特許 7419890 電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-15

(45)【発行日】2024-01-23

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/06 20060101AFI20240116BHJP

   H02J 50/10 20160101ALI20240116BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20240116BHJP

【ＦＩ】

H02M7/06 U

H02J50/10

H02J1/00 306G

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020040583

(22)【出願日】2020-03-10

(65)【公開番号】P2021145396

(43)【公開日】2021-09-24

【審査請求日】2023-02-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】森田 晃

【審査官】麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１２９８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１９３６６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１５６９９８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０８－２８５８９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／０６

Ｈ０２Ｊ ５０／１０

Ｈ０２Ｊ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷に電力を供給する電源装置であって、
一次電線に流れる一次電流により発生する磁束に応じて、二次電線から前記負荷の側に二次電流を出力するカレントトランスと、
前記磁束が通る磁路に設けられる三次電線と、
前記三次電線に制御電流を流して前記二次電流を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記二次電流の検知結果に応じて、前記制御電流を変化させる、電源装置。

【請求項2】

前記制御回路は、前記二次電流の変動が抑制されるように、前記制御電流を前記三次電線に流す、請求項１に記載の電源装置。

【請求項3】

前記制御回路は、前記二次電流の最大電流値が上限電流値を超えないように、前記制御電流を前記三次電線に流す、請求項１又は２に記載の電源装置。

【請求項4】

前記制御回路は、前記二次電流の電流値が一定範囲内に収まるように、前記制御電流を前記三次電線に流す、請求項１から３のいずれか一項に記載の電源装置。

【請求項5】

前記制御回路は、前記二次電流の最大電流値が下限電流値よりも高いとき、前記制御電流を前記三次電線に流し、前記二次電流の最大電流値が前記下限電流値よりも低いとき、前記制御電流を前記三次電線に流すことを停止する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電源装置。

【請求項6】

負荷に電力を供給する電源装置であって、
一次電線に流れる一次電流により発生する磁束に応じて、二次電線から前記負荷の側に二次電流を出力するカレントトランスと、
前記磁束が通る磁路に設けられる三次電線と、
前記三次電線に制御電流を流して前記二次電流を制御する制御回路と、
前記二次電線から供給される電力を直流電力に変換して前記負荷の側に出力する整流器と、を備え、
前記制御回路は、前記整流器の出力電圧の検知結果に応じて、前記制御電流を変化させる、電源装置。

【請求項7】

前記制御回路は、前記整流器の出力電圧の上昇が抑制されるように、前記制御電流を前記三次電線に流す、請求項６に記載の電源装置。

【請求項8】

前記制御回路は、前記整流器の出力電圧値が上限電圧値を超えないように、前記制御電流を前記三次電線に流す、請求項６又は７に記載の電源装置。

【請求項9】

前記制御回路は、前記整流器の出力電圧値が一定電圧値に収束するように、前記制御電流を前記三次電線に流す、請求項６から８のいずれか一項に記載の電源装置。

【請求項10】

前記制御回路は、前記整流器の出力電圧値が下限電圧値よりも高いとき、前記制御電流を前記三次電線に流し、前整流器の出力電圧値が前記下限電圧値よりも低いとき、前記制御電流を前記三次電線に流すことを停止する、請求項６から９のいずれか一項に記載の電源装置。

【請求項11】

前記制御回路は、前記直流電力のうち前記負荷の側に供給される電力を除く余剰電力を用いて、前記制御電流を生成する、請求項６から１０のいずれか一項に記載の電源装置。

【請求項12】

前記直流電力を、前記負荷の側に供給する直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータを備える、請求項６から１１のいずれか一項に記載の電源装置。

【請求項13】

負荷に電力を供給する電源装置であって、
一次電線に流れる一次電流により発生する磁束に応じて、二次電線から前記負荷の側に二次電流を出力するカレントトランスと、
前記磁束が通る磁路に設けられる三次電線と、
前記三次電線に制御電流を流して前記二次電流を制御する制御回路と、
前記二次電線から供給される電力を直流電力に変換して前記負荷の側に出力する整流器と、
前記直流電力を、前記負荷の側に供給する直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力経路に、前記負荷に給電可能に接続される蓄電装置と、を備える、電源装置。

【請求項14】

前記制御回路は、前記二次電流とは逆位相の前記制御電流を前記三次電線に流す、請求項１から１３のいずれか一項に記載の電源装置。

【請求項15】

負荷に電力を供給する電源装置であって、
一次電線に流れる一次電流により発生する磁束に応じて、二次電線から前記負荷の側に二次電流を出力するカレントトランスと、
前記磁束が通る磁路に設けられる三次電線と、
前記三次電線に制御電流を流して前記二次電流を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、直流の前記制御電流を前記三次電線に流す、電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

送電線等の電力線の近傍で利用される機器に対して、簡易に電力を供給する手段として、電力線にＣＴ（カレントトランス）を設置することによって、電力線に流れる電流によって生じる誘導電流を利用する電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６３５１８８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般的なＣＴでは、一次側の電線（一次電線）に一次電流が流れると、ある固定の電流比で、二次側の電線（二次電線）に二次電流が流れる。しかしながら、上述の電力線のような一次電線に流れる一次電流は、電力供給源の出力や電力供給先が必要とする電力量によって決まるため、大きく変動することがある。したがって、一次電流の変動が大きくなると、一次電流によって生じる誘導電流を利用して負荷に電力を供給する場合、負荷に電力を安定的に供給することが難しくなる。

【0005】

本開示は、一次電流が変動しても、負荷に電力を安定的に供給可能な電源装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示は、
負荷に電力を供給する電源装置であって、
一次電線に流れる一次電流により発生する磁束に応じて、二次電線から前記負荷の側に二次電流を出力するカレントトランスと、
前記磁束が通る磁路に設けられる三次電線と、
前記三次電線に制御電流を流して前記二次電流を制御する制御回路とを備える、電源装置を提供する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、一次電流が変動しても、負荷に電力を安定的に供給可能な電源装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態における電源装置の構成例を示す図である。

【図2】電流の位相と電力の配分のイメージ図である。

【図3】第１実施形態における電源装置の制御回路の機能ブロックを例示する図である。

【図4】第１実施形態における電源装置の制御回路が実行する制御フローを例示する図である。

【図5】第２実施形態における電源装置の構成例を示す図である。

【図6】第２実施形態における電源装置の制御回路の制御ブロックを例示する図である。

【図7】第２実施形態における電源装置の制御回路が実行する制御フローを例示する図である。

【図8】磁気コアの磁気特性（ＢＨカーブ）を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示に係る実施形態を説明する。本開示に係る一実施形態における電源装置は、送配電線や接地線（グランドワイヤ）等の一次電線に流れる一次電流により誘起される誘導電流を利用して、負荷に電力を供給するものである。

【0010】

本開示に係る電源装置は、例えば、パンタグラフによって電車に集電される集電電流（一次電流の一例）により誘起される誘導電流（二次電流の一例）を利用して、電車に搭載される機器（負荷の一例）に電力を供給する。なお、電源装置の使用例は、これに限られない。

【0011】

図１は、第１実施形態における電源装置の構成例を示す図である。図１に示す電源装置１０１は、一次電線１１に流れる一次電流ｉｅにより誘起される二次電流ｉａを利用して、直流電圧Ｖｃの直流電力Ｐｃを負荷４０に供給する。電源装置１０１は、カレントトランス１４及び制御回路５０を備える。

【0012】

カレントトランス１４は、一次電線１１に流れる一次電流ｉｅにより発生する磁束φに応じて、二次電線１２から負荷４０の側に二次電流ｉａを出力する。カレントトランス１４は、一次電線１１に流れる一次電流ｉｅを、電磁誘導により、二次電線１２から負荷４０の側へ流れる二次電流ｉａに変換する。カレントトランス１４は、例えば、一次電線１１を取り囲むように設置される。カレントトランス１４には、二次電線１２と三次電線１３が設置されている。カレントトランス１４は、二次電線１２と三次電線１３が巻かれる磁気コア１０を有する。磁気コア１０は、磁束φが通る磁路の一例である。なお、図面では簡略して示されているが、二次電線１２と三次電線１３は、それぞれ、磁気コア１０に少なくとも一ターン以上巻き回されている。

【0013】

二次電線１２は、例えば、磁気コア１０にｎターン巻き回された巻線である（ｎは、２以上の巻き数を表す）。三次電線１３に後述の制御電流ｉｄが流れていない場合、交流の一次電流ｉｅにより磁気コア１０内に発生する磁束φの変化を妨げるように、１：ｎの電流比で、交流の二次電流ｉａが二次電線１２に流れる。

【0014】

三次電線１３は、二次電線１２を貫く磁束φが流れる磁路（図１の例では、磁気コア１０）に設けられている。この例では、三次電線１３は、ｎよりも少ないターンで磁気コア１０に巻き回された巻線である。

【0015】

制御回路５０は、三次電線１３に制御電流ｉｄを流して二次電流ｉａを制御する。制御電流ｉｄを三次電線１３に流すことで、二次電線１２を貫く磁束φの大きさが変化するので、カレントトランス１４の１：ｎの電流比が変化する。よって、三次電線１３に制御電流ｉｄを流すことで、一次電流ｉｅの大きさによって二次電流ｉａの大きさが固定されない。したがって、一次電流ｉｅが大きく変動しても、二次電線１２から負荷４０の側へ流れる二次電流ｉａを制御できるので、負荷４０に直流電力Ｐｃを安定的に供給できる。

【0016】

例えば、制御回路５０は、二次電流ｉａの変動が抑制されるように、制御電流ｉａを三次電線１３に流す。これにより、一次電線１１に流れる一次電流ｉｅの大きさや変動幅が比較的大きくなっても、二次電流ｉａの過度な変動を抑制できるので、負荷４０に直流電力Ｐｃをより安定的に供給できる。

【0017】

例えば、制御回路５０は、二次電流ｉａの検知結果に応じて、制御電流ｉｄを変化させる。これにより、二次電流ｉａの検知結果を制御電流ｉｄに反映するフィードバック制御によって生成される制御電流ｉｄを三次電線１３に流すことができるので、二次電流ｉａを高精度に制御でき、ひいては、負荷４０に直流電力Ｐｃをより安定的に供給できる。

【0018】

例えば、制御回路５０は、二次電流ｉａの最大電流値が上限電流値（本例では、上限電流値Ａと称する）を超えないように、制御電流ｉｄを三次電線１３に流す。これにより、二次電流ｉａの最大電流値が上限電流値Ａを超えないように制御電流ｉｄを三次電線１３に流すフィードバック制御が可能となる。したがって、最大電流値が上限電流値Ａを超えないように二次電流ｉｄを高精度に制御でき、ひいては、負荷４０に直流電力Ｐｃをより安定的に供給できる。

【0019】

例えば、制御回路５０は、二次電流ｉａの電流値が一定範囲（本例では、一定範囲Ｂと称する）内に収まるように、制御電流ｉｄを三次電線１３に流す。これにより、二次電流ｉａの電流値が一定範囲Ｂ内に収まるように制御電流ｉｄを三次電線１３に流すフィードバック制御が可能となる。したがって、電流値が一定範囲Ｂ内に収まるように二次電流ｉｄを高精度に制御でき、ひいては、負荷４０に直流電力Ｐｃをより安定的に供給できる。なお、一定範囲Ｂの上限値は、上限電流値Ａと同じ値に設定されてもよいし、上限電流値Ａよりも低い値に設定されてもよい。後述の下限電流値Ｃが設定されている場合、一定範囲Ｂの下限値は、下限電流値Ｃよりも高い値に設定される。

【0020】

例えば、制御回路５０は、二次電流ｉａの最大電流値が下限電流値（本例では、下限電流値Ｃ）よりも高いとき、制御電流ｉｄを三次電線１３に流し、二次電流ｉｄの最大電流値が下限電流値Ｃよりも低いとき、制御電流ｉｄを三次電線１３に流すことを停止する。これにより、二次電流ｉｄの最大電流値が下限電流値Ｃよりも低いとき、制御電流ｉｄが三次電線１３に流れない（一次電流ｉｅの流れにより誘起される誘導電流が三次電線１３に流れることはある）。

【0021】

二次電流ｉｄの最大電流値が下限電流値Ｃよりも低いということは、一次電流ｉｅの変動は、比較的小さいことになる。したがって、このようなときは、制御電流ｉｄによる二次電流ｉａの制御を行わなくても、二次電線１２から供給される交流電力ｐａに基づいて、負荷４０に直流電力Ｐｃを安定的に供給できる。また、制御電流ｉｄを三次電線１３に流すことを停止するので、制御電流ｉｄを三次電線１３に流すために要する電力を削減でき、ひいては、電源装置１０１の消費電力を低減できる。一次電線１１から得られる電力が比較的低いときに、消費電力を低減できることは、特に有利な効果である。

【0022】

電源装置１０１は、例えば、整流器２０を備える。整流器２０は、二次電線１２から供給される交流電力ｐａを、直流電圧Ｖｂの直流電力Ｐｂに変換して負荷４０側に出力するＡＣ／ＤＣコンバータである。整流器２０を備えることによって、交流電力ｐａを所望の直流電力Ｐｂに変換できる。整流器２０は、例えば、整流回路２１と平滑回路２２とを有する。整流回路２１は、交流を直流に整流する回路であり、例えば、複数のダイオードにより形成された全波整流回路である。平滑回路２２は、整流回路２１から出力された直流電力Ｐｂを平滑化して出力する回路であり、例えば、コンデンサＣと抵抗ＲによるＣＲ回路である。

【0023】

例えば、制御回路５０は、整流器２０の出力電圧Ｖｂの上昇が抑制されるように、制御電流ｉｄを三次電線１３に流す。これにより、一次電線１１に流れる一次電流ｉｅの大きさや変動幅が比較的大きくなっても、出力電圧Ｖｂの過度な上昇を抑制できるので、負荷４０に直流電力Ｐｃをより安定的に供給できる。

【0024】

例えば、制御回路５０は、整流器２０の出力電圧Ｖｂの検知結果に応じて、制御電流ｉｄを変化させる。これにより、出力電圧Ｖｂの検知結果を制御電流ｉｄに反映するフィードバック制御によって生成される制御電流ｉｄを三次電線１３に流すことができるので、出力電圧Ｖｂを高精度に制御でき、ひいては、負荷４０に直流電力Ｐｃをより安定的に供給できる。

【0025】

例えば、制御回路５０は、整流器２０の出力電圧Ｖｂの値（出力電圧値Ｖｂｂ）が上限電圧値（本例では、上限電圧値Ｄと称する）を超えないように、制御電流ｉｄを三次電線１３に流す。これにより、出力電圧値Ｖｂｂが上限電圧値Ｄを超えないように制御電流ｉｄを三次電線１３に流すフィードバック制御が可能となる。したがって、出力電圧値Ｖｂｂが上限電圧値Ｄを超えないように出力電圧Ｖｂを高精度に制御でき、ひいては、負荷４０に直流電力Ｐｃをより安定的に供給できる。

【0026】

例えば、制御回路５０は、整流器２０の出力電圧値Ｖｂｂが一定電圧値（本例では、一定電圧値Ｅと称する）に収束するように、制御電流ｉｄを三次電線１３に流す。これにより、出力電圧値Ｖｂｂが一定電圧値Ｅに収束するように制御電流ｉｄを三次電線１３に流すフィードバック制御が可能となる。したがって、出力電圧値Ｖｂｂが一定電圧値Ｅに収束するように二次電圧Ｖｂを高精度に制御でき、ひいては、負荷４０に直流電力Ｐｃをより安定的に供給できる。なお、一定電圧値Ｅは、上限電圧値Ｄと同じ値に設定されてもよいし、上限電圧値Ｄよりも低い値に設定されてもよい。後述の下限電圧値Ｆが設定されている場合、一定電圧値Ｅは、下限電圧値Ｆよりも高い値に設定される。

【0027】

例えば、制御回路５０は、整流器２０の出力電圧値Ｖｂｂが下限電圧値（本例では、下限電圧値Ｄ）よりも高いとき、制御電流ｉｄを三次電線１３に流す。一方、制御回路５０は、整流器２０の出力電圧値Ｖｂｂが下限電圧値Ｆよりも低いとき、制御電流ｉｄを三次電線１３に流すことを停止する。これにより、整流器２０の出力電圧値Ｖｂｂが下限電圧値Ｆよりも低いとき、制御電流ｉｄが三次電線１３に流れない（一次電流ｉｅの流れにより誘起される誘導電流が三次電線１３に流れることはある）。

【0028】

整流器２０の出力電圧値Ｖｂｂが下限電圧値Ｆよりも低いということは、一次電流ｉｅの変動は、比較的小さいことになる。したがって、このようなときは、制御電流ｉｄによる二次電流ｉａの制御を行わなくても、二次電線１２から供給される交流電力ｐａに基づいて、負荷４０に直流電力Ｐｃを安定的に供給できる。また、制御電流ｉｄを三次電線１３に流すことを停止するので、制御電流ｉｄを三次電線１３に流すために要する電力を削減でき、ひいては、電源装置１０１の消費電力を低減できる。一次電線１１から得られる電力が比較的低いときに、消費電力を低減できることは、特に有利な効果である。

【0029】

例えば、制御回路５０は、整流器２０から出力される直流電力Ｐｂのうち、負荷４０の側に供給される直流電力Ｐｓを除く余剰電力Ｐｒを用いて、制御電流ｉｄを生成する。これにより、余剰電力Ｐｒを制御電流ｉｄの生成に要する電力に使うことができるので、直流電力Ｐｂが過剰に生じても、直流電力Ｐｂの無駄を抑え、直流電力Ｐｂを効率的に利用できる。

【0030】

電源装置１０１は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、直流電力Ｐｂ又は直流電力Ｐｓを、負荷４０の側に供給する直流電力Ｐｃに変換する第１ＤＣ／ＤＣコンバータの一例である。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を備えることによって、直流電圧Ｖｂを所望の直流電圧Ｖｃに変換できる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、例えば、制御回路５０の後述の演算装置５３により制御される。演算装置５３は、直流電圧Ｖｃが所定の一定電圧になるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３１を制御する。

【0031】

電源装置１０１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力経路３５に、負荷４０に給電可能に接続される蓄電装置３４を備えてもよい。蓄電装置３４を備えることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１から直流電力Ｐｃが供給されない期間（例えば、一次電流ｉｅの流れがない期間など）でも、蓄電装置３４から負荷４０に継続的に電力を供給できる。蓄電装置３４への充電は、１次電流ｉｅが流れている期間に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１から出力される直流電圧Ｖｃで行うことができる。なお、出力経路３５に直列に挿入されるダイオード３３は、逆流防止用である。また、蓄電装置３４と出力経路３５との間に、制御回路５０の演算装置５３による制御によって双方向に電圧変換可能なＤＣ／ＤＣコンバータが挿入されてもよい。

【0032】

次に、制御回路５０の構成例について、説明する。

【0033】

制御回路５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２、電圧検知回路５１、トランス６２、電流検知回路５２、演算装置５３、ＤＡ５４、ＬＰＦ５５及びドライバ６１を有する。

【0034】

ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、制御回路５０の内部制御用の電源電圧Ｖｄを生成する第２ＤＣ／ＤＣコンバータの一例であり、直流の出力電圧Ｖｂを直流の電源電圧Ｖｄに変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２により生成される電源電圧Ｖｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力電圧Ｖｃよりも小さいことが望ましい。

【0035】

電圧検知回路５１は、出力電圧Ｖｂ（具体的には、出力電圧値Ｖｂｂ）を検知する。電圧検知回路５１は、例えば、アナログの出力電圧値ＶｂｂをコンバータＡＤ１によりデジタルの電圧検知値ｖ１に変換する。つまり、電圧検知値ｖ１は、出力電圧値Ｖｂｂの検出値を表す。

【0036】

電流検知回路５２は、二次電流ｉａの値（二次電流値ｉａａ）を検知する。電流検知回路５２は、例えば、トランス６２とコンバータＡＤ２を用いて、二次電流値ｉａａを検知する。トランス６２は、二次電流ｉａが流れる配線に取り付けられる一次側巻線と、コンバータＡＤ２のアナログ入力側に接続される二次側巻線とを有する。二次電流値ｉａａに応じた二次電圧値ｖｅが、トランス６２の二次側巻線に発生する。電流検知回路５２は、アナログの二次電圧値ｖｅをコンバータＡＤ２によりデジタルの電流検知値ｖ２に変換する。つまり、電流検知値ｖ２は、二次電流値ｉａａの検出値を表す。

【0037】

演算装置５３は、制御回路５０の各機能を実現するためのプロセッサであり、例えば、マイクロプロセッサユニットである。制御回路５０の各機能は、メモリに記憶されたプログラムによって、演算装置５３が動作することにより実現される。演算装置５３は、電圧検知値ｖ１と電流検知値ｖ２とに応じて、三次電線１３に流す制御電流ｉｄを生成するための指令正弦波Ｓｓを出力する。演算装置５３は、電源電圧Ｖｄにより動作する。

【0038】

ＤＡ５４は、デジタルの指令正弦波Ｓｓをアナログの指令電圧に変換するＤＡ（Digital to Analog）コンバータである。ＬＰＦ５５は、アナログの指令電圧を平滑化してドライバ６１に出力する。

【0039】

ドライバ６１は、指令正弦波Ｓｓに対応するアナログの指令電圧に応じて、制御電流ｉｄを出力する電流ドライバ回路である。ドライバ６１は、例えば、三次電線１３の両端が電流出力部に接続されるフルブリッジ回路である。ドライバ６１は、余剰電力Ｐｒを用いて、制御電流ｉｄを生成する。

【0040】

図２は、電流の位相と電力の配分のイメージ図である。波形ｉａ０は、制御電流ｉｄを三次電線１３に流していないときに、一次電線１１に流れる交流の一次電流ｉｅによって二次電線１２に発生する二次電流ｉａを表す。波形ｉａ１は、二次電流ｉａとは逆位相の制御電流ｉｄを三次電線１３に流しているときに、一次電線１１に流れる交流の一次電流ｉｅによって二次電線１２に発生する二次電流ｉａを表す。このように、制御回路５０は、二次電流ｉａとは逆位相の制御電流ｉｄをドライバ６１により三次電線１３に流すことによって、二次電線１２に流れる二次電流ｉａの変動を抑制できる。

【0041】

したがって、過大な一次電流ｉｅによって二次電線１２に発生する交流電力ｐａが過大になっても、二次電流ｉａとは逆位相の制御電流ｉｄを三次電線１３に流すことによって、過大な交流電力ｐａを抑制できる。つまり、一次電流ｉｅの変動が大きくなっても、交流電力ｐａに基づき生成される直流電力Ｐｃを負荷４０に安定的に供給できる。また、このように制御電流ｉｄを流すことで、一次電流ｉｅによって二次電線１２に発生する交流電力ｐａは、負荷４０側に供給される電力と制御回路５０側に供給される電力とにバランスして分配されるので、無駄な電力による発熱を抑制できる。例えば、制御電流ｉｄを流していないときに発生する交流電力ｐａが１０Ｗ、ドライバ６１を除く制御回路５０の消費電力が５Ｗ、ドライバ６１の消費電力が４Ｗとすると、負荷４０の側に供給される直流電力Ｐｓ又は直流電力Ｐｃは、１Ｗとなる。

【0042】

演算装置５３は、例えば、一次電流ｉｅの一周期あたりに１６点以上の電流検知値ｖ２を電流検知回路５２から取得する。商用周波数６０Ｈｚの場合、演算装置５３は、９６０Ｈｚのサンプリング周波数で二次電流値ｉａａを取得する。サンプリング周波数が高いほど、周波数の高い一次電流ｉｅにまで対応できる点で有利である。サンプリング周波数の下限値は、例えば、ナイキスト周波数である１２０Ｈｚ以上である（２点以上のサンプル）。演算装置５３は、このような所定のサンプリング周期で二次電流値ｉａａをサンプリングすることで、二次電流ｉａの位相情報を取得できる。演算装置５３は、この位相情報を用いて、二次電流ｉａとは逆位相の制御電流ｉｄをドライバ６１に出力させるための指令正弦波Ｓｓを生成する。一方、演算装置５３は、電圧検知値ｖ１を電圧検知回路５１から取得することによって、二次電流ｉａの振幅情報を取得できる。

【0043】

演算装置５３は、例えば、これらの位相情報及び振幅情報を用いて、電圧検知値ｖ１が一定の目標値ＲＥＦとなるように、二次電流ｉａとは逆位相の制御電流ｉｄをドライバ６１に出力させるための指令正弦波Ｓｓを生成する。演算装置５３は、指令正弦波ＳｓをＤＡ５４に対して出力する。ＤＡ５４の出力タイミング（周波数）は、高い方が望ましい。しかしながら、ＤＡ５４の出力周波数をコンバータＡＤ１，ＡＤ２のサンプリング周波数と同期させることは、簡便な制御を実現する点で、好ましい。目標値ＲＥＦは、上述の一定電圧値Ｅに対応する。

【0044】

図３は、第１実施形態における電源装置の制御回路の機能ブロックを例示する図である。制御回路５０の演算装置５３は、図３に示すような古典制御に基づき、コンバータＡＤ１から取得した振幅情報及びコンバータＡＤ２から取得した位相情報を用いて、指令正弦波Ｓｓを生成する。演算装置５３は、目標値ＲＥＦと電圧検知値ｖ１との偏差ＥＲＲＯＲを減算器７１により算出する。演算装置５３は、偏差ＥＲＲＯＲが零になるようにＰＩ制御（比例制御７２及び積分制御７３）を行い、比例制御７２の制御データと積分制御７３の制御データとを加算器７４により加算することによって、指令正弦波Ｓｓの振幅情報を生成する。演算装置５３は、指令正弦波Ｓｓの振幅情報を二次電流ｉａの位相情報と乗算器７５により乗算することで、二次電流ｉａとは逆位相の制御電流ｉｄを生成するための指令正弦波Ｓｓを生成する。指令正弦波Ｓｓの振幅が大きくなると、制御電流ｉｄの振幅も大きくなる。

【0045】

この機能ブロックにより、演算装置５３は、二次電流ｉａの位相情報及び振幅情報を用いて、電圧検知値ｖ１が一定の目標値ＲＥＦとなるように、二次電流ｉａとは逆位相の制御電流ｉｄをドライバ６１に出力させるための指令正弦波Ｓｓを生成できる。

【0046】

図４は、第１実施形態における電源装置の制御回路が実行する制御フローを例示する図である。制御回路５０の演算装置５３は、図３に示すような古典制御に基づいて指令正弦波Ｓｓを生成してもよいが、図４に示すうようなシーケンス制御によって、指令正弦波Ｓｓを生成してもよい。

【0047】

ステップＳ１１０にて、演算装置５３は、コンバータＡＤ１から電圧検知値ｖ１を読み込む。ステップＳ１２０にて、演算装置５３は、目標値ＲＥＦを読み込んで、電圧検知値ｖ１と目標値ＲＥＦとを比較する。演算装置５３は、電圧検知値ｖ１が目標値ＲＥＦよりも高いと判定したとき、指令正弦波Ｓｓの振幅を増加させ（ステップＳ１３０）、電圧検知値ｖ１が目標値ＲＥＦよりも低いと判定したとき、指令正弦波Ｓｓの振幅を減少させる（ステップＳ１５０）。演算装置５３は、電圧検知値ｖ１が目標値ＲＥＦと同じと判定したとき、指令正弦波Ｓｓの振幅をそのまま変えずに維持する（ステップＳ１４０）。指令正弦波Ｓｓの振幅が大きくなると、制御電流ｉｄの振幅も大きくなる。

【0048】

このシーケンス制御により、演算装置５３は、二次電流ｉａの位相情報及び振幅情報を用いて、電圧検知値ｖ１が一定の目標値ＲＥＦとなるように、二次電流ｉａとは逆位相の制御電流ｉｄをドライバ６１に出力させるための指令正弦波Ｓｓを生成できる。

【0049】

図５は、第２実施形態における電源装置の構成例を示す図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略又は簡略する。第２実施形態における電源装置１０２は、制御回路５０が直流の制御電流ｉｄを三次電線１３に流す点で、第１実施形態における電源装置１０１と異なる。制御回路５０は、直流の制御電流ｉｄを三次電線１３に流すことで、磁気コア１０のＢＨカーブ（磁気ヒステリシス曲線）がオフセットするので、二次電線１２から出力される二次電流ｉａを制御できる。

【0050】

三次電線１３に制御電流ｉｄを流さない場合（図８の無制御時）、ＢＨカーブの中央を使うため、二次電流ｉａは大きくなり、二次電線１２に発生する交流電力ｐａも大きくなる。一方、三次電線１３に流す制御電流ｉｄを大きくすると（図８のＤＣ制御時）、ＢＨカーブの飽和している領域を使うため、二次電流ｉａは小さくなり、二次電線１２に発生する交流電力ｐａも小さくなる。Ｂは磁束密度、Ｈは磁界、Ｂｒは残留磁束密度、Ｈｃは保磁力を表す。

【0051】

図６は、第２実施形態における電源装置の制御回路の制御ブロックを例示する図である制御回路５０の演算装置５６は、図６に示すような古典制御に基づき、コンバータＡＤ１から取得した振幅情報を用いて、指令直流電圧Ｓｂを生成する。演算装置５６は、目標値ＲＥＦと電圧検知値ｖ１との偏差ＥＲＲＯＲを減算器７１により算出する。演算装置５６は、偏差ＥＲＲＯＲが零になるようにＰＩ制御（比例制御７２及び積分制御７３）を行い、比例制御７２の制御データと積分制御７３の制御データとを加算器７４により加算することによって、指令直流電圧Ｓｂを生成する。指令直流電圧Ｓｂが大きくなると、制御電流ｉｄの振幅は大きくなる。

【0052】

図６の場合、コンバータＡＤ１から取得した振幅情報は、二次電流ｉａの振幅を平滑化した情報であるので、演算装置５６は、一次電流ｉｅの交流周波数よりも低い周波数で、電圧検知値ｖ１を取得する。ＤＡ５４の出力周波数も、同様に、一次電流ｉｅの交流周波数よりも低い周波数となる。

【0053】

この機能ブロックにより、演算装置５６は、二次電流ｉａの振幅情報を用いて、電圧検知値ｖ１が一定の目標値ＲＥＦとなるように、直流の制御電流ｉｄをドライバ６１に出力させるための指令直流電圧Ｓｂを生成できる。

【0054】

図７は、第２実施形態における電源装置の制御回路が実行する制御フローを例示する図である。制御回路５０の演算装置５３は、図６に示すような古典制御に基づいて指令直流電圧Ｓｂを生成してもよいが、図７に示すうようなシーケンス制御によって、指令直流電圧Ｓｂを生成してもよい。

【0055】

ステップＳ２１０にて、演算装置５６は、コンバータＡＤ１から電圧検知値ｖ１を読み込む。ステップＳ２２０にて、演算装置５６は、目標値ＲＥＦを読み込んで、電圧検知値ｖ１と目標値ＲＥＦとを比較する。演算装置５６は、電圧検知値ｖ１が目標値ＲＥＦよりも高いと判定したとき、指令直流電圧Ｓｂを増加させ（ステップＳ２３０）、電圧検知値ｖ１が目標値ＲＥＦよりも低いと判定したとき、指令直流電圧Ｓｂを減少させる（ステップＳ２５０）。演算装置５６は、電圧検知値ｖ１が目標値ＲＥＦと同じと判定したとき、指令直流電圧Ｓｂをそのまま変えずに維持する（ステップＳ２４０）。指令直流電圧Ｓｂが大きくなると、制御電流ｉｄの振幅は大きくなる。

【0056】

このシーケンス制御により、演算装置５６は、二次電流ｉａの振幅情報を用いて、電圧検知値ｖ１が一定の目標値ＲＥＦとなるように、直流の制御電流ｉｄをドライバ６１に出力させるための指令直流電圧Ｓｂを生成できる。

【0057】

以上、電源装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

【符号の説明】

【0058】

１０ 磁気コア
１１ 一次電線
１２ 二次電線
１３ 三次電線
１４ カレントトランス
２０ 整流器
２１ 整流回路
２２ 平滑回路
３１，３２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３３ ダイオード
３４ 蓄電装置
３５ 出力経路
４０ 負荷
５０ 制御回路
５１ 電圧検知回路
５２ 電流検知回路
５３ 演算装置
５４ ＤＡ
５５ ＬＰＦ
６１ ドライバ
６２ トランス
１０１，１０２ 電源装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】