部１１０からの信号を周波数抽出部１４１によって検出することも可能である。また、Ｇｏｅｒｔｚｅｌフィルタでは、目的の周波数を検出するには、何サイクルかの信号を加え続ける必要があり、高速に警告を発するためには検知周波数が高いことが望まれる。
【００６８】
一方で、より高い周波数成分は、遠方まで伝わりやすくなり、不要な電磁波の到来の影響を受けやすくなる。そこで、必要とされる磁界成分の信号を、乗算器１８２により、不要な電磁波の磁界成分の影響を受けにくい周波数に変換することにより、雑音として検出される磁界成分の影響を回避することができる。このように、乗算器１８２による周波数変換部１８０を備えることにより、より確実に検出できるＧｏｅｒｔｚｅｌフィルタを構成することができる。
【００６９】
そして、図１０に示す周波数変換部１８０は、受信部１１０によって制限された周波数領域に含まれる、発電機７００が発電した電力の基本波の周波数ｆｇの６倍及び１２倍の周波数領域の成分（高調波周波数成分）を所望の周波数成分に変換する周波数変換を行う。
周波数変換部１８０は、ローカル（Ｌｏ）発振器１８１、乗算器１８２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８３を備える。
【００７０】
ローカル（Ｌｏ）発振器１８１は、周波数変換を行う際の基本周波数ｆｏの正弦波を生成する。Ｌｏ発振器１８１は、無線機の局部発振器に相当する。乗算器１８２は、２つの入力信号によって示される値を乗算する。乗算器１８２の一方の入力には、受信部１１０から出力される信号が入力され、他方の入力には、Ｌｏ発振器１８１によって生成される基本周波数ｆｏの正弦波が入力される。例えば、基本周波数ｆｏを５００Ｈｚとする場合、乗算器１８２は、周波数ｆ１（３６０Ｈｚ）を、周波数ｆ１Ｃ’（１４０Ｈｚ（＝５００−３６０））に変換し、周波数ｆ２（７２０Ｈｚ）を、周波数ｆ２Ｃ’（２２０Ｈｚ（＝７２０−５００））に変換する。
なお、基本周波数ｆｏは、直流成分に変換されるので回路構成をＡＣ結合とすることにより除去することができる。
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８３は、周波数ｆ１Ｃ’と周波数ｆ２Ｃ’の両方の周波数成分を透過させる周波数帯域を確保できるカットオフ周波数を有している。また、ＬＰＦ１８３は、周波数領域をさらに制限することにより、ノイズ成分をさらに低減することができる。本実施形態では、カットオフ周波数ｆｃを１ｋＨｚとするローパスフィルタを例に示すが、上記周波数成分を透過するバンドパスフィルタとしてもよい。或は、乗算器１８２が、周波数ｆ１（３６０Ｈｚ）を、周波数ｆ１Ｃ”（８６０Ｈｚ（＝５００＋３６０））に変換し、周波数ｆ２（７２０Ｈｚ）を、周波数ｆ２Ｃ”（１２２０Ｈｚ（＝７２０＋５００））に変換し、周波数ｆ１Ｃ”と周波数ｆ２Ｃ”との周波数成分を通過させるバンドパスフィルタとしてもよい。
【００７１】
なお、設定部１４４は、局部発振器（Ｌｏ発振器）１８１、周波数抽出部１４１におけるＧｏｅｒｔｚｅｌフィルタの周波数を設定により変更することができるので、環境条件などに応じて、雑音の影響を受けにくい周波数に設定することができる。その設定では、個々に値を定めるだけでなく、周波数配置のパターンを予め定めておき、そのパターンのいずれかを選択するようにしてもよい。設定部１４４は、周波数配置のパターンを設定部１４４内の記憶部に識別子に対応付けて予め記憶する。設定部１４４は、検出感度の高い周波数配置のパターンとして選択された識別子に従って、記憶された周波数配置のパターンに従って、Ｌｏ発振器（局部発振器）１８１、周波数抽出部１４１におけるＧｏｅｒｔｚｅｌフィルタの周波数を設定することとしてもよい。
【００７２】
このように、周波数変換部１８０は、受信部１１０によって不要周波数が低減され、透過された、発電機７００が発電した電力の基本波の周波数ｆｇの６倍と１２倍の周波数成分に対する周波数変換を行う。
そして、この周波数変換部１８０により周波数変換された信号は、信号入力部１３０に送信される。信号入力部１３０では、周波数変換部１８０により周波数変換された信号を、直流バイアス部１３１により正電位の信号にバイアスし、この正電位の信号をＡ／Ｄ変換部１３２によりデジタル信号に変換して、充電状態検出部１４０に出力する。
【００７３】
充電状態検出部１４０は、周波数変換された、交流の基本波の周波数ｆｇの６倍と１２倍の周波数成分を周波数抽出部１４１によりそれぞれ抽出する。判定部１４２は、抽出された周波数成分の信号強度を判定する。電圧検出部１４３は、判定部１４２による判定結果により、予め定められた大きさより大きな信号が検出され場合、架線９１０（充電部）が充電状態にあると判定し、表示部１５０に判定結果を表示する。
【００７４】
以上の実施形態に示したように、検電器１００（１００Ａ、１００Ｂ）は、発電機７００から出力される電力を整流することにより生成される脈流成分を、磁界（変位電流により誘導される磁界）を介して検出することにより、脈流成分による磁界を検出する。要するに、検電器１００（１００Ａ、１００Ｂ）は、この脈流成分を検出する場合には、脈流成分を重畳している直流が充電部に印加されている状態にあることを間接的に検出する。
検電器１００（１００Ａ、１００Ｂ）は、充電部（架線９１０）に直接接触させることなく、非接触の状態で充電状態（発電機７００からの電力が印加されている状態）を検出することができる。検電器１００（１００Ａ、１００Ｂ）は、充電部に直接接触することなく充電状態の検出を行うことができる。測定対象電圧（例えば、高圧）により絶縁対策を施して作業することが必要とされるが、この検電器１００（１００Ａ、１００Ｂ）によれば、非接触で充電状態の検出を行うことができる。よって作業者は、ゴム手袋や長靴のような防護対策無しに充電状態を検出する作業を行うことができ、作業効率を高めることができる。
【００７５】
また、検電器１００（１００Ａ、１００Ｂ）では、接地しない状態で用いることができる。これにより、作業効率を高めるだけでなく、接触型の検出方法で防ぐことができなかった、例えば接触不良による誤判定を防ぐことが可能となる。
【００７６】
（１）そして、上記実施形態において、検電器１００は、交流から変換された直流電圧によって充電される充電部（架線９１０）の充電状態を検出する検電器１００であって、充電部と大地間に流れる変位電流が発生させる磁界Ｈを検出する電磁アンテナＡＮＴと、電磁アンテナＡＮＴとコンデンサＣ１とを備えるＬＣ共振回路により交流の基本波の周波数ｆｇに基づいて生じる高調波周波数成分を含む信号を、上記磁界Ｈを介して受信する受信部１１０と、受信部１１０により受信した信号に含まれる高調波周波数成分の信号強度に応じて、充電部（架線９１０）の充電状態を検出する検出部１２０と、を備える。
【００７７】
このような検電器１００は、交流から変換された直流電圧によって充電される充電部（架線９１０）の充電状態を検出する。受信部１１０は、交流の基本波の周波数ｆｇに基づいて生じる高調波周波数成分を含む磁界から、高調波周波数成分を含む信号を受信する。検出部１２０は、受信した信号に含まれる高調波周波数成分の信号強度に応じて、充電部（架線９１０）の充電状態を検出する。その受信部１１０は、高調波周波数成分を含むように通過帯域特性が定められる。
これにより、小型でかつ検出感度を高めることができる非接触型の電磁式の検電器１００を提供することができる。
【００７８】
（２）また、上記実施形態において、受信部１１０は、交流の基本波の周波数ｆｇの高調波周波数成分を含むように共振周波数と通過帯域特性とが定められた共振回路部を備える。
このような構成の検電器１００では、受信部１１０（共振回路部）が充電部（架線９１０）と地表面（大地）との間に流れる変位電流が発生させる磁界Ｈを検出することから、小型の共振回路部により受信部１１０を形成することができる。これにより、小型でかつ検出感度を高めることができる非接触型の電磁式の検電器１００を提供することができる。
【００７９】
（３）また、上記実施形態において、受信部１１０（共振回路部）は、充電部（架線９１０）と大地間に流れる変位電流が発生させる磁界を検出する電磁アンテナＡＮＴと、電磁アンテナＡＮＴと組み合わせて共振回路を形成し、共振周波数を定めるコンデンサＣ１とを備える。その共振回路部の通過帯域特性は、交流の基本波の周波数ｆｇの成分を減衰するように設定される。
これにより、さらに、交流の基本波の周波数ｆｇの成分が減衰するように、共振回路部の通過帯域特性を定めることが、共振回路部を電磁アンテナＡＮＴとコンデンサＣ１とを組み合わせて形成することにより実現できる。さらに共振回路の品質係数Ｑを高めることで脈流に比較して極めて大きな基本波の周波数ｆｇの成分を大きく減衰させることができる。
例えば、受信部１１０は、電磁アンテナＡＮＴと、この電磁アンテナＡＮＴに接続されるコンデンサＣ１とによりＬＣ共振回路を構成する。この受信部（ＬＣ共振回路）１１０は、充電部（架線９１０）に充電されている電力の基本波の周波数ｆｇに基づいて生じる高調波周波数成分を含む信号を、上記磁界Ｈを介して受信する。そして、検出部１２０は、受信部１１０により受信した信号に含まれる高調波周波数成分の信号強度に応じて、充電部（架線９１０）の充電状態を検出する。
これにより、小型でかつ検出感度を高めることができる非接触型の電磁式の検電器１００を提供することができる。
【００８０】
（４）また、上記実施形態において、電磁アンテナＡＮＴは、比透磁率が比較的高い材料により形成されるコアを備えるコイルとして形成される。
これにより、電磁アンテナＡＮＴとして高透磁率材料のコアにコイルを巻き付けて電磁アンテナＡＮＴを構成することにより、電磁アンテナＡＮＴを大幅に小型化できる。このため、電磁アンテナＡＮＴを内蔵した検電器を製作することも可能になる。
【００８１】
なお、上述の検電器１００、１００Ａ、１００Ｂは内部に、コンピュータシステムを有している。そして、検電器１００、１００Ａ、１００Ｂにおける処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００８２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の検電器は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００８３】
１００、１００Ａ、１００Ｂ…検電器、１１０、１１０Ａ…受信部、
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ…検出部、１３０、１３０Ａ…信号入力部、
１４０…充電状態検出部、１５０…表示部、１６０…電源部、
１８０…周波数変換部、７００…発電機、
８００…直流変換装置、８１０…変圧器、８２０…整流器、９００…負荷、
９１０…架線、９２０…レール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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