特許 7439542 電力変換装置

(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】2024-02-19

(45)【発行日】2024-02-28

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/10 20160101AFI20240220BHJP

   H02J 50/90 20160101ALI20240220BHJP

   H02J 50/60 20160101ALI20240220BHJP

【ＦＩ】

H02J50/10

H02J50/90

H02J50/60

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020014586

(22)【出願日】2020-01-31

(65)【公開番号】P2021122162

(43)【公開日】2021-08-26

【審査請求日】2022-11-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石垣 将紀

(72)【発明者】

【氏名】柳沢 直樹

【審査官】清水 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１８７０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２９７８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３３９７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３２２２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１９７５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／００－５０／９０

Ｈ０２Ｍ ３／００－５／４８

Ｈ０２Ｍ ７／４２－７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１、２プライマリ巻線を有するプライマリ側コネクタ、および、前記第１、２プライマリ巻線に磁気結合するセカンダリ巻線を有するセカンダリ側コネクタを含み、前記プライマリ側コネクタと前記セカンダリ側コネクタが非接触で動作可能であるトランスと、
２つのスイッチング素子が直列接続された第１、２アームを並列接続して構成される第１ブリッジ回路、および、前記第１、２アームに並列接続された第１コンデンサを含む第１スイッチング回路と、
前記セカンダリ巻線に接続された第２スイッチング回路と、を備え、
前記第１プライマリ巻線の一端および前記第２プライマリ巻線の一端が接続されて中途接続点が形成され、前記第１、２プライマリ巻線のそれぞれの他端が前記第１、２アームのそれぞれの２つのスイッチング素子の間に接続され、
前記中途接続点と前記第１コンデンサの一端との間に、矩形波または直流の電圧が印加され、
前記第１スイッチング回路と前記第２スイッチング回路の間で電力が伝送される電力変換装置であって、
前記中途接続点に流れる電流の変化量を検出するセンサと、
前記センサの検出値に基づいて、前記プライマリ側コネクタと前記セカンダリ側コネクタの間の距離を推定するプロセッサと、をさらに備える、
電力変換装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記センサはピックアップコイルを含み、
前記センサは、前記ピックアップコイルにより、前記中途接続点に流れる電流の変化量として、当該電流Ｉｒの微分値ｄＩｒ／ｄｔを検出する、
電力変換装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の電力変換装置において、
前記プロセッサは、
前記プライマリ側コネクタと前記セカンダリ側コネクタの間の距離が予め定められた距離以上であると推定した場合、伝送される電力が低下するように、前記中途接続点と前記第１コンデンサの一端との間に印加される矩形波電圧のデューティを制御する、
電力変換装置。

【請求項4】

第１、２プライマリ巻線を有するプライマリ側コネクタ、および、前記第１、２プライマリ巻線に磁気結合するセカンダリ巻線を有するセカンダリ側コネクタを含み、前記プライマリ側コネクタと前記セカンダリ側コネクタが非接触で動作可能であるトランスと、
２つのスイッチング素子が直列接続された第１、２アームを並列接続して構成される第１ブリッジ回路、および、前記第１、２アームに並列接続された第１コンデンサを含む第１スイッチング回路と、
前記セカンダリ巻線に接続された第２スイッチング回路と、を備え、
前記第１プライマリ巻線の一端および前記第２プライマリ巻線の一端が接続されて中途接続点が形成され、前記第１、２プライマリ巻線のそれぞれの他端が前記第１、２アームのそれぞれの２つのスイッチング素子の間に接続され、
前記中途接続点と前記第１コンデンサの一端との間に、矩形波または直流の電圧が印加され、
前記第１スイッチング回路と前記第２スイッチング回路の間で電力が伝送される電力変換装置であって、
前記中途接続点に流れる電流の変化量を検出するセンサと、
前記センサの検出値に基づいて、前記プライマリ側コネクタと前記セカンダリ側コネクタの間の異物を検知するプロセッサと、をさらに備える、
電力変換装置。

【請求項5】

請求項４に記載の電力変換装置において、
前記センサはピックアップコイルを含み、
前記センサは、前記ピックアップコイルにより、前記中途接続点に流れる電流の変化量として、当該電流Ｉｒの微分値ｄＩｒ／ｄｔを検出する、
電力変換装置。

【請求項6】

請求項４または５に記載の電力変換装置において、
前記プロセッサは、
前記プライマリ側コネクタと前記セカンダリ側コネクタの間に異物を検知した場合、前記第１スイッチング回路に含まれるスイッチング素子のスイッチングを停止する、
電力変換装置。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
前記トランスは、柱状部を有するコアを含み、
前記柱状部は、
柱形状を軸方向断面で分割して得られる形状をそれぞれが有し、それぞれの前記軸方向断面が分割ギャップを形成するように配置された２つの分割柱を含み、
前記柱状部の軸を横切るギャップによってプライマリ柱状部およびセカンダリ柱状部に分割されており、
前記プライマリ柱状部は、前記プライマリ側コネクタに含まれており、
前記セカンダリ柱状部は、前記セカンダリ側コネクタに含まれており、
前記第１プライマリ巻線は、
前記プライマリ柱状部に属する２つの前記分割柱のうちの一方の周囲に設けられ、
前記第２プライマリ巻線は、
前記プライマリ柱状部に属する２つの前記分割柱のうちの他方の周囲に設けられ、
前記セカンダリ巻線は、
前記セカンダリ柱状部の周囲に設けられている、
電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プライマリ巻線を有するプライマリ側コネクタと、セカンダリ巻線を有するセカンダリ側コネクタが非接触で動作可能であるトランスを用い、プライマリ側コネクタとセカンダリ側コネクタの間の状態を検知可能な電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電池を用いる装置や、電池が搭載された電動自動車等では、電池から出力された電力を調整して電力供給先の電気回路に出力し、あるいは、外部から供給された電力を調整して電池に出力する電力変換装置が用いられる。電力変換装置は、複数のスイッチング回路に加えて複数のスイッチング回路を結合するトランスを用いることで、各スイッチング回路の入出力電圧を整合させる。

【0003】

トランスには、プライマリ巻線を有するプライマリ側コネクタと、セカンダリ巻線を有するセカンダリ側コネクタを個別に構成し、それらが非接触（コンタクトレス）の状態で動作可能なものがある。このようなトランスを用いた電力変換装置は、非接触給電装置として、例えば地上側から電動自動車に搭載された電池に非接触で電力を供給し、電池を充電する用途等が期待されている。

【0004】

非接触給電装置では、プライマリ側コネクタとセカンダリ側コネクタの間に異物が侵入する可能性があり、異物侵入により、異物の発火・発煙、装置の損傷、電力伝送効率の悪化等が起こる可能性がある。そのため、従来、プライマリ側コネクタとセカンダリ側コネクタの間の状態を検知する技術が検討されている。

【0005】

特許文献１には、送電コイルから受電コイルに非接触で給電する非接触給電装置において、インバータから送電コイルに出力される交流電力の電圧及び電流の位相の変化に基づいて、送電コイル上の金属異物を検出することが開示されている。

【0006】

非特許文献１には、一次コイルと二次コイルの電圧比からトランス効率を推定し、推定したトランス効率と、実際の効率との差が閾値を超えた時、トランス間に異物ありと判断することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】国際公開第２０１５／０３７２９１号

【非特許文献】

【0008】

【文献】駒崎伸也ほか、「電気自動車用非接触給電装置のギャップ中の異物検知法」、平成２４年電気学会産業応用部門大会講演論文集、１１５～１２０（２０１２）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ところで、プライマリ側コネクタとセカンダリ側コネクタが非接触で動作可能であるトランスを用い、トランスを構成する巻線のインダクタンスを利用して降圧、昇圧を行うことが可能な電力変換装置が考えられる。このような電力変換装置において、プライマリ側コネクタとセカンダリ側コネクタの間の状態を検知する簡易な仕組みが望まれている。

【0010】

本発明の目的は、トランスを構成する巻線のインダクタンスを利用して降圧、昇圧を行うことが可能であり、トランスのプライマリ側コネクタとセカンダリ側コネクタの間の状態を簡易に検知することが可能である電力変換装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の電力変換装置は、第１、２プライマリ巻線を有するプライマリ側コネクタ、および、前記第１、２プライマリ巻線に磁気結合するセカンダリ巻線を有するセカンダリ側コネクタを含み、前記プライマリ側コネクタと前記セカンダリ側コネクタが非接触で動作可能であるトランスと、２つのスイッチング素子が直列接続された第１、２アームを並列接続して構成される第１ブリッジ回路、および、前記第１、２アームに並列接続された第１コンデンサを含む第１スイッチング回路と、前記セカンダリ巻線に接続された第２スイッチング回路と、を備え、前記第１プライマリ巻線の一端および前記第２プライマリ巻線の一端が接続されて中途接続点が形成され、前記第１、２プライマリ巻線のそれぞれの他端が前記第１、２アームのそれぞれの２つのスイッチング素子の間に接続され、前記中途接続点と前記第１コンデンサの一端との間に、矩形波または直流の電圧が印加され、前記第１スイッチング回路と前記第２スイッチング回路の間で電力が伝送される電力変換装置であって、前記中途接続点に流れる電流の変化量を検出するセンサをさらに備える、ことを特徴とする。

【0012】

本発明の電力変換装置において、前記センサはピックアップコイルを含み、前記センサは、前記ピックアップコイルにより、前記中途接続点に流れる電流の変化量として、当該電流Ｉｒの微分値ｄＩｒ／ｄｔを検出する、としてもよい。

【0013】

本発明の電力変換装置において、前記センサの検出値に基づいて、前記プライマリ側コネクタと前記セカンダリ側コネクタの間の距離を推定するプロセッサをさらに備える、としてもよい。

【0014】

本発明の電力変換装置において、前記センサの検出値に基づいて、前記プライマリ側コネクタと前記セカンダリ側コネクタの間の異物を検知するプロセッサをさらに備える、としてもよい。

【0015】

本発明の電力変換装置において、前記プロセッサは、前記プライマリ側コネクタと前記セカンダリ側コネクタの間の距離が予め定められた距離以上であると推定した場合、伝送される電力が低下するように、前記中途接続点と前記第１コンデンサの一端との間に印加される矩形波電圧のデューティを制御する、としてもよい。

【0016】

本発明の電力変換装置において、前記プロセッサは、前記プライマリ側コネクタと前記セカンダリ側コネクタの間に異物を検知した場合、前記第１スイッチング回路に含まれるスイッチング素子のスイッチングを停止する、としてもよい。

【0017】

本発明の電力変換装置において、前記トランスは、柱状部を有するコアを含み、前記柱状部は、柱形状を軸方向断面で分割して得られる形状をそれぞれが有し、それぞれの前記軸方向断面が分割ギャップを形成するように配置された２つの分割柱を含み、前記柱状部の軸を横切るギャップによってプライマリ柱状部およびセカンダリ柱状部に分割されており、前記プライマリ柱状部は、前記プライマリ側コネクタに含まれており、前記セカンダリ柱状部は、前記セカンダリ側コネクタに含まれており、前記第１プライマリ巻線は、前記プライマリ柱状部に属する２つの前記分割柱のうちの一方の周囲に設けられ、前記第２プライマリ巻線は、前記プライマリ柱状部に属する２つの前記分割柱のうちの他方の周囲に設けられ、前記セカンダリ巻線は、前記セカンダリ柱状部の周囲に設けられている、としてもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明の電力変換装置によれば、第１、２プライマリ巻線のインダクタンスを利用して、第１、２プライマリ巻線の間の中途接続点と第１コンデンサの一端の間に印加された電圧を昇圧することが可能である。また、当該印加された電圧が矩形波である場合には、第１、２プライマリ巻線のインダクタンスを利用して、当該印加された電圧を降圧することが可能である。昇降圧後の電圧は、第１コンデンサの端子間電圧として得られ、第１ブリッジ回路を介して第１、２プライマリ巻線に印加される。ここで、トランスの励磁インダクタンスは、トランスのプライマリ側コネクタとセカンダリ側コネクタの間の距離や異物等によって変化する。この電力変換装置では、トランスの励磁インダクタンスの大きさによって、第１、２プライマリ巻線の間の中途接続点に流れる電流の変化量の大きさが変化する。従って、中途接続点に流れる電流の変化量を検出するセンサの検出値により、トランスのプライマリ側コネクタとセカンダリ側コネクタの間の状態（距離や異物等）を簡易に検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】電力変換装置を示す図である。

【図2】電池制御装置を示す図である。

【図3】電池制御装置の制御アルゴリズムを概念的に示す図である。

【図4】電流変化量を検出するセンサの外観を示す図である。

【図5】トランスの等価回路を示す図である。

【図6】トランスのギャップが小さい時のシミュレーション結果を示す図である。

【図7】トランスのギャップが大きい時のシミュレーション結果を示す図である。

【図8】Ｄｄ＝１、Ｄｂ≠０．５でトランスのギャップが小さい時のシミュレーション結果を示す図である。

【図9】Ｄｄ＝１、Ｄｂ≠０．５でトランスのギャップが大きい時のシミュレーション結果を示す図である。

【図10】トランスのギャップ長とセンサの検出電圧の関係を示す図である。

【図11】トランスのギャップに異物がある状態を示す図である。

【図12】トランスのギャップに異物がある時のシミュレーション結果を示す図である。

【図13】電力変換装置の制御の流れを示すフローチャートである。

【図14】トランスの斜視図である。

【図15】プライマリコアおよびセカンダリコアを離して配置した場合のトランスの斜視図である。

【図16】プライマリコアの上面側からトランスを眺めた図である。

【図17】セカンダリコアの下面側からトランスを眺めた図である。

【図18】第１プライマリ巻線および第２プライマリ巻線の第２の構成例を示す図である。

【図19】セカンダリ巻線の具体的な構造を示す図である。

【図20】第１プライマリ巻線および第２プライマリ巻線の具体的な構造を示す図である。

【図21】第２プライマリ巻線の具体的な構造を示す図である。

【図22】トランスの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明に係る実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下で述べる構成は、説明のための例示であって、電力変換装置の仕様等に合わせて適宜変更が可能である。同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

【0021】

まず、電力変換装置の基本構成について説明し、次に、電力変換装置が有するトランスのコネクタ間の状態検出について説明する。最後にトランスの詳細構造について説明する。

【0022】

＜電力変換装置の基本構成＞
図１には、電力変換装置１００（電力変換システムとも言う）が示されている。電力変換装置１００は、位相シフト型絶縁ＤＣ－ＤＣコンバータとして動作可能である。電力変換装置１００は、電源部１０２、プライマリ・スイッチング回路１０４、トランス１、セカンダリ・スイッチング回路１０６、センサ６００、プライマリ側コントローラ６３０（プロセッサ）およびセカンダリ側コントローラ（プロセッサ、不図示）を備えている。

【0023】

トランス１は、第１、２プライマリ巻線２２Ａ、２２Ｂを有するプライマリ側コネクタＰ、および、第１、２プライマリ巻線２２Ａ、２２Ｂに磁気結合するセカンダリ巻線２４を有するセカンダリ側コネクタＳを含む。トランス１は、プライマリ側コネクタＰとセカンダリ側コネクタＳが非接触で動作可能である。第１プライマリ巻線２２Ａの一端および第２プライマリ巻線２２Ｂの一端が接続されて中途接続点３２（タップ３２とも言う）が形成されており、第１プライマリ巻線２２Ａの他端は第１プライマリ端子３０であり、第２プライマリ巻線２２Ｂの他端は第２プライマリ端子３４である。セカンダリ巻線２４の一端は第１セカンダリ端子３６であり、セカンダリ巻線２４の他端は第２セカンダリ端子３８である。トランス１の詳細構造については後述する。

【0024】

電力変換システム１００は、プライマリ・スイッチング回路１０４（第１スイッチング回路１０４とも言う）のスイッチングに応じて、第１プライマリ巻線２２Ａおよび第２プライマリ巻線２２Ｂに誘導起電力を発生させて、プライマリ・スイッチング回路１０４が備えるプライマリコンデンサＣｐ（第１コンデンサＣｐとも言う）を充電する。さらに、プライマリ・スイッチング回路１０４およびセカンダリ・スイッチング回路１０６のスイッチングによって、プライマリ・スイッチング回路１０４とセカンダリ・スイッチング回路１０６との間で電力が伝送される。

【0025】

プライマリ・スイッチング回路１０４は、フルブリッジ回路である第１ブリッジ回路６１０、およびプライマリコンデンサＣｐを備えている。第１ブリッジ回路６１０は、２つのスイッチング素子が直列接続された第１アームＸと、同様に２つのスイッチング素子が直列接続された第２アームＹとを並列接続して構成される。第１、２アームＸ、Ｙはそれぞれ、２つのスイッチング素子の一方がオンであるときは、他方はオフになり、２つのスイッチング素子は交互にオンオフする。

【0026】

図１にはスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられた場合が示されている。一方のＭＯＳＦＥＴのソース端子に他方のＭＯＳＦＥＴのドレイン端子が接続されている。各ＭＯＳＦＥＴのドレイン端子とソース端子との間には、ドレイン端子の側をカソード端子としてダイオードが接続されている。

【0027】

第１アームＸにおける２つのスイッチング素子の接続点（以下、アーム中点という。他のアームについても同様である。）は、トランス１の第１プライマリ端子３０に接続されている。第２アームＹにおけるアーム中点は、トランス１の第２プライマリ端子３４に接続されている。プライマリコンデンサＣｐは、第１、２アームＸ、Ｙに並列接続されている。

【0028】

トランス１のタップ３２とプライマリコンデンサＣｐの一端との間には、電源部１０２が接続されており、電源部１０２から矩形波または直流の電圧Ｖｒが印加される。

【0029】

プライマリ側コントローラ６３０（単にコントローラまたはプロセッサとも言う）は、第１ブリッジ回路６１０の各スイッチング素子のゲート信号を制御して、各スイッチング素子のスイッチングを制御する。センサ６００は、トランス１のタップ３２に流れる電流Ｉｒの変化量を検出する。コントローラ６３０は、センサ６００の検出値Ｖｓｅｎｓに基づいて、トランス１のプライマリ側コネクタＰとセカンダリ側コネクタＳの間の状態（距離や異物等）を検知する。この詳細については後述する。

【0030】

セカンダリ・スイッチング回路１０６（第２スイッチング回路１０６とも言う）は、フルブリッジ回路である第２ブリッジ回路６１２、および、セカンダリコンデンサＣｓ（第２コンデンサＣｓとも言う）を備えている。第２ブリッジ回路６１２は、２つのスイッチング素子が直列接続された第３アームＵと、同様に２つのスイッチング素子が直列接続された第４アームＶとを並列接続して構成される。セカンダリコンデンサＣｓは、第３、４アームＵ、Ｖに並列接続されている。第３アームＵにおけるアーム中点は、トランス１の第２セカンダリ端子３８に接続されている。第４アームＶにおけるアーム中点は、トランス１の第１セカンダリ端子３６に接続されている。セカンダリコンデンサＣｓの上側の端子は、セカンダリ正極端子１０８Ｐに接続され、セカンダリコンデンサＣｓの下側の端子は、セカンダリ負極端子１０８Ｎに接続されている。セカンダリ正極端子１０８Ｐとセカンダリ負極端子１０８Ｎには、負荷／発電回路（図示せず）が接続される。負荷／発電回路は、セカンダリ・スイッチング回路１０６から供給される電力を消費する回路であってもよいし、セカンダリ・スイッチング回路１０６に電力を供給する回路であってもよい。セカンダリ側コントローラ（不図示）は、第２ブリッジ回路６１２の各スイッチング素子のゲート信号を制御して、各スイッチング素子のスイッチングを制御する。

【0031】

第１、２アームＸ、Ｙは、１８０°の位相差でスイッチングする。第１、２アームＸ、Ｙ（第１ブリッジ回路６１０）のオン時比率（デューティＤｂとも言う）を調整することで、電源部１０２が出力する電圧Ｖｒが昇圧され、プライマリコンデンサＣｐが充電される。ここで、第１、２アームＸ、Ｙのスイッチングタイミングは、第１、２アームＸ、Ｙのそれぞれにおける上側のスイッチング素子のオンオフのタイミングとして定義される。第１、２アームＸ、Ｙのオン時比率は、スイッチング周期に対する、第１、２アームＸ、Ｙのそれぞれにおける上側のスイッチング素子がオンになる時間の比率として定義される。

【0032】

第１、２アームＸ、Ｙのスイッチングによって、第１、２プライマリ巻線２２Ａ、２２Ｂが昇圧用インダクタとして機能し、電源部１０２が出力する電圧Ｖｒが昇圧され、昇圧後の電圧がプライマリコンデンサＣｐの端子間に現れる。また、電源部１０２が出力する電圧Ｖｒが矩形波である場合、第１、２プライマリ巻線２２Ａ、２２Ｂは降圧用インダクタとしても機能する。この場合、第１、２プライマリ巻線２２Ａ、２２Ｂにより矩形波のリップルが抑制されると共に、矩形波の電圧Ｖｒのオン時比率（デューティＤｄとも言う）に応じて電圧Ｖｒが降圧され、降圧後の電圧が昇圧されてプライマリコンデンサＣｐの端子間に現れる。プライマリコンデンサＣｐの端子間電圧Ｖ１（昇降圧後の電圧）は、第１、２アームＸ、Ｙ（第１ブリッジ回路６１０）を介して第１、２プライマリ巻線２２Ａ、２２Ｂに印加される。第１、２プライマリ巻線２２Ａ、２２Ｂは、トランス１として機能するための励磁インダクタンスＬｍおよび漏れインダクタンスＬＩを有すると共に、上記したように昇圧用インダクタ（昇圧用インダクタンスＬｂ）、降圧用インダクタ（降圧用インダクタンスＬｄ）としても機能する。

【0033】

第３、４アームＵ、Ｖのオン時比率は、第１、２アームＸ、Ｙのオン時比率（デューティＤｂ）と同一であってよい。第３、４アームＵ、Ｖは、１８０°の位相差でスイッチングする。また、第１、２アームＸ、Ｙ（第１ブリッジ回路６１０）と、第３、４アームＵ、Ｖ（第２ブリッジ回路６１２）のスイッチング位相差が調整されることで、プライマリ・スイッチング回路１０４からセカンダリ・スイッチング回路１０６に伝送される電力、または、セカンダリ・スイッチング回路１０６からプライマリ・スイッチング回路１０４に伝送される電力が調整されてよい。

【0034】

すなわち、第１、２アームＸ、Ｙ（第１ブリッジ回路６１０）と、第３、４アームＵ、Ｖ（第２ブリッジ回路６１２）との間にスイッチング位相差が生じることで、第１プライマリ巻線２２Ａおよび第２プライマリ巻線２２Ｂのそれぞれの端子間電圧と、セカンダリ巻線２４の端子間電圧との差異が大きくなる。これによって、第３、４アームＵ、Ｖを介して、セカンダリコンデンサＣｓおよび負荷／発電回路に流れる電流が大きくなり、セカンダリコンデンサＣｓおよび負荷／発電回路に電力が供給される。あるいは、セカンダリコンデンサＣｓおよび負荷／発電回路からプライマリ・スイッチング回路１０４に向けて電力が供給される。

【0035】

トランス１のプライマリ側コネクタＰは、電源部１０２およびプライマリ・スイッチング回路１０４から引き出された導線の先に接続されてよい。また、セカンダリ側コネクタＳは、セカンダリ・スイッチング回路１０６から引き出された導線の先に接続されてよい。

【0036】

後述するように、トランス１の第１プライマリ巻線２２Ａおよび第２プライマリ巻線２２Ｂの結合度は小さくなっている。そのため、本実施形態に係る電力変換装置１００において、プライマリ・スイッチング回路１０４のスイッチングによって、第１プライマリ巻線２２Ａおよび第２プライマリ巻線２２Ｂに、十分な誘導起電力が発生し、電源部１０２の出力電圧を昇圧してプライマリコンデンサＣｐに印加するという昇圧効果が高められる。さらに、第１プライマリ巻線２２Ａとセカンダリ巻線２４との結合、および第２プライマリ巻線２２Ｂとセカンダリ巻線２４との結合によって、プライマリ・スイッチング回路１０４とセカンダリ・スイッチング回路１０６との間で電力が授受される。

【0037】

図２には、電池制御装置１２０（電池制御システム１２０、電力変換装置１２０とも言う）が示されている。電池制御装置１２０は、図１に示された電力変換装置１００における電源部１０２を、複数の電池モジュール１２２に置き換えたものである。図２において、トランス１のプライマリ側コネクタＰとそれよりも左側の部分を「バッテリ側」と、トランス１のセカンダリ側コネクタＳとそれよりも右側の部分を「アプリケーション側」と定義する。例えば、電池制御装置１２０は、非接触給電装置であり、「アプリケーション側」がハイブリッド自動車や電気自動車等の電動自動車に搭載されて、「バッテリ側」から電動自動車（アプリケーション側）に向かって電力を供給し、電動自動車に搭載された電池を充電するものであってもよい。

【0038】

図２の電池制御装置１２０において、複数の電池モジュール１２２のそれぞれは、正極端子１２８Ｐおよび負極端子１２８Ｎを備えており、複数の電池モジュール１２２は、前段の電池モジュール１２２の負極端子１２８Ｎに後段の電池モジュール１２２の正極端子１２８Ｐが接続されるように直列接続されている。

【0039】

各電池モジュール１２２は、電池１２４、シリーズスイッチング素子１２６Ｓ、パラレルスイッチング素子１２６Ｐ、モジュール内コンデンサＣｍを備えている。正極端子１２８Ｐと負極端子１２８Ｎとの間にはパラレルスイッチング素子１２６Ｐが接続されている。図２には、パラレルスイッチング素子１２６ＰとしてＭＯＳＦＥＴが用いられた例が示されている。この場合、ドレイン端子が正極端子１２８Ｐに接続され、ソース端子が負極端子１２８Ｎに接続される。

【0040】

正極端子１２８Ｐと電池１２４の正電極との間には、シリーズスイッチング素子１２６Ｓが接続されている。シリーズスイッチング素子１２６ＳとしてＭＯＳＦＥＴが用いられた場合、ソース端子が正極端子１２８Ｐに接続され、ドレイン端子が電池１２４の正電極に接続される。電池１２４の負電極は負極端子１２８Ｎに接続されている。

【0041】

各スイッチング素子にＭＯＳＦＥＴが用いられた場合、各ＭＯＳＦＥＴのドレイン端子とソース端子との間には、ドレイン端子の側をカソード端子としてダイオードが接続される。電池１２４の正電極とシリーズスイッチング素子１２６Ｓとの接続点と、負極端子１２８Ｎとの間にはモジュール内コンデンサＣｍが接続されている。

【0042】

各電池モジュール１２２の動作について説明する。パラレルスイッチング素子１２６Ｐ、シリーズスイッチング素子１２６Ｓおよびモジュール内コンデンサＣｍは、第１プライマリ巻線２２Ａおよび第２プライマリ巻線２２Ｂと共に、降圧コンバータ回路を構成する。これは、上記した第１、２プライマリ巻線２２Ａ、２２Ｂが降圧用インダクタとして機能するものである。すなわち、パラレルスイッチング素子１２６Ｐおよびシリーズスイッチング素子１２６Ｓが交互にオンオフすることによって、第１プライマリ巻線２２Ａおよび第２プライマリ巻線２２Ｂに誘導起電力が発生し、複数の電池モジュール１２２における電池１２４の出力電圧の加算合計値に対する降圧電圧が、第１アームＸのアーム中点と第２アームＹのアーム中点との間に印加される。

【0043】

各電池モジュール１２２におけるシリーズスイッチング素子１２６Ｓおよびパラレルスイッチング素子１２６Ｐは、各電池モジュール１２２における電池１２４の充電量の指標であるＳＯＣ（State Of Charge）に応じたオン時比率でオンオフ制御されてよい。この場合、スイッチング周期に対する、シリーズスイッチング素子１２６Ｓがオンになる時間の比率としてオン時比率（デューティＤｄ）を定義すると、電池１２４のＳＯＣが大きいほどオン時比率が小さくされる。これによって、複数の電池１２４の出力電圧のバラツキが抑制され、第１アームＸのアーム中点と第２アームＹのアーム中点との間に印加される電圧が安定化される。

【0044】

図２の上から第ｉ番目の電池モジュール１２２における電池１２４の出力電圧Ｖｂｉと、プライマリコンデンサＣｐの端子間電圧Ｖ１との関係は、（数１）によって表される。

【0045】

（数１）Ｖ１＝（Ｄｄ／Ｄｂ）・ΣＶｂｉ

【0046】

Σは整数ｉについて加算合計することを意味する。Ｄｄは各電池モジュール１２２のオン時比率（デューティ）であり、Ｄｂは第１、２アームＸ、Ｙ（第１ブリッジ回路６１０）および第３、４アームＵ、Ｖ（第２ブリッジ回路６１２）のオン時比率（デューティ）である。本実施形態では、第１プライマリ巻線２２Ａおよび第２プライマリ巻線２２Ｂを併せた巻き数と、セカンダリ巻線２４の巻き数とを同一としてよい。この場合、プライマリコンデンサＣｐの端子間電圧Ｖ１と、セカンダリコンデンサＣｓの端子間電圧Ｖ２、すなわちセカンダリ電圧Ｖ２とは等しくなり、セカンダリ電圧Ｖ２は（数２）のように表される。

【0047】

（数２）Ｖ２＝（Ｄｄ／Ｄｂ）・ΣＶｂｉ

【0048】

第１、２アームＸ、Ｙおよび第３、４アームＵ、Ｖのオン時比率Ｄｂを０．５とすることで、各スイッチング素子におけるスイッチング損失や、トランス１における銅損が低減される。（数２）においてＤｂ＝０．５、Ｄｄ＝１とした場合、セカンダリ電圧Ｖ２はＶ２＝２・ΣＶｂｉである。各電池モジュール１２２のオン時比率ＤｄをＤｄ＝１として一定にする（Ｖｒを直流にする）ことは、各電池モジュール１２２におけるパラレルスイッチング素子１２６Ｐをオフに維持し、各電池モジュール１２２におけるシリーズスイッチング素子１２６Ｓをオンに維持することを意味している。セカンダリ・スイッチング回路１０６が、２・ΣＶｂｉよりも小さい電圧をセカンダリ電圧Ｖ２として出力する場合、０を超える１未満の範囲でオン時比率Ｄｄを調整することで、（数３）に示されるように、セカンダリ電圧Ｖ２が０を超える２・ΣＶｂｉ未満の電圧に調整される。

【0049】

（数３）Ｖ２＝２・Ｄｄ・ΣＶｂｉ

【0050】

これによって、電力損失を抑制しつつ、２・ΣＶｂｉよりも小さいセカンダリ電圧Ｖ２がセカンダリ・スイッチング回路１０６から出力される。

【0051】

次に、２・ΣＶｂｉよりも大きいセカンダリ電圧Ｖ２をセカンダリ・スイッチング回路１０６が出力する場合について説明する。（数２）においてＤｄ＝１とした場合、セカンダリ電圧Ｖ２は（数４）で表される。

【0052】

（数４）Ｖ２＝（１／Ｄｂ）・ΣＶｂｉ

【0053】

したがって、各電池モジュール１２２のオン時比率ＤｄをＤｄ＝１として一定に維持し、第１、２アームＸ、Ｙおよび第３、４アームＵ、Ｖのオン時比率Ｄｂを０を超える０．５未満の値に調整することで、セカンダリ電圧Ｖ２が２・ΣＶｂｉを超える電圧に調整される。

【0054】

図３には、横軸にΣＶｂｉをとり、縦軸にセカンダリ電圧Ｖ２をとったＶ２－ΣＶｂｉ平面によって、電池制御装置１２０の制御アルゴリズムが概念的に示されている。傾きが正の直線ＬＬは、Ｖ２＝２ΣＶｂｉで表される直線である。

【0055】

直線ＬＬよりも下側の領域Ｌｏｗは、第１、２アームＸ、Ｙおよび第３、４アームＵ、Ｖのオン時比率Ｄｂを０．５に維持した上で、０を超える１未満の範囲でオン時比率Ｄｄを調整することで、セカンダリ電圧Ｖ２が（数３）に従って調整される領域である。直線ＬＬよりも上側の領域Ｈｉｇｈは、各電池モジュール１２２のオン時比率Ｄｄを１に維持した上で、０を超える０．５未満の範囲でオン時比率Ｄｂを調整することで、セカンダリ電圧Ｖ２が（数４）に従って調整される領域である。

【0056】

なお、各電池モジュール１２２内のスイッチング素子はプライマリ側コントローラ６３０により制御される。

【0057】

＜トランスのコネクタ間の状態検出＞
次に、トランス１のプライマリ側コネクタＰとセカンダリ側コネクタＳの間の状態（距離や異物等）の検出について説明する。図１５に示すように、プライマリ側コネクタＰは、プライマリコア１０を含み、第１、２プライマリ巻線２２Ａ、２２Ｂはプライマリコア１０に配置されている。セカンダリ側コネクタＳは、セカンダリコア１２を含み、セカンダリ巻線はセカンダリコア１２に配置されている。図２２（図１５のＡＡ断面図）に示すように、プライマリ側コネクタＰとセカンダリ側コネクタＳは、脱着可能に構成されており、それらの間にギャップＧが形成され得る。

【0058】

ギャップＧの距離ｄが大きくなるとトランス１の励磁インダクタンスＬｍが減少し、かつ漏れインダクタンスＬＩが増加する為、出力の低下および効率の悪化が生じる。また、ギャップＧに金属物質が混入した場合は、その物質に対して誘導加熱を生じ、発火・発煙、装置の損傷、電力伝送効率の悪化等が生じる可能性がある。そこで、電力変換装置１００は、トランス１の２つのコネクタＰ、Ｓの間の状態を検出するために、トランス１のタップ３２（中途接続点、図１、２参照）に流れる電流の変化量を検出するセンサ６００を備える。

【0059】

センサ６００は、トランス１のタップ３２に流れる電流Ｉｒのリップル量（ｄＩｒ／ｄｔ）を検出する。その検出値は、励磁インダクタンスＬｍの大きさや、ギャップＧの距離ｄの大きさを表す。図１の破線で囲った部分がセンサ６００であり、センサ６００は、ピックアップコイルＰｃと、ピックアップコイルＰｃに接続された検出回路６０２を含む。検出回路６０２は、非反転増幅回路と整流平滑化回路を含む。センサ６００は、図４に示すように、トランスのタップ（中途接続点）に接続された配線の一部（被測定ワイヤＷｒと言う）に対してピックアップコイルＰｃを非接触で接続したものであってよい。ピックアップコイルＰｃは、例えばロゴスキーコイルであってよい。この場合、ＳＮ比を高く取ることができる安価なセンサ６００を、プリント基板を用いて作ることができる。

【0060】

ピックアップコイルＰｃと被測定ワイヤＷｒの間の結合インダクタンスをＭｒとすると、ピックアップコイルＰｃの端子間電圧Ｖｃｏｉｌ（図１参照）として、電流Ｉｒの微分値ｄＩｒ／ｄｔにＭｒを乗じた電圧（Ｍｒ×ｄＩｒ／ｄｔ）が得られる。センサ６００は、電圧Ｖｃｏｉｌを増幅し、整流平滑化することにより、検出電圧Ｖｓｅｎｓを得る。ここで、センサ６００の非反転増幅回路のゲインをＫとすると、検出電圧Ｖｓｅｎｓは（数５）で表される。

【0061】

（数５）Ｖｓｅｎｓ＝Ｍｒ×｜ｄＩｒ／ｄｔ｜×Ｋ

【0062】

なお、Ｍｒが十分に大きい場合には、非反転増幅回路を省略してもよい。ここで、以降の説明にあたって、トランス１の各部の電圧、電流の符号を定義する。図５は、トランス１の等価回路を示す図である。図５に示すように、第１プライマリ巻線２２Ａに流れる電流をＩｔｐ１、第２プライマリ巻線２２Ｂに流れる電流をＩｔｐ２、タップ３２（中途接続点）に流れる電流をＩｒ、セカンダリ巻線２４に流れる電流をＩｔｓと定義する。また、第１、２プライマリ端子３０、３４の端子間電圧をＶｐ、第１、２セカンダリ端子３６、３８の端子間電圧をＶｓと定義する。また、第１プライマリ巻線２２Ａが形成するインダクタンスをＬ１、第２プライマリ巻線２２Ｂが形成するインダクタンスをＬ２、セカンダリ巻線２４が形成するインダクタンスをＬ３と定義する。

【0063】

図６は、矩形波の電圧Ｖｒに対するトランス１の各部の電圧、電流と、センサ６００の検出電圧Ｖｓｅｎｓの一例を示す図である。図６には、第１、２アームＸ、Ｙ（第１ブリッジ回路６１０）と第３、４アームＵ、Ｖ（第２ブリッジ回路６１２）がデューティＤｂ＝０．５で動作し、第１、２ブリッジ回路６１０、６１２の動作周波数に対して早い周波数で電圧ＶｒがデューティＤｄ＝０．５で変動している場合（図３の領域Ｌｏｗの制御）が示されている。図６に示すように、第１ブリッジ回路６１０と第２ブリッジ回路６１２の間の位相差制御に従ったＩｔｐ１、Ｉｔｐ２およびＩｔｓが流れる。第１ブリッジ回路６１０の第１、２アームＸ、Ｙは１８０度位相で動作しているため、Ｉｔｐ１とＩｔｐ２の合成成分として流れる電流成分では昇圧動作によるリップル分が相殺される事となり、その電流成分はほぼ直流となる。一方、電圧Ｖｒの入力に対しては、インダクタンスＬ１、Ｌ２が電流変化を制限する降圧インダクタ（降圧リアクトルとも言う）として作用し、電流リップルが発生する。従って、実際にトランス１のタップ３２に流れる電流Ｉｒは負荷量に応じた直流に三角波状の電流リップルが重畳したものとなる。電流Ｉｒの変化量の絶対値｜ｄＩｒ／ｄｔ｜は（数６）で表される。

【0064】

（数６）｜ｄＩｒ／ｄｔ｜＝（Ｖ１×Ｄｂ－Ｖｒ×Ｄｄ）／（Ｌ１／／Ｌ２）

【0065】

上記（数６）において（Ｌ１／／Ｌ２）は、Ｌ１とＬ２が並列接続であることを示す。ここで、トランス１のコアと巻線の設計からＬ１＝Ｌ２＝Ｌとする。そうすると、トランス１のタップ３２（中途接続点）から見た第１、２プライマリ巻線２２Ａ、２２Ｂは並列接続（Ｌ１とＬ２が並列接続）であるから、降圧インダクタンスは０．５Ｌとなる。つまり、（Ｌ１／／Ｌ２）＝０．５Ｌとなる。また、トランス１の観点から見た第１、２プライマリ巻線２２Ａ、２２Ｂは直列接続（Ｌ１とＬ２が直列接続）であるから、励磁インダクタンスＬｍ＝２Ｌとなる。上記の（数５）、（数６）と、（Ｌ１／／Ｌ２）＝０．５Ｌと、励磁インダクタンスＬｍ＝２Ｌから、励磁インダクタンスＬｍは（数７）で表される。

【0066】

（数７）Ｌｍ ＝ ４（Ｋ×Ｍｒ）×（Ｖ１×Ｄｂ－Ｖｒ×Ｄｄ）／Ｖｓｅｎｓ

【0067】

上記（数７）において電圧センサなどを用いてＶ１、Ｖｒが既知の値であるとすれば、上記（数７）により、センサの検出電圧Ｖｓｅｎｓから励磁インダクタンスＬｍを求めることができる。すなわち、コントローラ６３０は、センサ６００の検出電圧Ｖｓｅｎｓから、励磁インダクタンスＬｍを求めることできる。

【0068】

図１０は、励磁インダクタンスＬｍとＶｓｅｎｓの大小関係を示すグラフであり、トランス１の２つのコネクタＰ、ＳのギャップＧの距離ｄとの大小関係も合わせて示されている。図１０に示すように、ギャップＧの距離ｄが大きくなるほど、励磁インダクタンスＬｍが小さくなる関係があり、励磁インダクタンスＬｍが小さくなるほど、Ｖｓｅｎｓが大きくなる関係がある。従って、コントローラ６３０は、図１０に示す関係に基づいて、ＶｓｅｎｓまたはＶｓｅｎｓの変化から、ギャップＧの距離ｄまたは距離ｄの変化を検出することができる。

【0069】

図７は、図６に示す動作波形における電力変換装置の動作条件から、トランス１の２つのコネクタＰ、ＳのギャップＧの距離ｄをより大きくした時の動作波形を示す図である。図７に示すように、図７の場合は図６の場合に比べて、インダクタンスＬ１、Ｌ２が小さくなり、励磁インダクタンスＬｍが小さくなるので、センサ６００の検出電圧Ｖｓｅｎｓが大きくなっている。

【0070】

ところで、図３の領域Ｈｉｇｈの制御では、各電池モジュール１２２のデューティＤｄ
＝１となり、Ｖｒが一定値（直流）となる。そうすると、これまでの説明であると、トランス１のタップ３２に流れる電流Ｉｒにリップルが生じない為、ギャップＧの距離ｄの検出が不可能とも考えられる。しかし、電力変換装置１００、１２０における領域Ｈｉｇｈの制御では、第１、２アームＸ、Ｙ（第１ブリッジ回路６１０）のデューティＤｂ≠０．５で動作するため、図８に示すように、トランス１の電圧Ｖｐがゼロになる期間ｔａが生じる。この場合、トランス１の電流Ｉｔｐ１、Ｉｔｐ２の合計値に昇圧に伴うリップルが重畳する事になり、期間ｔａの間に電流Ｉｒに大きな変化（リップル）が生じる。ギャップＧの距離ｄが変化すると、第１ブリッジ回路６１０の動作における昇圧インダクタンスＬｂが変化し、電流Ｉｒの変化量も変化する。従って、センサ６００の検出電圧Ｖｓｅｎｓが変化するので、ＶｓｅｎｓからギャップＧの距離ｄを検出することができる。

【0071】

図８は、図３の領域Ｈｉｇｈの制御（Ｄｄ＝１、Ｄｂ≠０．５）における、トランス１の各部の電圧、電流と、センサ６００の検出電圧Ｖｓｅｎｓの一例を示す図である。図９は、図８に示す動作波形における電力変換装置の動作条件から、トランス１の２つのコネクタＰ、ＳのギャップＧの距離ｄをより大きくした時の動作波形を示す図である。図９に示すように、図９の場合は図８の場合に比べて、インダクタンスＬ１、Ｌ２が小さくなり、励磁インダクタンスＬｍが小さくなるので、センサ６００の検出電圧Ｖｓｅｎｓが大きくなっている。

【0072】

次に、トランス１の２つのコネクタＰ、ＳのギャップＧに混入した金属異物の検出について説明する。図１１は、金属異物（金属板７００）が混入した状態のトランス１の概略断面図である。図１１において、楕円マークは第１プライマリ巻線２２Ａの断面を、ダイヤマークは第２プライマリ巻線２２Ｂの断面を、四角マークはセカンダリ巻線２４の断面を示している。第１、２プライマリ巻線２２Ａ、２２Ｂはプライマリコア１０に配置されており、セカンダリ巻線２４はセカンダリコア１２に配置されている。

【0073】

図１１には、プライマリ側のインダクタンスＬ１、Ｌ２を形成する部分を金属板７００が磁気的にショートさせた場合が示されている。この場合、金属板７００とプライマリコア１０を通る磁路７０２によって、インダクタンスＬ１、Ｌ２が結合状態となり、励磁インダクタンスＬｍの値が著しく低下する。従って、センサ６００の検出電圧Ｖｓｅｎｓとして、非常に大きな値が現れる。この値は、図１０に示す、ギャップＧの距離ｄが大きくなってセンサ６００の検出電圧Ｖｓｅｎｓが飽和する電圧Ｖｓｍよりも大きな値である。従って、コントローラ６３０は、検出電圧Ｖｓｅｎｓから、ギャップＧに混入した金属異物を容易に検出することができる。なお、銅板などの非磁性な金属がギャップＧに混入した場合には、プライマリ側コネクタＰとセカンダリ側コネクタＳの間の結合が著しく弱くなるため、励磁インダクタンスＬｍの低下により電流Ｉｒのリップルが大きくなり、同様の検出が可能である。

【0074】

以上説明した実施形態によれば、電圧調整機能を有する昇圧機能と降圧機能を１つの磁気部品で兼ね備えているトランス１を用い、トランス１のタップ３２に流れる電流Ｉｒの電流変化量（ｄＩｒ／ｄｔ）を直接検出する簡易なセンサを用いることにより、トランス１のギャップＧの距離ｄや、ギャップＧ間の異物によるトランス１の動作の変化を精度よく検知することができる。

【0075】

先行技術である特許文献１は、送電コイルと受電コイルの間の異物混入による負荷特性の変化に伴う状態変化を、送電コイルに出力される電圧及び電流の位相変化から検出する手法であるが、位相検出手段を必要とし、高精度な時間分解能を有する検出手段が必要となる。また、別の先行技術である非特許文献１は、トランス間の異物混入による効率変動を検出する手段であるが、効率変動要因であるトランス間の距離変化と異物混入を差別化することができず、また、変動幅が小さいため、高度な検出センサが必要となる。いずれの先行技術においても、位相や効率といった間接的な要因からトランス間の状態を推定するものであり、トランス間の状態を厳密に捉えきれない可能性もある。

【0076】

一方、以上説明した実施形態によれば、トランス１の２つのコネクタＰ、Ｓの間の状態によって変化する励磁インダクタンスＬｍそのもの、または、励磁インダクタンスＬｍの変化を表すＶｓｅｎｓを検出する構成であるから、コネクタ間の状態を精度よく捉えることができる。しかも、使用するセンサ６００は、非常に簡易な構成であって、小型である。

【0077】

なお、以上説明したセンサ６００は、電流Ｉｒの微分値（ｄＩｒ／ｄｔ）を検出するものであったが、センサ６００は、それに限定されるものではない。例えば、センサ６００は、トランス１のタップ３２（中途接続点）に流れる電流Ｉｒの変化量として、電流Ｉｒの振幅を検出する電流センサであってもよい。また、例えば、センサ６００は、電流Ｉｒの変化量として、電流Ｉｒの単位時間あたりの変化量を検出するものであってもよい。

【0078】

次に、センサ６００の検出電圧Ｖｓｅｎｓに基づいた、コントローラ６３０の制御について説明する。まず、図１０のグラフについて補足する。図１０において、ギャップＧの距離ｄ＝０で、トランス１の材料や構造等から励磁インダクタンスＬｍが一定値となることは既知である。この時、励磁インダクタンスＬｍは最大値となるため、トランス１のタップ３２に流れる電流Ｉｒのリップル量から得られるＶｓｅｎｓの値は最小（Ｖｓ０）となる。また、距離ｄが十分に長い場合には、励磁インダクタンスＬｍは０となり、回路のインダクタンスは一定値の漏れインダクタンスＬＩのみとなる。従って、この場合、電流Ｉｒのリップル量は漸近的にある値に収束するため、Ｖｓｅｎｓもある値（Ｖｓｍ）が最大値となる。

【0079】

ここで、回路のスイッチング電流の許容最大値から得られる動作制約を守るため、Ｖｓｅｎｓに最大値（Ｖｓｌ）を設ける。また、距離ｄが比較的小さい場合には、励磁インダクタンスＬｍの変化が線形的になる。この励磁インダクタンスＬｍの変化が線形的になる領域に対応したＶｓｅｎｓの範囲をゾーンＡと定義する。以下説明するように、コントローラ６３０は、検出されるＶｓｅｎｓがゾーンＡに無い場合には、励磁インダクタンスＬｍの低下に伴う損失増加を考慮した出力抑制や電圧抑制を行う。また、コントローラ６３０は、検出されるＶｓｅｎｓがゾーンＡに収まるようにフィードバック制御を行い、すなわち、意図しない小さな距離ｄの変動に対してフィードバック制御を行い、回路を適切に保護しながら電力制御動作を継続してもよい。

【0080】

図１３は、コントローラ６３０（プロセッサ）による具体的な制御の流れを示すフローチャートである。コントローラ６３０は、予め定められた周期で図１３のフローを実行する。図１３に示すように、まず、Ｓ１００で、コントローラ６３０は、センサ６００の検出電圧Ｖｓｅｎｓを取得する。次に、Ｓ１０２で、コントローラ６３０は、検出電圧Ｖｓｅｎｓが予め定められた電圧Ｖｓｌ（図１０に示すＶｓｌ）よりも小さいかを確認する。

【0081】

Ｓ１０２で、検出電圧Ｖｓｅｎｓが予め定められた電圧Ｖｓｌ以上である場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）には、コントローラ６３０は、トランス１の２つのコネクタＰ、Ｓの間に異物があると判断し、Ｓ１０４に進む。Ｓ１０４で、コントローラ６３０は、第１スイッチング回路１０４に含まれるスイッチング素子のスイッチングを停止する。これにより、トランス１間への異物混入による発火・発煙、装置の損傷、電力伝送効率の悪化を的確に防ぐことができる。そして、コントローラ６３０は図１３のフローを終了する。なお、Ｓ１０４の処理は、コントローラ６３０が異物を検知した場合の処理の一例であり、回路がリレースイッチを含む場合には、そのスイッチがオフにされて電流が遮断されてもよい。

【0082】

一方、Ｓ１０２で、検出電圧Ｖｓｅｎｓが予め定められた電圧Ｖｓｌよりも小さい場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）には、Ｓ１０６に進む。Ｓ１０６で、コントローラ６３０は、検出電圧Ｖｓｅｎｓが予め定められたゾーンＡ（図１０参照）の範囲内にあるかを確認する。ＶｓｅｎｓがゾーンＡの範囲内にある場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）には、コントローラ６３０は、トランス１のギャップＧの距離ｄが正常な範囲内にあると判断し、出力を制限せず（Ｓ１０８）に、第１スイッチング回路１０４に含まれるスイッチング素子のスイッチングを継続する（Ｓ１１２）。

【0083】

一方、Ｓ１０６で、ＶｓｅｎｓがゾーンＡの範囲内にない場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）には、コントローラ６３０は、トランス１のギャップＧの距離ｄが正常な範囲内にないと判断し、Ｓ１１０に進む。なお、距離ｄが正常な範囲内にないとは、例えば、距離ｄが予め定められた距離以上であることを意味し、それにより、励磁インダクタンスＬｍが低下して電力伝送効率が悪化している状態である。すなわち、Ｓ１０６がＮｏの場合とは、例えば、コントローラ６３０が、距離ｄが予め定められた距離以上であると推定する場合である。

【0084】

Ｓ１１０で、コントローラ６３０は、伝送される電力が低下するように、各電池モジュール１２２（図２参照）のデューティＤｄを制御する。具体的には、コントローラ６３０は、Ｄｄを低下させることで、プライマリコンデンサＣｐの端子間電圧Ｖ１を制限する。そして、第１スイッチング回路１０４に含まれるスイッチング素子のスイッチングを継続する（Ｓ１１２）。これにより、励磁インダクタンスＬｍの低下に伴う損失増加を考慮した出力抑制、電圧抑制が行われ、回路を適切に保護しながら電力制御動作を継続することができる。以上説明した図１３のフローを、コントローラ６３０は予め定められた周期で実行する。

【0085】

以上説明した電力変換装置１００、１２０によれば、トランス１のギャップＧの距離ｄの変動に対して単調かつリアルタイムにセンサ６００の検出電圧Ｖｓｅｎｓが変化する。そのため、高速かつ高精度に距離ｄおよびギャップＧにある異物の推定が可能であり、装置（システム）を安全に運用可能になるほか、ギャップＧの状態に応じて効率よく動作を制御する事が可能になり、装置の高効率化を実現することができる。

【0086】

また、センサ６００はコイルを利用した簡易的な物であり、高精度かつ大型なセンシング手段を必要としないため、装置（システム）を小型化することができる。

【0087】

なお、以上の説明から分かるように、コントローラ６３０（プロセッサ）は、センサ５の検出電圧Ｖｓｅｎｓに基づいて、トランス１の２つのコネクタＰ、Ｓの間の距離ｄを推定することができる。この推定は、距離ｄの厳密な値を推定するものに限らず、例えば、距離ｄが長い、短いといった距離ｄの相対的な状態を推定するものであってもよい。

【0088】

なお、上記した実施形態において、プロセッサとは広義的なプロセッサを指し、メモリに記憶されたプログラムに従って動作するプロセッサ（例えばCPU：Central Processing Unit等）や、ハードウェアロジックで構成されたプロセッサ（例えばASIC：Application Specific Integrated Circuit、FPGA：Field Programmable Gate Array、プログラマブル論理デバイス等）を含むものである。また、上記した実施形態におけるプロセッサの動作は、１つのプロセッサによって成すのみでなく、物理的に離れた位置に存在する複数のプロセッサが協働して成すものであってもよい。

【0089】

また、上記したプライマリ側コントローラ６３０と、セカンダリ側コントローラは協調して動作する構成であってもよい。

【0090】

＜トランスの詳細構造＞
次に、トランス１の詳細構造について説明する。図１４には、本発明の実施形態に係るトランス１の斜視図が示されている。トランス１は、略円柱形状のプライマリコア１０、略円柱形状のセカンダリコア１２を備えている。図１５には、プライマリコア１０およびセカンダリコア１２を離して配置した場合の斜視図が示されている。ただし、図１５では、セカンダリコア１２およびプライマリコア１０が上下の配置を逆にして描かれている。プライマリコア１０とセカンダリコア１２のそれぞれは、中心軸を含む断面で円柱形状が分割された形状を有している。

【0091】

プライマリコア１０を構成する２つの分割コア１０Ａおよび１０Ｂのうちの一方の断面と、他方の断面とが対向して分割ギャップ１０Ｇが形成されている。また、セカンダリコア１２を構成する２つの分割コア１２Ａおよび１２Ｂのうちの一方の断面と、他方の断面とが対向して分割ギャップ１２Ｇが形成されている。

【0092】

図１５においては、プライマリコア１０およびセカンダリコア１２の軸方向にｚ軸が定義され、プライマリコア１０およびセカンダリコア１２の軸に垂直なｘｙ平面が定義されている。特に断らない限り、以下の説明においてはこのｘｙｚ座標系が用いられる。また、各図を参照した説明における「奥」、「手前」、「上」、「下」、「左」および「右」の用語は、それぞれ、ｙ軸正方向、ｙ軸負方向、ｚ軸正方向、ｚ軸負方向、ｘ軸負方向およびｘ軸正方向を意味する。これらの用語は、説明の便宜上のものであり、トランス１を配置する際の姿勢を限定するものではない。

【0093】

プライマリコア１０およびセカンダリコア１２は、プライマリコア１０の上面が、セカンダリコア１２の下面に対向するように配置され、プライマリコア１０およびセカンダリコア１２との間にプライマリ／セカンダリギャップ１４（ギャップＧとも言う）が形成される。プライマリコア１０を構成する各分割コア１０Ａおよび１０Ｂの上面には、円形状の溝１６が形成されている。分割コア１０Ａに形成された溝１６の内側には分割柱１８Ａが形成され、分割コア１０Ａに形成された溝１６の外側には弧状壁２０Ａが形成されている。分割コア１０Ｂに形成された溝１６の内側には分割柱１８Ｂが形成され、分割コア１０Ｂに形成された溝１６の外側には弧状壁２０Ｂが形成されている。

【0094】

分割柱１８Ａおよび１８Ｂの周囲には、それぞれ第１プライマリ巻線２２Ａおよび第２プライマリ巻線２２Ｂが設けられている。

【0095】

セカンダリコア１２は、プライマリコア１０と同様の形状を有している。セカンダリコア１２の下面には円形状の溝が形成されている。その溝にはセカンダリ巻線が設けられている。すなわち、溝の内側には柱状の部分が形成されており、柱状部の周囲にはセカンダリ巻線が設けられている。

【0096】

このように、プライマリコア１０の上面には円形状の溝１６が形成されており、溝１６の内側に、柱状の部分であるプライマリ柱状部が形成されている。同様に、セカンダリコア１２の下面にも円形状の溝が形成されており、溝の内側に柱状の部分であるセカンダリ柱状部が形成されている。すなわち、プライマリ柱状部およびセカンダリ柱状部を１つの柱状部とみなした場合、柱状部は、その軸を横切るプライマリ／セカンダリギャップ１４によってプライマリ柱状部およびセカンダリ柱状部に分割されている。プライマリ柱状部およびセカンダリ柱状部のそれぞれは、柱形状を軸方向断面で分割して得られる形状をそれぞれが有する２つの分割柱を備えている。２つの分割柱は、それぞれの軸方向断面が分割ギャップを形成するように配置されている。

【0097】

プライマリコア１０には第１プライマリ巻線２２Ａおよび第２プライマリ巻線２２Ｂが設けられ、プライマリコア１０、第１プライマリ巻線２２Ａおよび第２プライマリ巻線２２Ｂがプライマリ側コネクタＰ（プライマリ巻線構造Ｐとも言う）を構成する。セカンダリコア１２にはセカンダリ巻線が設けられ、セカンダリコア１２およびセカンダリ巻線がセカンダリ側コネクタＳ（セカンダリ巻線構造Ｓとも言う）を構成する。プライマリ側コネクタＰにおけるプライマリコア１０の上面と、セカンダリ側コネクタＳにおけるセカンダリコア１２の下面とが対向するように各コネクタが配置されることで、トランス１が構成される。

【0098】

図１６には、セカンダリコア１２およびセカンダリ巻線を取り除き、プライマリコア１０の上面側からトランス１を眺めた図が模式的に示されている。第１プライマリ巻線２２Ａの両端は第１プライマリ端子３０およびタップ３２に接続されており、分割柱１８Ａを図の時計回りに３周する。第１プライマリ巻線２２Ａは、第１プライマリ端子３０から分割コア１０Ａの溝１６の手前側の一端まで伸びる。第１プライマリ巻線２２Ａは、分割柱１８Ａの周囲を時計回りに半周した後、分割柱１８Ａの分割面に沿って直線区間４０１をｙ軸負方向に伸びる。第１プライマリ巻線２２Ａは、１ピッチだけ内側に入って分割柱１８Ａの周囲を時計回りに半周した後、分割柱１８Ａの分割面に沿って直線区間４０２をｙ軸負方向に伸びる。第１プライマリ巻線２２Ａは、さらに１ピッチだけ内側に入って分割柱１８Ａの周囲を時計回りに半周した後、分割柱１８Ａの分割面に沿って直線区間４０３をｙ軸負方向に伸び、タップ３２に至る。

【0099】

ここでは、第１プライマリ巻線２２Ａが分割柱１８Ａの周囲を周回するごとに、１ピッチだけ内側に入る構造について説明した。第１プライマリ巻線２２Ａは、分割柱１８Ａの周囲を周回するごとに、１ピッチだけ上側または下側に向かう構造であってもよい。

【0100】

第２プライマリ巻線２２Ｂの両端は、タップ３２および第２プライマリ端子３４に接続されており、分割柱１８Ｂを図の時計回りに３周する。第２プライマリ巻線２２Ｂは、タップ３２から分割柱１８Ｂの分割面に沿って直線区間４０４をｙ軸正方向に伸び、分割コア１０Ｂの溝１６の奥側の一端まで伸びる。第２プライマリ巻線２２Ｂは、分割柱１８Ｂの周囲を時計回りに半周した後、分割柱１８Ｂの分割面に沿って直線区間４０５をｙ軸正方向に伸びる。第２プライマリ巻線２２Ｂは、１ピッチだけ内側に入って分割柱１８Ｂの周囲を時計回りに半周した後、分割柱１８Ｂの分割面に沿って直線区間４０６をｙ軸正方向に伸びる。第２プライマリ巻線２２Ｂは、分割柱１８Ｂの周囲を時計回りに半周した後、第２プライマリ端子３４に至る。

【0101】

ここでは、第２プライマリ巻線２２Ｂが分割柱１８Ｂの周囲を周回するごとに、１ピッチだけ内側に入る構造について説明した。第２プライマリ巻線２２Ｂは、分割柱１８Ｂの周囲を周回するごとに、１ピッチだけ上側または下側に向かう構造であってもよい。

【0102】

本実施形態においては、第１プライマリ巻線２２Ａおよび第２プライマリ巻線２２Ｂが形成する中途接続点としてのタップ３２は、第１プライマリ端子３０側の巻き数と第２プライマリ端子３４側の巻き数とが等しくなる位置におけるセンタータップである。

【0103】

図１７には、セカンダリコア１２の下面側からトランス１を眺めた図が模式的に示されている。セカンダリ巻線２４の両端は、第１セカンダリ端子３６および第２セカンダリ端子３８に接続されており、セカンダリコア１２の下面に形成された溝２６に沿って、分割柱２８Ａの周囲のうちの円弧状の区間および分割柱２８Ｂの周囲のうちの円弧状の区間（以下、単に、分割柱２８Ａおよび２８Ｂの周囲という）を図の反時計回りに３周する。

【0104】

セカンダリ巻線２４は、第１セカンダリ端子３６から、分割柱２８Ａおよび２８Ｂの間の分割ギャップ１２Ｇを通って分割柱２８Ａの溝２６の手前側の一端まで伸びる。セカンダリ巻線２４は、分割柱２８Ａおよび２８Ｂの周囲を図の反時計回りに１周し、１ピッチだけ内側に入って、分割柱２８Ａおよび２８Ｂの周囲を図の反時計回りに１周する。セカンダリ巻線２４は、さらに、分割柱２８Ａおよび２８Ｂの周囲を図の反時計回りに１周し、１ピッチだけ内側に入って、分割柱２８Ａおよび２８Ｂの周囲を図の反時計回りに１周する。このようにしてセカンダリ巻線２４は、分割柱２８Ａおよび２８Ｂの周囲を反時計回りに３周した後、分割柱２８Ａおよび２８Ｂの間の分割ギャップ１２Ｇを手前側に伸びて第２セカンダリ端子３８に至る。

【0105】

ここでは、セカンダリ巻線２４が分割柱２８Ａおよび２８Ｂの周囲を周回するごとに、１ピッチだけ内側に入る構造について説明した。セカンダリ巻線２４は、分割柱２８Ａおよび２８Ｂの周囲を周回するごとに、１ピッチだけ上側または下側に向かう構造であってもよい。

【0106】

プライマリコア１０の上面が、セカンダリコア１２の下面に対向するように、これらのコアが配置されることで、第１プライマリ巻線２２Ａのうち、分割柱１８Ａの円弧状の外周に沿って周回する区間と、セカンダリ巻線２４とが対向する。同様に、第２プライマリ巻線２２Ｂのうち、分割柱１８Ｂの円弧状の外周に沿って周回する区間と、セカンダリ巻線２４とが対向する。

【0107】

第１プライマリ巻線２２Ａのうち、分割コア１０Ａの溝１６に配置された区間から発せられる磁束は、分割柱１８Ａおよび２８Ａを通ってセカンダリ巻線２４に鎖交する。また、セカンダリ巻線２４から発せられる磁束は、分割柱２８Ａおよび１８Ａを通って、第１プライマリ巻線２２Ａのうち、分割コア１０Ａの溝１６に配置された区間に鎖交する。これによって、第１プライマリ巻線２２Ａとセカンダリ巻線２４とが結合する。

【0108】

同様に、第２プライマリ巻線２２Ｂのうち、分割コア１０Ｂの溝１６に配置された区間から発せられる磁束は、分割柱１８Ｂおよび２８Ｂを通ってセカンダリ巻線２４に鎖交する。また、セカンダリ巻線２４から発せられる磁束が、分割柱２８Ｂおよび１８Ｂを通って、第２プライマリ巻線２２Ｂのうち、分割コア１０Ｂの溝１６に配置された区間に鎖交する。これによって、第２プライマリ巻線２２Ｂとセカンダリ巻線２４とが結合する。

【0109】

本実施形態に係るトランス１では、プライマリコア１０が分割コア１０Ａおよび１０Ｂに分割され、セカンダリコア１２が分割コア１２Ａおよび１２Ｂに分割されている。そのため、第１プライマリ巻線２２Ａおよび第２プライマリ巻線２２Ｂのうちの一方から発生し、他方に鎖交する磁束は小さい。これによって、第１プライマリ巻線２２Ａと第２プライマリ巻線２２Ｂとの間の結合度は小さくなり、第１プライマリ巻線２２Ａと第２プライマリ巻線２２Ｂにおいて適度な漏れインダクタンスが得られる。

【0110】

また、第１プライマリ巻線２２Ａおよびセカンダリ巻線２４は、プライマリコア１０において溝１６を囲む磁路と、セカンダリコア１２において溝２６を囲む磁路によって囲まれている。したがって、第１プライマリ巻線２２Ａとセカンダリ巻線２４との結合度が大きくなる。同様の原理によって、第２プライマリ巻線２２Ｂとセカンダリ巻線２４との結合度が大きくなる。さらに、プライマリコア１０とセカンダリコア１２との間には、プライマリ／セカンダリギャップ１４が設けられているため、磁気飽和が生じ難くなる。

【0111】

本実施形態に係るトランス１では、第１プライマリ巻線２２Ａおよび第２プライマリ巻線２２Ｂが昇圧用または降圧用のインダクタとして用いられる。それと共に、第１プライマリ巻線２２Ａおよび第２プライマリ巻線２２Ｂのそれぞれがセカンダリ巻線２４に結合し、電力伝送路としての変圧器が構成される。

【0112】

図１８には第１プライマリ巻線２２Ａおよび第２プライマリ巻線２２Ｂの第２の構成例が示されている。この構成例では、分割柱１８Ａおよび１８Ｂの間に形成される分割ギャップ１０Ｇに、第１プライマリ巻線２２Ａの直線区間と第２プライマリ巻線２２Ｂの直線区間が隣接するように配置されている。すなわち、ｘ軸正方向に分割ギャップ１０Ｇを横切る方向を見たときに、直線区間４０３、４０４、４０２、４０５、４０１および４０６の順に、直線区間４０１～４０６が配置され、第１プライマリ巻線２２Ａの直線区間および第２プライマリ巻線２２Ｂの直線区間が交互に配置されている。

【0113】

図５には、本発明の実施形態に係るトランス１の等価回路が示されている。トランス１は、プライマリ巻線２２およびセカンダリ巻線２４を備えている。プライマリ巻線２２にはタップ３２が設けられている。プライマリ巻線２２の一端に設けられた第１プライマリ端子３０とタップ３２との間の巻線が第１プライマリ巻線２２Ａであり、プライマリ巻線２２の他端に設けられた第２プライマリ端子３４とタップ３２との間の巻線が、第２プライマリ巻線２２Ｂである。プライマリ巻線２２とセカンダリ巻線２４とが結合することで、第１プライマリ巻線２２Ａとセカンダリ巻線２４とが結合し、さらに、第２プライマリ巻線２２Ｂとセカンダリ巻線２４とが結合する。第１プライマリ巻線２２Ａと第２プライマリ巻線２２Ｂの結合度は小さい。

【0114】

図１９には図１７に示されたセカンダリ巻線２４の具体的な構造が示されている。セカンダリ巻線２４は、ｙ軸方向に伸びる端子区間αおよびβを備えている。セカンダリ巻線２４は３枚の円環板５０１～５０３を備えている。これらの円環板は上下に対向する板面が絶縁体によって絶縁された上で、あるいは所定の間隔を隔てて上下方向に重ねられている。端子区間αは、第１セカンダリ端子３６から奥（ｙ軸正方向）に向かって伸び、最上の円環板５０１の一端に接続されている。円環板５０１の他端は、上から第２番目の円環板５０２の一端に接続されている。円環板５０２の他端は、上から３番目の円環板５０３の一端に接続されている。円環板５０３の他端は、端子区間βに接続されている。端子区間βは、円環板５０３の他端から手前（ｙ軸負方向）に向かって伸び、第２セカンダリ端子３８に接続されている。

【0115】

図２０には、図１８に示された第１プライマリ巻線２２Ａおよび第２プライマリ巻線２２Ｂの具体的な構造が示されている。図２１には、第２プライマリ巻線２２Ｂの具体的な構造が示されている。第２プライマリ巻線２２Ｂは、端子区間γ、端子区間δ、半円板５２１～５２３、第４直線板４２４、第５直線板４２５および第６直線板４２６を備えている。

【0116】

端子区間γ、端子区間δ、第４直線板４２４、第５直線板４２５および第６直線板４２６はｙ軸方向に伸び、ｙｚ平面内に広がっている帯状の導体である。第４直線板４２４～第６直線板４２６は、ｙ軸方向に延伸方向を揃え、対向する板面が絶縁体によって絶縁された上で、あるいは、所定の間隔を隔ててｘ軸方向に並べて配置されている。

【0117】

半円板５２１～５２３は、ｘｙ平面内に広がった円環板を折半した形状を有する。半円板５２１～５２３は、上下に対向する板面が絶縁体によって絶縁された上で、あるいは所定の間隔を隔てて上下方向に重ねられている。

【0118】

端子区間γは、タップ３２から奥（ｙ軸正方向）に伸び、第４直線板４２４の手前側の一端に接続されている。第４直線板４２４の奥側の他端は、最上の半円板５２１の奥側の一端に接続されている。半円板５２１の手前側の他端は、第４直線板４２４の右側に隣接する第５直線板４２５の手前側の一端に接続されている。第５直線板４２５の奥側の他端は、上から第２番目の半円板５２２の奥側の一端に接続されている。半円板５２２の手前側の他端は、第５直線板４２５の右側に隣接する第６直線板４２６の手前側の一端に接続されている。第６直線板４２６の奥側の他端は、上から第３番目の半円板５２３の奥側の一端に接続されている。半円板５２３の手前側の他端は、端子区間δに接続されている。端子区間δは、半円板５２３の手前側の他端から手前（ｙ軸負方向）に伸び、第２プライマリ端子３４に接続されている。

【0119】

第５直線板４２５は、第４直線板４２４よりも手前側に伸びており、第５直線板４２５の一端は、第４直線板４２４の一端よりも手前側にある。第６直線板４２６は、第５直線板４２５よりも手前側に伸びており、第６直線板４２６の一端は、第５直線板４２５の一端よりも手前側にある。

【0120】

図２２には、図１５に示されるＡＡ線においてトランス１を切断し、ｙ軸正方向から眺めたときの断面図が示されている。セカンダリコア１２の溝２６には、上から順に円環板５０１～５０３が設けられている。分割コア１０Ａの溝１６には、上から順に半円板５４１～５４３が設けられている。分割コア１０Ｂの溝１６には、上から順に半円板５２１～５２３が設けられている。

【0121】

分割コア１０Ａと分割コア１０Ｂとの間の分割ギャップ１０Ｇには、左から順に、第３直線板４２３、第４直線板４２４、第２直線板４２２、第５直線板４２５、第１直線板４２１および第６直線板４２６が配置されている。これらの直線板は、それぞれ、図１８に示された直線区間４０３、直線区間４０４、直線区間４０２、直線区間４０５、直線区間４０１および直線区間４０６に対応している。

【0122】

図２０、２１、２２を参照して第１プライマリ巻線２２Ａの構造について説明する。第１プライマリ巻線２２Ａは、端子区間ε、端子区間ζ、第１直線板４２１、第２直線板４２２および第３直線板４２３、半円板５４１～５４３を備えている。端子区間ε、端子区間ζ、第１直線板４２１、第２直線板４２２および第３直線板４２３はｙ軸方向に伸び、ｙｚ平面内に広がっている帯状の導体である。半円板５４１～５４３は、ｘｙ平面内に広がった円環板を折半した形状を有する。半円板５４１～５４３は、上下に対向する板面が絶縁体によって絶縁された上で、あるいは所定の間隔を隔てて上下方向に重ねられている。

【0123】

端子区間εは、第１プライマリ端子３０から奥に伸び、半円板５４１の手前側の一端に接続されている。半円板５４１の奥側の他端には、第１直線板４２１の奥側の一端が接続されている。第１直線板４２１は、第５直線板４２５と第６直線板４２６との間に位置し、手前側に伸びている。第１直線板４２１の手前側の他端は、半円板５２１および第５直線板４２５を上側に跨いで半円板５２１～５２３の左側に至り、半円板５４２の手前側の一端に接続されている。半円板５４２の奥側の他端には、第２直線板４２２の奥側の一端が接続されている。第２直線板４２２は、第４直線板４２４と第５直線板４２５との間に位置し、手前側に伸びている。第２直線板４２２の手前側の他端は、第４直線板４２４を上側に跨いで半円板５２１～５２３の左側に至り、半円板５４３の手前側の一端に接続されている。半円板５４３の奥側の他端には、第３直線板４２３の奥側の一端が接続されている。第３直線板４２３は、第４直線板４２４の左側に位置し、手前側に伸びている。端子間区間ζは、第４直線板４２４から手前側に伸び、タップ３２に接続されている。

【0124】

本実施形態に係るトランス１では、分割柱１８Ａおよび１８Ｂの間に形成される分割ギャップ１０Ｇに、第１プライマリ巻線２２Ａの直線板と第２プライマリ巻線２２Ｂの直線板とが隣接するように配置されている。すなわち、ｘ軸正方向に分割ギャップ１０Ｇを横切る方向を見たときに、第３直線板４２３、第４直線板４２４、第２直線板４２２、第５直線板４２５、第１直線板４２１および第６直線板４２６の順に、これらの直線板が配置され、第１プライマリ巻線２２Ａの直線板および第２プライマリ巻線２２Ｂの直線板が交互に配置されている。

【0125】

第１プライマリ端子３０から第１プライマリ巻線２２Ａに電流が流入し、タップ３２を経て第２プライマリ巻線２２Ｂに電流が流入し、さらに、第２プライマリ端子３４から電流が流出するとき、あるいは、その逆向きに電流が流れるとき、分割ギャップ１０Ｇにおいて隣接する直線板には互いに逆向きの電流が流れる。

【0126】

したがって、隣接する導体板によって生じる近接効果が抑制され、各導体板で生じる損失が低減される。ここで、近接効果とは、方向を揃えて隣接する２つの導線に同一方向の電流が流れた場合、各導線に流れる電流が発生する磁束によって、各導線の断面における電流分布が不均一となり、損失が増加する効果をいう。

【符号の説明】

【0127】

１ トランス、１０ プライマリコア、１０Ａ，１０Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ 分割コア、１０Ｇ，１２Ｇ 分割ギャップ、１２ セカンダリコア、１４ プライマリ／セカンダリギャップ、１６，２６ 溝、１８Ａ，１８Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ 分割柱、２２ プライマリ巻線、２２Ａ 第１プライマリ巻線、２２Ｂ 第２プライマリ巻線、２４ セカンダリ巻線、３０ 第１プライマリ端子、３２ 中途接続点（タップ）、３４ 第２プライマリ端子、３６ 第１セカンダリ端子、３８ 第２セカンダリ端子、１００ 電力変換装置（電力変換システム）、１０２ 電源部、１０４ 第１スイッチング回路（プライマリ・スイッチング回路）、１０６ 第２スイッチング回路（セカンダリ・スイッチング回路）、１０８Ｐ セカンダリ正極端子、１０８Ｎ セカンダリ負極端子、１２０ 電池制御装置（電池制御システム，電力変換装置）、１２２ 電池モジュール、１２４ 電池、１２６Ｓ シリーズスイッチング素子、１２６Ｐ パラレルスイッチング素子、１２８Ｐ 正極端子、１２８Ｎ 負極端子、４０１～４０６ 直線区間、４２１ 第１直線板、４２２ 第２直線板、４２３ 第３直線板、４２４ 第４直線板、４２５ 第５直線板、４２６ 第６直線板、５０１～５０３ 円環板、５２１～５２３，５４１～５４３ 半円板、６００ センサ、６０２ 検出回路、６１０ 第１ブリッジ回路、６１２ 第２ブリッジ回路、６３０ コントローラ（プロセッサ）、７００ 金属板、７０２ 磁路、Ｐｃ ピックアップコイル、Ｗｒ 被測定ワイヤ、Ｇ ギャップ、Ｘ 第１アーム、Ｙ 第２アーム、Ｕ 第３アーム、Ｖ 第４アーム、Ｃｐ 第１コンデンサ（プライマリコンデンサ）、Ｃｓ 第２コンデンサ（セカンダリコンデンサ）、Ｃｍ モジュール内コンデンサ、Ｐ プライマリ側コネクタ（プライマリ巻線構造）、Ｓ セカンダリ側コネクタ（セカンダリ巻線構造）、α，β，γ，δ，ε，ζ 端子区間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】