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(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】2024-09-18
(45)【発行日】2024-09-27
(54)【発明の名称】電力変換装置および無接点電力伝送回路
(51)【国際特許分類】
H02M 3/28 20060101AFI20240919BHJP
【ＦＩ】
H02M3/28 H
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2021064623
(22)【出願日】2021-04-06
(65)【公開番号】P2022160093
(43)【公開日】2022-10-19
【審査請求日】2023-10-25
(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
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(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】繁内 宏治
(72)【発明者】
【氏名】石垣 将紀
(72)【発明者】
【氏名】岡村 賢樹
(72)【発明者】
【氏名】杉山 義信
(72)【発明者】
【氏名】田内 豊
【審査官】安食 泰秀
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１２／１０１９０６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１９／０３８９７９（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ３／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１スイッチング回路と、第２スイッチング回路とを備え、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のそれぞれは、
一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を含むスイッチングアームと、
前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、
前記第１スイッチング回路が備える前記インダクタと、前記第２スイッチング回路が備える前記インダクタとが結合し、
電源および負荷についての構成であって、
前記第１スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続され、
前記第２スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、
または、
前記第１スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、
前記第２スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続される、構成を有し、
前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のうち少なくとも一方は、さらに、
前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子または前記下スイッチング素子の他端との間に設けられたコンデンサを備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項2】
第１スイッチング回路と、第２スイッチング回路とを備え、
前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のそれぞれは、
一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を含むスイッチングアームと、
前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、
前記第１スイッチング回路が備える前記インダクタと、前記第２スイッチング回路が備える前記インダクタとが結合し、
電源および負荷についての構成であって、
前記第１スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続され、
前記第２スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、
または、
前記第１スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、
前記第２スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続される、構成を有し、
前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のうち少なくとも一方は、さらに、
前記上スイッチング素子の他端と、前記下スイッチング素子の他端との間に設けられたコンデンサを備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項3】
第１スイッチング回路と、第２スイッチング回路とを備え、
前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のそれぞれは、
一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を含むスイッチングアームと、
前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、
前記第１スイッチング回路が備える前記インダクタと、前記第２スイッチング回路が備える前記インダクタとが結合し、
電源および負荷についての構成であって、
前記第１スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続され、
前記第２スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、
または、
前記第１スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、
前記第２スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続される、構成を有し、
前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のうち少なくとも一方は、さらに、
前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子の他端との間に設けられた上コンデンサと、
前記インダクタの他端と前記下スイッチング素子の他端との間に設けられた下コンデンサと、を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項4】
第１スイッチング回路と、第２スイッチング回路とを備え、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のそれぞれは、
並列接続された複数のスイッチングアームであって、一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を、それぞれが含む複数のスイッチングアームと、
各前記スイッチングアームに対応して設けられたインダクタであって、前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、
各前記インダクタの他端が共通に接続されており、
前記第１スイッチング回路が備える各前記インダクタと、前記第２スイッチング回路が備える各前記インダクタとが、対応するインダクタ同士で結合し、
電源および負荷についての構成であって、
前記第１スイッチング回路に対し、各前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に共通の電源が接続され、
前記第２スイッチング回路に対し、各前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に共通の負荷が接続され、
または、
前記第１スイッチング回路に対し、各前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に共通の負荷が接続され、
前記第２スイッチング回路に対し、各前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に共通の電源が接続される、構成を有し、
前記第１スイッチング回路が備える各前記インダクタと、前記第２スイッチング回路が備える各前記インダクタとが、相間非干渉トランスを構成することを特徴とする電力変換装置。
【請求項5】
第１スイッチング回路と、第２スイッチング回路とを備え、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のそれぞれは、
並列接続された複数のスイッチングアームであって、一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を、それぞれが含む複数のスイッチングアームと、
各前記スイッチングアームに対応して設けられたインダクタであって、前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、
前記第１スイッチング回路が備える各前記インダクタと、前記第２スイッチング回路が備える各前記インダクタとが、対応するインダクタ同士で結合し、
電源および負荷についての構成であって、
前記第１スイッチング回路に対し、各前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に個別に電源が接続され、
前記第２スイッチング回路に対し、各前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に個別に負荷が接続され、
または、
前記第１スイッチング回路に対し、各前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に個別に負荷が接続され、
前記第２スイッチング回路に対し、各前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に個別に電源が接続される、構成を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項6】
請求項５に記載の電力変換装置において、前記第１スイッチング回路が備える各前記インダクタと、前記第２スイッチング回路が備える各前記インダクタとが、相間非干渉トランスを構成することを特徴とする電力変換装置。
【請求項7】
無接点電力伝送回路において、一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を含むスイッチングアームと、
前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、
電源または負荷についての構成であって、
前記インダクタが、電源が接続される外部のスイッチング回路が有する外部インダクタに結合し、
前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、
または、
前記インダクタが、負荷が接続される外部のスイッチング回路が有する外部インダクタに結合し、
前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続される、構成を有し、
前記無接点電力伝送回路は、さらに、
前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子または前記下スイッチング素子の他端との間に設けられたコンデンサを備えることを特徴とする無接点電力伝送回路。
【請求項8】
無接点電力伝送回路において、
一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を含むスイッチングアームと、
前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、
電源および負荷についての構成であって、
前記インダクタが、電源が接続される外部のスイッチング回路が有する外部インダクタに結合し、
前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、
または、
前記インダクタが、負荷が接続される外部のスイッチング回路が有する外部インダクタに結合し、
前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続される、構成を有し、
前記無接点電力伝送回路は、さらに、
前記上スイッチング素子の他端と、前記下スイッチング素子の他端との間に設けられたコンデンサを備えることを特徴とする無接点電力伝送回路。
【請求項9】
無接点電力伝送回路において、
一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を含むスイッチングアームと、
前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、
電源および負荷についての構成であって、
前記インダクタが、電源が接続される外部のスイッチング回路が有する外部インダクタに結合し、
前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、
または、
前記インダクタが、負荷が接続される外部のスイッチング回路が有する外部インダクタに結合し、
前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続される、構成を有し、
前記無接点電力伝送回路は、さらに、
前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子の他端との間に設けられた上コンデンサと、
前記インダクタの他端と前記下スイッチング素子の他端との間に設けられた下コンデンサと、を備えることを特徴とする無接点電力伝送回路。
【請求項10】
無接点電力伝送回路において、並列接続された複数のスイッチングアームであって、一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を、それぞれが含む複数のスイッチングアームと、
各前記スイッチングアームに対応して設けられたインダクタであって、前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、
各前記インダクタの他端が共通に接続されており、
電源および負荷についての構成であって、
各前記インダクタが、電源が接続される外部のスイッチング回路が有する複数の外部インダクタのうち対応するものに結合し、
各前記インダクタの他端に共通の負荷が接続され、
または、
各前記インダクタが、負荷が接続される外部のスイッチング回路が有する複数の外部インダクタのうち対応するものに結合し、
各前記インダクタの他端に共通の電源が接続される、構成を有することを特徴とする無接点電力伝送回路。
【請求項11】
無接点電力伝送回路において、並列接続された複数のスイッチングアームであって、一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を、それぞれが含む複数のスイッチングアームと、
各前記スイッチングアームに対応して設けられたインダクタであって、前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、
電源および負荷についての構成であって、
各前記インダクタが、電源が接続される外部のスイッチング回路が有する複数の外部インダクタのうち対応するものに結合し、
各前記インダクタの他端に個別に負荷が接続され、
または、
各前記インダクタが、負荷が接続される外部のスイッチング回路が有する複数の外部インダクタのうち対応するものに結合し、
各前記インダクタの他端に個別に電源が接続される、構成を有することを特徴とする無接点電力伝送回路。
【請求項12】
請求項１０または請求項１１に記載の無接点電力伝送回路において、各前記スイッチングアームおよび各前記インダクタに対応して設けられたコンデンサであって、対応する前記インダクタの他端と、対応する前記上スイッチング素子の他端との間の経路に挿入されたコンデンサを備えることを特徴とする無接点電力伝送回路。
【請求項13】
請求項１０に記載の無接点電力伝送回路において、複数の前記スイッチングアームに対して共通に設けられたコンデンサであって、各前記インダクタの他端と、各前記上スイッチング素子または各前記下スイッチング素子の他端との間に設けられたコンデンサを備えることを特徴とする無接点電力伝送回路。
【請求項14】
請求項１０または請求項１１に記載の無接点電力伝送回路において、複数の前記スイッチングアームに対して共通に設けられたコンデンサであって、各前記上スイッチング素子の他端と、各前記下スイッチング素子の他端との間に設けられたコンデンサを備えることを特徴とする無接点電力伝送回路。
【請求項15】
請求項１０から請求項１４のいずれか１項に記載の無接点電力伝送回路において、複数の前記スイッチングアームのそれぞれに対応して設けられた前記インダクタが、相間非干渉巻線構造を構成することを特徴とする無接点電力伝送回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力変換装置および無接点電力伝送回路に関し、特に、結合する複数のインダクタを用いた電力伝送技術に関する。
【背景技術】
【0002】
バッテリの出力電力を利用する技術、あるいは、バッテリを充電する技術につき広く研究が行われている。例えば、近年では、Ｖ２Ｇ（Vehicle to Grid）と呼ばれる技術につき研究が行われている。Ｖ２Ｇでは、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に搭載されたバッテリから商用電源システム等の電力系統に電力を供給し、電力系統からバッテリに電力を供給する。Ｖ２Ｇに関連する技術として、電動車両に搭載されたバッテリから一般家庭、オフィス等で用いられる電気機器に電力を供給するＶ２Ｈ（Vehicle to Home）と呼ばれる技術もある。
【0003】
一般に、バッテリを用いる装置では、バッテリから出力された電力を調整して電力供給先の装置に出力し、あるいは、外部から供給された電力を調整してバッテリに出力する電力変換装置が用いられる。電力変換装置には、複数のスイッチング回路に加えて各スイッチング回路を結合させるトランスを用いることで、外部の装置に印加される電圧と、バッテリの出力電圧とを整合させるものがある。また、トランスを用いることで、ユーザが操作する部位をバッテリから絶縁する設計が行われることもある。さらに、トランスの１次巻線が設けられた装置と、トランスの２次巻線が設けられた装置とを個別に構成し、１次巻線側の装置と２次巻線側の装置とをコネクタによって着脱自在としたものもある。
【0004】
以下の特許文献１～３および非特許文献１～３には、２つのスイッチング回路をトランスによって結合させる電力変換装置が記載されている。特許文献１および２に記載の電力変換装置では、１次巻線を有するコネクタと、２次巻線を有するコネクタとが結合することでトランスが構成される。特許文献３および非特許文献１～３に記載の電力変換装置は、トランスと昇圧用のインダクタを備えており、トランスの１次巻線側から２次巻線側に昇圧を伴う電力伝送を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】米国特許５３４１０８３号明細書
【文献】米国特許公開公報２０１７／１７９７６５号明細書
【文献】米国特許１０２６３４５６号明細書
【非特許文献】
【0006】
【文献】Hui Li, Fang Zheng Peng and J. S. Lawler, "A natural ZVS medium-power bidirectional DC-DC converter with minimum number of devices," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 39, no. 2, pp. 525-535, March-April 2003, doi: 10.1109/TIA.2003.808965.
【文献】R. N. M. de Oliveira, L. C. S. Mazza, D. S. Oliveira and H. M. Oliveira Filho, "A three-port three-phase isolated DC-DC converter feasible to PV connection on a DC distribution system," 2017 Brazilian Power Electronics Conference (COBEP), Juiz de Fora, 2017, pp. 1-6, doi: 10.1109/COBEP.2017.8257272.
【文献】Wang, Zhan; Li, Hui, “Integrated three-port bidirectional DC-DC converter for renewable energy sources”, Patent No. 10263456
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献３および非特許文献１～３に記載されているような、トランスに加えて昇圧用のインダクタを備える電力変換装置では、巻線の数が多くなり構造が複雑になってしまうことがある。また、電動車両の分野では、スペースの有効活用という観点から、トランスを含めた電力変換装置の小型化が望まれている。
【0008】
本発明の目的は、電力変換装置を単純化または小型化することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、第１スイッチング回路と、第２スイッチング回路とを備え、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のそれぞれは、一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を含むスイッチングアームと、前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、前記第１スイッチング回路が備える前記インダクタと、前記第２スイッチング回路が備える前記インダクタとが結合し、電源および負荷についての構成であって、前記第１スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続され、前記第２スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、または、前記第１スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、前記第２スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続される、構成を有し、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のうち少なくとも一方は、さらに、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子または前記下スイッチング素子の他端との間に設けられたコンデンサを備えることを特徴とする。また、本発明は、第１スイッチング回路と、第２スイッチング回路とを備え、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のそれぞれは、一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を含むスイッチングアームと、前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、前記第１スイッチング回路が備える前記インダクタと、前記第２スイッチング回路が備える前記インダクタとが結合し、電源および負荷についての構成であって、前記第１スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続され、前記第２スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、または、前記第１スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、前記第２スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続される、構成を有し、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のうち少なくとも一方は、さらに、前記上スイッチング素子の他端と、前記下スイッチング素子の他端との間に設けられたコンデンサを備えることを特徴とする。また、本発明は、第１スイッチング回路と、第２スイッチング回路とを備え、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のそれぞれは、一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を含むスイッチングアームと、前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、前記第１スイッチング回路が備える前記インダクタと、前記第２スイッチング回路が備える前記インダクタとが結合し、電源および負荷についての構成であって、前記第１スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続され、 前記第２スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、または、前記第１スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、前記第２スイッチング回路に対し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続される、構成を有し、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のうち少なくとも一方は、さらに、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子の他端との間に設けられた上コンデンサと、前記インダクタの他端と前記下スイッチング素子の他端との間に設けられた下コンデンサと、を備えることを特徴とする。
【0010】
また、本発明は、第１スイッチング回路と、第２スイッチング回路とを備え、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のそれぞれは、並列接続された複数のスイッチングアームであって、一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を、それぞれが含む複数のスイッチングアームと、各前記スイッチングアームに対応して設けられたインダクタであって、前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、各前記インダクタの他端が共通に接続されており、前記第１スイッチング回路が備える各前記インダクタと、前記第２スイッチング回路が備える各前記インダクタとが、対応するインダクタ同士で結合し、電源および負荷についての構成であって、前記第１スイッチング回路に対し、各前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に共通の電源が接続され、前記第２スイッチング回路に対し、各前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に共通の負荷が接続され、または、前記第１スイッチング回路に対し、各前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に共通の負荷が接続され、前記第２スイッチング回路に対し、各前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に共通の電源が接続される、構成を有し、前記第１スイッチング回路が備える各前記インダクタと、前記第２スイッチング回路が備える各前記インダクタとが、相間非干渉トランスを構成することを特徴とする。
【0011】
また、本発明は、第１スイッチング回路と、第２スイッチング回路とを備え、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路のそれぞれは、並列接続された複数のスイッチングアームであって、一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を、それぞれが含む複数のスイッチングアームと、各前記スイッチングアームに対応して設けられたインダクタであって、前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、前記第１スイッチング回路が備える各前記インダクタと、前記第２スイッチング回路が備える各前記インダクタとが、対応するインダクタ同士で結合し、電源および負荷についての構成であって、前記第１スイッチング回路に対し、各前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に個別に電源が接続され、前記第２スイッチング回路に対し、各前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に個別に負荷が接続され、または、前記第１スイッチング回路に対し、各前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に個別に負荷が接続され、前記第２スイッチング回路に対し、各前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に個別に電源が接続される、構成を有することを特徴とする。
【0012】
望ましくは、前記第１スイッチング回路が備える各前記インダクタと、前記第２スイッチング回路が備える各前記インダクタとが、相間非干渉トランスを構成する。
【0013】
また、本発明は、無接点電力伝送回路において、一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を含むスイッチングアームと、前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、電源または負荷についての構成であって、前記インダクタが、電源が接続される外部のスイッチング回路が有する外部インダクタに結合し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、または、前記インダクタが、負荷が接続される外部のスイッチング回路が有する外部インダクタに結合し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続される、構成を有し、前記無接点電力伝送回路は、さらに、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子または前記下スイッチング素子の他端との間に設けられたコンデンサを備えることを特徴とする。
【0015】
また、本発明は、無接点電力伝送回路において、一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を含むスイッチングアームと、前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、電源および負荷についての構成であって、前記インダクタが、電源が接続される外部のスイッチング回路が有する外部インダクタに結合し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、または、前記インダクタが、負荷が接続される外部のスイッチング回路が有する外部インダクタに結合し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続される、構成を有し、前記無接点電力伝送回路は、さらに、前記上スイッチング素子の他端と、前記下スイッチング素子の他端との間に設けられたコンデンサを備えることを特徴とする。
【0016】
また、本発明は、無接点電力伝送回路において、一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を含むスイッチングアームと、前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、電源および負荷についての構成であって、前記インダクタが、電源が接続される外部のスイッチング回路が有する外部インダクタに結合し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に負荷が接続され、または、前記インダクタが、負荷が接続される外部のスイッチング回路が有する外部インダクタに結合し、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子もしくは前記下スイッチング素子の他端との間に電源が接続される、構成を有し、前記無接点電力伝送回路は、さらに、前記インダクタの他端と、前記上スイッチング素子の他端との間に設けられた上コンデンサと、前記インダクタの他端と前記下スイッチング素子の他端との間に設けられた下コンデンサと、を備えることを特徴とする。
【0017】
また、本発明は、無接点電力伝送回路において、並列接続された複数のスイッチングアームであって、一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を、それぞれが含む複数のスイッチングアームと、各前記スイッチングアームに対応して設けられたインダクタであって、前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、各前記インダクタの他端が共通に接続されており、電源および負荷についての構成であって、各前記インダクタが、電源が接続される外部のスイッチング回路が有する複数の外部インダクタのうち対応するものに結合し、
各前記インダクタの他端に共通の負荷が接続され、または、各前記インダクタが、負荷が接続される外部のスイッチング回路が有する複数の外部インダクタのうち対応するものに結合し、各前記インダクタの他端に共通の電源が接続される、構成を有することを特徴とする。
各前記インダクタの他端に共通の負荷が接続され、または、各前記インダクタが、負荷が接続される外部のスイッチング回路が有する複数の外部インダクタのうち対応するものに結合し、各前記インダクタの他端に共通の電源が接続される、構成を有することを特徴とする。
【0018】
また、本発明は、無接点電力伝送回路において、並列接続された複数のスイッチングアームであって、一端が共通に接続された上スイッチング素子および下スイッチング素子を、それぞれが含む複数のスイッチングアームと、各前記スイッチングアームに対応して設けられたインダクタであって、前記上スイッチング素子および前記下スイッチング素子の接続点に一端が接続されたインダクタと、を備え、電源および負荷についての構成であって、各前記インダクタが、電源が接続される外部のスイッチング回路が有する複数の外部インダクタのうち対応するものに結合し、各前記インダクタの他端に個別に負荷が接続され、 または、各前記インダクタが、負荷が接続される外部のスイッチング回路が有する複数の外部インダクタのうち対応するものに結合し、各前記インダクタの他端に個別に電源が接続される、構成を有することを特徴とする。
【0019】
望ましくは、各前記スイッチングアームおよび各前記インダクタに対応して設けられたコンデンサであって、対応する前記インダクタの他端と、対応する前記上スイッチング素子の他端との間の経路に挿入されたコンデンサを備える。
【0020】
望ましくは、複数の前記スイッチングアームに対して共通に設けられたコンデンサであって、各前記インダクタの他端と、各前記上スイッチング素子または各前記下スイッチング素子の他端との間に設けられたコンデンサを備える。
【0021】
望ましくは、複数の前記スイッチングアームに対して共通に設けられたコンデンサであって、各前記上スイッチング素子の他端と、各前記下スイッチング素子の他端との間に設けられたコンデンサを備える。
【0022】
望ましくは、複数の前記スイッチングアームのそれぞれに対応して設けられた前記インダクタが、相間非干渉巻線構造を構成する。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、電力変換装置を単純化または小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図2】トランスがπ型等価回路に置き換えられた電力変換装置を示す図である。
【図5】関連技術に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図6】動作波形の概形を示す図である。
【図7】本発明の第２実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図8】３相の相間非干渉トランスの構成例を示す図である。
【図9】３相の相間非干渉トランスの構成例を示す図である。
【図10】変形例に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図11】変形例に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図12】変形例に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図13】変形例に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図14】変形例に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図15】変形例に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図16】４相の相間非干渉トランスの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
各図を参照して本発明の各実施形態について説明する。複数の図面に示された同一の事項については同一の符号を付してその説明を省略する。本明細書における上下左右の用語は図面における方向を示す。方向を示すこれらの用語は説明の便宜上のものであり、各構成要素を配置する際の姿勢を限定するものではない。
【0026】
図１には本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１の構成が示されている。電力変換装置１は、磁気的に結合する第１スイッチング回路１０および第２スイッチング回路２０を備えている。第１スイッチング回路１０に接続された第１直流電源１２と、第２スイッチング回路２０に接続された第２直流電源２６との間で双方向に電力が伝送される。
【0027】
第１直流電源１２は、電力事業者が提供する商用電源システム（電源電力系統）に接続されたＡＣ／ＤＣコンバータであってよい。ＡＣ／ＤＣコンバータは、商用電源システムから供給される交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧を出力する。また、第１直流電源１２は、二次電池を含む回路であってもよい。第２直流電源２６もまた、二次電池を含む回路であってよいし、商用電源システムに接続されたＡＣ／ＤＣコンバータであってよい。第１直流電源１２が二次電池を含み、その二次電池が充電される場合には、第１直流電源１２は負荷として動作する。同様に、第２直流電源２６が二次電池を含み、その二次電池が充電される場合には、第２直流電源２６は負荷として動作する。
【0028】
第１スイッチング回路１０は、スイッチングアームＡ１、１次巻線１８、コンデンサＣ１、正極端子１４ｐおよび負極端子１４ｎを備えている。スイッチングアームＡ１は、一端が共通に接続された上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬによって構成されている。すなわち、スイッチングアームＡ１は、直列接続された上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬによって構成されている。
【0029】
各スイッチング素子には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）が用いられてよい。スイッチング素子としてＩＧＢＴが用いられる場合、２つのスイッチング素子が直列接続されるとは、一方のエミッタ電極に他方のコレクタ電極が接続されることをいう。スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられる場合、２つのスイッチング素子が直列接続されるとは、一方のソース電極に他方のドレイン電極が接続されることをいう。
【0030】
スイッチング素子としてＩＧＢＴが用いられる場合、ＩＧＢＴのエミッタ電極にアノード電極が接続され、コレクタ電極にカソード電極が接続されたダイオードをスイッチング素子が備える。スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられる場合、ＭＯＳＦＥＴのソース電極にアノード電極が接続され、ドレイン電極にカソード電極が接続されたダイオードをスイッチング素子が備える。
【0031】
１次巻線１８の一端は、上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬの接続点に接続されている。１次巻線１８の他端は正極端子１４ｐに接続されている。コンデンサＣ１の一端は、上スイッチング素子ＳＨの上端に接続され、コンデンサＣ１の他端は、１次巻線１８の他端、すなわち正極端子１４ｐに接続されている。下スイッチング素子ＳＬの下端は負極端子１４ｎに接続されている。正極端子１４ｐには第１直流電源１２の正極端子が接続され、負極端子１４ｎには第１直流電源１２の負極端子が接続される。
【0032】
第２スイッチング回路２０は、スイッチングアームＡ２、２次巻線２２、コンデンサＣ２、正極端子２４ｐおよび負極端子２４ｎを備えている。第２スイッチング回路２０は、第１スイッチング回路１０と同様の構成を有している。スイッチングアームＡ２、２次巻線２２、コンデンサＣ２、正極端子２４ｐおよび負極端子２４ｎは、それぞれ、スイッチングアームＡ１、１次巻線１８、コンデンサＣ１、正極端子１４ｐおよび負極端子１４ｎに対応している。正極端子２４ｐには第２直流電源２６の正極端子が接続され、負極端子２４ｎには第２直流電源２６の負極端子が接続される。
【0033】
１次巻線１８および２次巻線２２は結合し、トランス１６を構成する。１次巻線１８および２次巻線２２は、接近および隔離自在であってよい。１次巻線１８および２次巻線２２のそれぞれの両端のうち、基準端とされる側には黒点が付されている。１次巻線１８の基準端から流入する電流が増加したときには、２次巻線２２の基準端を正とする誘導起電力が２次巻線２２に発生する。２次巻線２２の基準端から流入する電流が増加したときには、１次巻線１８の基準端を正とする誘導起電力が１次巻線１８に発生する。
【0034】
このように、第１スイッチング回路１０および第２スイッチング回路２０のそれぞれは、一端が共通に接続された上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬを含むスイッチングアームを備えている。第１スイッチング回路１０は、スイッチングアームＡ１の上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬの接続点に一端が接続されたインダクタとしての１次巻線１８を備えている。第２スイッチング回路２０は、スイッチングアームＡ２の上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬの接続点に一端が接続されたインダクタとしての２次巻線２２を備えている。１次巻線１８の他端には、第１電源または第１負荷としての第１直流電源１２が接続されている。また、２次巻線２２の他端には、第２負荷または第２電源としての第２直流電源２６が接続されている。
【0035】
第１スイッチング回路１０におけるスイッチングアームＡ１の上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬは交互にオンオフする。すなわち、上スイッチング素子ＳＨがオフからオンに切り替わったときに下スイッチング素子ＳＬはオンからオフに切り替わり、上スイッチング素子ＳＨがオンからオフに切り替わったときに下スイッチング素子ＳＬはオフからオンに切り替わる。同様に、第２スイッチング回路２０におけるスイッチングアームＡ２の上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬもまた交互にオンオフする。
【0036】
第１スイッチング回路１０から第２スイッチング回路２０に伝送される電力Ｐ２１は、次のように定まる。すなわち電力Ｐ２１は、スイッチングアームＡ１の上スイッチング素子ＳＨのデューティ比Ｄ１、スイッチングアームＡ２の上スイッチング素子のデューティ比Ｄ２、およびスイッチング位相差δによって定まる。ここでデューティ比とは、スイッチング周期に対するオン時間の比率をいう。スイッチング位相差δは、スイッチングアームＡ１に対するスイッチングアームＡ２のスイッチング位相の遅れをいう。デューティ比Ｄ１、Ｄ２およびスイッチング位相差δについては、スイッチング位相差δが正の方向に大きい程、電力Ｐ２１が大きくなるような数値範囲がある。
【0037】
図２には、トランス１６がπ型等価回路に置き換えられたときの電力変換装置１が示されている。π型等価回路は、シリーズインダクタ２８、第１シャントインダクタ２８１および第２シャントインダクタ２８２を備えている。コンデンサＣ１は、直列接続された上コンデンサＣＰ１および下コンデンサＣＮ１に置き換えられている。上コンデンサＣＰ１の上端は上スイッチング素子ＳＨの上端に接続され、下コンデンサＣＮ１の下端は下スイッチング素子ＳＬの下端に接続されている。上コンデンサＣＰ１および下コンデンサＣＮ１の接続点には、正極端子１４ｐが接続されている。同様に、コンデンサＣ２もまた、直列接続された上コンデンサＣＰ２および下コンデンサＣＮ２に置き換えられている。
【0038】
上コンデンサＣＰ１および下コンデンサＣＮ１の接続点と、上コンデンサＣＰ２および下コンデンサＣＮ２との接続点との間の上側経路１６１には、シリーズインダクタ２８が挿入されている。第１スイッチング回路１０における上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬの接続点と、第２スイッチング回路２０における上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬの接続点との間は下側経路１６２によって接続されている。シリーズインダクタ２８の１次側における上側経路１６１および下側経路１６２の間には、第１シャントインダクタ２８１が接続されている。シリーズインダクタ２８の２次側における上側経路１６１および下側経路１６２の間には、第２シャントインダクタ２８２が接続されている。
【0039】
１次巻線１８のインダクタンスと、２次巻線２２のインダクタンスとが等しくＬであり、１次巻線１８と２次巻線２２との結合係数をｋとした場合、シリーズインダクタ２８のインダクタンスは（１－ｋ２）Ｌ／ｋである。また、第１シャントインダクタ２８１および第２シャントインダクタ２８２のインダクタンスは（１＋ｋ）Ｌである。
【0040】
図３には、図２に示された等価回路のうち、昇圧動作に寄与する部分を抜き出したものが示されている。スイッチングアームＡ１のスイッチングによって、第１シャントインダクタ２８１に誘導起電力が発生する。この誘導起電力および第１直流電源１２の出力電圧Ｖｉｎに基づく昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔ１が、上コンデンサＣＰ１の上端と下コンデンサＣＮ１の下端との間に印加される。上コンデンサＣＰ１および下コンデンサＣＮ１は、印加された電圧によって充電される。スイッチングアームＡ２のスイッチングによって、第２シャントインダクタ２８２に誘導起電力が発生する。この誘導起電力および第２直流電源２６の出力電圧Ｖｏｕｔに基づく昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔ２が、上コンデンサＣＰ２の上端と下コンデンサＣＮ２の下端との間に印加される。上コンデンサＣＰ２および下コンデンサＣＮ２は、印加された電圧によって充電される。
【0041】
図４には、図２に示された等価回路のうち、電力伝送動作に寄与する部分を抜き出したものが示されている。スイッチングアームＡ１およびＡ２のスイッチングによって、上側経路１６１および下側経路１６２に電流が流れ、上コンデンサＣＰ１および下コンデンサＣＮ１と、上コンデンサＣＰ２および下コンデンサＣＮ２との間で電力が伝送される。
【0042】
（数１）には、上コンデンサＣＰ１の上端と下コンデンサＣＮ１の下端との間に印加される昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔ１が、第１直流電源１２の出力電圧Ｖｉｎと、スイッチングアームＡ１の上スイッチング素子ＳＨのデューティ比Ｄ１によって示されている。また、（数２）には、上コンデンサＣＰ２の上端と下コンデンサＣＮ２の下端との間に印加される昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔ２が、第２直流電源２６の出力電圧Ｖｏｕｔと、スイッチングアームＡ２の上スイッチング素子ＳＨのデューティ比Ｄ２によって示されている。
【0043】
【数1】
【0044】
【数2】
【0045】
（数３）には、第１スイッチング回路１０から第２スイッチング回路２０に伝送される電力Ｐ２１が示されている。
【0046】
【数3】
【0047】
ただし、（数３）には、スイッチング位相差δ≧π｜Ｄ１－Ｄ２｜が成立するものとした式が示されている。ωはスイッチングの角周波数である。（数３）に（数１）および（数２）を代入して昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔ１および昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔ２を消去すると、（数４）が得られる。
【0048】
【数4】
【0049】
デューティ比Ｄ１およびＤ２が等しい値Ｄを有するものとして、（数４）を変形すると（数５）が得られる。
【0050】
【数5】
【0051】
電力変換装置には図５に示されるものがある。この電力変換装置１００は、図１の第１スイッチング回路１０における正極端子１４ｐをコンデンサＣ１および上スイッチング素子ＳＨの上端に移動し、コンデンサＣ１の下端と負極端子１４ｎとの間にコンデンサＣ０１を追加したものである。電力変換装置１００は、さらに、図１の第２スイッチング回路２０における正極端子２４ｐをコンデンサＣ２および上スイッチング素子ＳＨの上端に移動し、コンデンサＣ２の下端と負極端子２４ｎとの間にコンデンサＣ０２を追加したものとなっている。この電力変換装置１００において、１次側から２次側に伝送される電力Ｐ０は（数６）によって示される。
【0052】
【数6】
【0053】
（数５）に示される電力Ｐ２１は、デューティ比Ｄの調整によって、（数６）に示される電力Ｐ０よりも大きくなり得る。例えば、Ｄを０．５とした場合、（数５）に示される電力Ｐ２１は、（数６）に示される電力の４倍である。したがって、本実施形態に係る電力変換装置１では、電力変換装置１００よりも伝送される電力が大きくなり得る。
【0054】
図６には、電力変換装置１の動作波形の概形が示されている。ここでは、デューティ比Ｄ１およびＤ２が等しくＤである場合の結果が示されている。図６における横軸は位相を示す。図６（ａ）には、ゲート信号Ｇ１Ｈ、Ｇ１Ｌ、Ｇ２ＨおよびＧ２Ｌが示されている。ゲート信号Ｇ１ＨおよびＧ１Ｌは、それぞれ、スイッチングアームＡ１における上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬを制御する。ゲート信号Ｇ２ＨおよびＧ２Ｌは、それぞれ、スイッチングアームＡ２における上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬを制御する。ゲート信号がハイのときに制御対象のスイッチング素子はオンになり、ゲート信号がローのときに制御対象のスイッチング素子はオフになる。
【0055】
図６（ｂ）には、１次巻線１８に現れる１次巻線電圧ｖｔｒ１が示されている。１次巻線電圧ｖｔｒ１は、Ｖｉｎと－（１－Ｄ）・Ｖｉｎ／Ｄとを交互に繰り返す。１周期をＴとしたときに、１周期のうちＤＴの時間で値が－（１－Ｄ）・Ｖｉｎ／Ｄとなり、１周期のうち（１―Ｄ）Ｔの時間で値がＶｉｎとなる。
【0056】
図６（ｃ）には、２次巻線２２に現れる２次巻線電圧ｖｔｒ２が示されている。２次巻線電圧ｖｔｒ２は、Ｖｏｕｔと－（１－Ｄ）・Ｖｏｕｔ／Ｄとを交互に繰り返す。１周期のうちＤＴの時間で値が－（１－Ｄ）・Ｖｏｕｔ／Ｄとなり、１周期のうち（１―Ｄ）Ｔの時間で値がＶｏｕｔとなる。
【0057】
図６（ｄ）には、第１シャントインダクタ２８１に流れる昇圧電流ｉｂｏｏｓｔ１、および第２シャントインダクタ２８２に流れる昇圧電流ｉｂｏｏｓｔ２が示されている。昇圧電流ｉｂｏｏｓｔ１の時間微分値に応じて第１シャントインダクタ２８１に誘導起電力が発生し、昇圧電流ｉｂｏｏｓｔ２の時間微分値に応じて第２シャントインダクタ２８２に誘導起電力が発生する。
【0058】
図６（ｅ）には、シリーズインダクタ２８に流れる伝送電流ｉｄｃｄｃが示されている。図６（ｆ）には１次巻線電流ｉｔｒ１、および２次巻線電流ｉｔｒ２が示されている。１次巻線電流ｉｔｒ１は、伝送電流ｉｄｃｄｃに昇圧電流ｉｂｏｏｓｔ１を加えたものであり、２次巻線電流ｉｔｒ２は、伝送電流ｉｄｃｄｃから昇圧電流ｉｂｏｏｓｔ２を減じたものである。第１スイッチング回路１０から第２スイッチング回路２０へ伝送される電力Ｐ２１は、１次巻線電流ｉｔｒ１および１次巻線電圧ｖｔｒ１の積、または２次巻線電流ｉｔｒ２および２次巻線電圧ｖｔｒ２の積で表される。
【0059】
第１スイッチング回路１０のスイッチング位相に対して、第２スイッチング回路２０のスイッチング位相を遅らせることで、第１直流電源１２から第２直流電源２６に電力が伝送される。ここで、第１スイッチング回路１０のスイッチング位相は、スイッチングアームＡ１の上スイッチング素子ＳＨのスイッチング位相である。第２スイッチング回路２０のスイッチング位相は、スイッチングアームＡ２の上スイッチング素子ＳＨのスイッチング位相である。また、第２スイッチング回路２０のスイッチング位相に対して、第１スイッチング回路１０のスイッチング位相を遅らせることで、第２直流電源２６から第１直流電源１２に電力が伝送される。
【0060】
また、スイッチングアームＡ１の上スイッチング素子ＳＨのデューティ比Ｄ１と、スイッチングアームＡ２の上スイッチング素子のデューティ比Ｄ２を調整することで昇圧比が調整されてよい。昇圧比は、正極端子１４ｐと負極端子１４ｎとの間の電圧Ｖｉｎに対する、正極端子２４ｐと負極端子２４ｎとの間の電圧Ｖｏｕｔの比率である
【0061】
したがって、デューティ比Ｄ１、デューティ比Ｄ２、またはスイッチング位相差δによって、第１直流電源１２から第２直流電源２６に伝送される電力Ｐ２１が調整されてよい。すなわち、デューティ比Ｄ１、デューティ比Ｄ２、またはスイッチング位相差δによって、第１スイッチング回路１０から第２スイッチング回路２０に伝送される電力Ｐ２１が調整されてよい。
【0062】
１次巻線１８および２次巻線２２を、接近および隔離自在とした場合、第１スイッチング回路１０および第２スイッチング回路２０のそれぞれは、無接点コネクタ回路（無接点電力伝送回路）として用いられてよい。すなわち、第１スイッチング回路１０および第２スイッチング回路２０を、それぞれ、着脱自在な第１筐体および第２筐体に収容することで、１次側の無接点コネクタと２次側の無接点コネクタが構成されてもよい。
【0063】
１次側の無接点コネクタに含まれる１次巻線（インダクタ）は、２次側の無接点コネクタ回路を外部のスイッチング回路として、外部のスイッチング回路が有する２次巻線（外部インダクタ）に結合する。２次側の無接点コネクタに含まれる２次巻線（インダクタ）は、１次側の無接点コネクタ回路を外部のスイッチング回路として、外部のスイッチング回路が有する１次巻線（外部インダクタ）に結合する。
【0064】
この場合、第１直流電源１２が、第１筐体とは別の筐体に収容され、第１直流電源１２から引き出されたケーブルが第１筐体内の第１スイッチング回路１０に接続されてもよい。そして、第２直流電源２６が、第２筐体とは別の筐体に収容され、第２直流電源２６から引き出されたケーブルが第２筐体内の第２スイッチング回路２０に接続されてもよい。第１筐体および第２筐体を接近させ、または隔離することで、１次巻線１８および２次巻線２２が接近し、または隔離される。
【0065】
なお、第１筐体に１次巻線１８を収容し、第１スイッチング回路１０のその他の構成要素を、別の筐体に収容してもよい。同様に、第２筐体に２次巻線２２を収容し、第２スイッチング回路２０のその他の構成要素を、別の筐体に収容してもよい。
【0066】
本実施形態に係る電力変換装置１によれば、第１スイッチング回路１０と第２スイッチング回路２０との間で電気的な絶縁を確保しつつ電力を伝送する動作と、電圧を昇圧する動作がトランス１６によって実現される。これによって、昇圧リアクトル等を設ける必要がなくなり、回路が単純化または小型化される。
【0067】
図７には、第２実施形態に係る電力変換装置２の構成が示されている。電力変換装置２は、磁気的に結合する第１三相スイッチング回路４０および第２三相スイッチング回路４４を備えている。第１三相スイッチング回路４０は、スイッチングアームＡ１ｕ、Ａ１ｖおよびＡ１ｗ、コンデンサＣ１、Ｕ相１次巻線４２ｕ１、Ｖ相１次巻線４２ｖ１およびＷ相１次巻線４２ｗ１、正極端子１４ｐおよび負極端子１４ｎを備えている。各スイッチングアームは、直列接続された上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬを備えている。スイッチングアームＡ１ｕ，Ａ１ｖおよびＡ１ｗは並列接続されている。
【0068】
第１三相スイッチング回路４０は、図１に示された第１スイッチング回路１０と同様の構成をそれぞれが有する３つの回路を、正極端子１４ｐおよび負極端子１４ｎを共通にして並列に接続したものである。
【0069】
Ｕ相１次巻線４２ｕ１の一端は、スイッチングアームＡ１ｕにおける上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬの接続点に接続されている。Ｖ相１次巻線４２ｖ１の一端は、スイッチングアームＡ１ｖにおける上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬの接続点に接続されている。Ｗ相１次巻線４２ｗ１の一端は、スイッチングアームＡ１ｗにおける上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬの接続点に接続されている。
【0070】
Ｕ相１次巻線４２ｕ１、Ｖ相１次巻線４２ｖ１およびＷ相１次巻線４２ｗ１のそれぞれの他端は共通に接続され、正極端子１４ｐに接続されている。コンデンサＣ１の一端は、各上スイッチング素子ＳＨの上端に接続され、コンデンサＣ１の他端は、各１次巻線の他端、すなわち正極端子１４ｐに接続されている。下スイッチング素子ＳＬの下端は負極端子１４ｎに接続されている。正極端子１４ｐには第１直流電源１２の正極端子が接続され、負極端子１４ｎには第１直流電源１２の負極端子が接続される。
【0071】
第２三相スイッチング回路４４は、図１に示された第２スイッチング回路２０と同様の構成をそれぞれが有する３つの回路を、正極端子２４ｐおよび負極端子２４ｎを共通にして並列に接続したものである。第２三相スイッチング回路４４は、スイッチングアームＡ２ｕ、Ａ２ｖおよびＡ２ｗ、コンデンサＣ２、Ｕ相２次巻線４２ｕ２、Ｖ相２次巻線４２ｖ２およびＷ相２次巻線４２ｗ２、正極端子２４ｐおよび負極端子２４ｎを備えている。
【0072】
第２三相スイッチング回路４４は、第１三相スイッチング回路４０と同様の構成を有している。第２三相スイッチング回路４４のスイッチングアームＡ２ｕ、Ａ２ｖおよびＡ２ｗ、コンデンサＣ２、Ｕ相２次巻線４２ｕ２、Ｖ相２次巻線４２ｖ２およびＷ相２次巻線４２ｗ２、正極端子２４ｐおよび負極端子２４ｎが、それぞれ、第１三相スイッチング回路４０のスイッチングアームＡ１ｕ、Ａ１ｖおよびＡ１ｗ、コンデンサＣ１、Ｕ相１次巻線４２ｕ１、Ｖ相１次巻線４２ｖ１およびＷ相１次巻線４２ｗ１、正極端子１４ｐおよび負極端子１４ｎに対応している。正極端子２４ｐには、第２直流電源２６の正極端子が接続され、負極端子２４ｎには、第２直流電源２６の負極端子が接続される。
【0073】
Ｕ相１次巻線４２ｕ１、Ｖ相１次巻線４２ｖ１およびＷ相１次巻線４２ｗ１は、それぞれ、Ｕ相２次巻線４２ｕ２、Ｖ相２次巻線４２ｖ２およびＷ相２次巻線４２ｗ２に結合し、３相トランス４２を構成する。
【0074】
このように、第１三相スイッチング回路４０は、並列接続された複数のスイッチングアーム（Ａ１ｕ、Ａ１ｖ、Ａ１ｗ）と、各スイッチングアームに対応して設けられたインダクタとしての１次巻線（４２ｕ１、４２ｖ１、４２ｗ１）とを備えている。第２三相スイッチング回路４４は、並列接続された複数のスイッチングアーム（Ａ２ｕ、Ａ２ｖ、Ａ２ｗ）と、各スイッチングアームに対応して設けられたインダクタとしての２次巻線（４２ｕ２、４２ｖ２、４２ｗ２）とを備えている。
【0075】
各１次巻線の他端は共通に接続されており、第１三相スイッチング回路４０が備える各１次巻線と、第２三相スイッチング回路４４が備える各２次巻線とが、対応する巻線同士で結合している。第１三相スイッチング回路４０が備える各１次巻線の他端には、共通の第１電源または第１負荷としての第１直流電源１２が接続されている。第２三相スイッチング回路４４が備える各２次巻線の他端には、共通の第２負荷または第２電源としての第２直流電源２６が接続されている。
【0076】
スイッチングアームＡ１ｕおよびＡ２ｕの対、スイッチングアームＡ１ｖおよびＡ２ｖの対、ならびにスイッチングアームＡ１ｗおよびＡ２ｗの対は、図１に示されたスイッチングアームＡ１およびＡ２の対と同様の動作を実行する。
【0077】
スイッチングアームＡ１ｖおよびＡ２ｖのスイッチング位相は、例えば、スイッチングアームＡ１ｕおよびＡ２ｕのスイッチング位相に対して１２０°遅れてよい。スイッチングアームＡ１ｗおよびＡ２ｗのスイッチング位相は、例えば、スイッチングアームＡ１ｖおよびＡ２ｖのスイッチング位相に対して１２０°遅れてよい。このような相間のスイッチング位相差は、必ずしも１２０°でなくてもよい。
【0078】
第１三相スイッチング回路４０のスイッチング位相に対して、第２三相スイッチング回路４４のスイッチング位相を遅らせることで、第１直流電源１２から第２直流電源２６に電力が伝送され得る。また、第２三相スイッチング回路４４のスイッチング位相に対して、第１三相スイッチング回路４０のスイッチング位相を遅らせることで、第２直流電源２６から第１直流電源１２に電力が伝送され得る。
【0079】
第１三相スイッチング回路４０および第２三相スイッチング回路４４のそれぞれは、無接点コネクタ回路（無接点電力伝送回路）として用いられてよい。すなわち、第１三相スイッチング回路４０および第２三相スイッチング回路４４を、それぞれ、着脱自在な第１筐体および第２筐体に収容することで、１次側の無接点コネクタと２次側の無接点コネクタが構成されてもよい。
【0080】
１次側の無接点コネクタに含まれる各１次巻線（インダクタ）は、２次側の無接点コネクタ回路を外部のスイッチング回路として、外部のスイッチング回路が有する各２次巻線（外部インダクタ）に結合する。２次側の無接点コネクタに含まれる各２次巻線（インダクタ）は、１次側の無接点コネクタ回路を外部のスイッチング回路として、外部のスイッチング回路が有する各１次巻線（外部インダクタ）に結合する。
【0081】
この場合、第１直流電源１２が、第１筐体とは別の筐体に収容され、第１直流電源１２から引き出されたケーブルが第１筐体内の第１三相スイッチング回路４０に接続されてもよい。そして、第２直流電源２６が、第２筐体とは別の筐体に収容され、第２直流電源２６から引き出されたケーブルが第２筐体内の第２三相スイッチング回路４４に接続されてもよい。第１筐体および第２筐体を接近させ、または隔離することで、各相の１次巻線および２次巻線が接近し、または隔離される。
【0082】
なお、第１筐体に各相の１次巻線を収容し、第１スイッチング回路１０のその他の構成要素を、別の筐体に収容してもよい。同様に、第２筐体に各相の２次巻線を収容し、第２スイッチング回路２０のその他の構成要素を、別の筐体に収容してもよい。
【0083】
３相トランス４２には、相間の結合が小さい相間非干渉トランスが用いられてよい。図８には、３相の相間非干渉トランスの構成例が示されている。相間非干渉トランス２００は、１次側および２次側の相間非干渉巻線構造として、１次巻線構造７１－１および２次巻線構造７１－２を備えている。１次巻線構造７１－１は、１次コア７０－１、Ｕ相１次巻線４２ｕ１、Ｖ相１次巻線４２ｖ１およびＷ相１次巻線４２ｗ１を備えている。１次コア７０－１は、横方向コア７２０、第１縦方向コア７２１～第４縦方向コア７２４を備えている。横方向コア７２０および第１縦方向コア７２１～第４縦方向コア７２４は角柱状、円柱状等の柱状に形成されている。
【0084】
横方向コア７２０は横方向に延びている。第１縦方向コア７２１は、横方向コア７２０の左端から上方向に延びている。第２縦方向コア７２２は、第１縦方向コア７２１の右側に、第１縦方向コア７２１との間に所定の間隔を隔てて、横方向コア７２０から上方向に延びている。第３縦方向コア７２３は、第２縦方向コア７２２の右側に、第２縦方向コア７２２との間に所定の間隔を隔てて、横方向コア７２０から上方向に延びている。第４縦方向コア７２４は、第３縦方向コア７２３の右側に、第３縦方向コア７２３との間に所定の間隔を隔てて、横方向コア７２０の右端から上方向に延びている。
【0085】
２次巻線構造７１－２は、１次巻線構造７－１と同様の構成を有し、２次コア７０－２、Ｕ相２次巻線４２ｕ２、Ｖ相２次巻線４２ｖ２およびＷ相２次巻線４２ｗ２を備えている。ただし、図８に示される例では、２次巻線構造７１－２における各巻線の巻き方向は、１次コア７０－１および７０－２を同一の姿勢にし、基準端から導線を辿って見たときは、１次巻線構造７１－１に対して逆方向である。２次巻線構造７１－２は、２次コア７０－２の第１縦方向コア７２１～第４縦方向コア７２４の先端面が、それぞれ、１次コア７０－１の第１縦方向コア７２１～第４縦方向コア７２４の先端面に、所定のギャップ長を隔てて対向するように配置されている。１次コア７０－１における第ｊ縦方向コアと２次コア７０－２における第ｊ縦方向コアとの間には、第ｊギャップＧｊが形成されている。ただし、ｊは、１～４の整数である。
【0086】
なお、１次巻線構造７１－１および２次巻線構造７１－２は、コアの姿勢を同一として見た場合の巻線の巻き方向を除き同様の構成を有している。そのため、本明細書では１次巻線構造７１－１の動作について主に説明し、２次巻線構造７１－２の動作についての説明を簡略化または省略する。
【0087】
Ｕ相１次巻線４２ｕ１、Ｖ相１次巻線４２ｖ１およびＷ相１次巻線４２ｗ１は、３相トランス用巻線としての３相１次巻線を構成する。Ｕ相２次巻線４２ｕ２、Ｖ相２次巻線４２ｖ２およびＷ相２次巻線４２ｗ２は、３相トランス用巻線としての３相２次巻線を構成する。Ｕ相１次巻線４２ｕ１、Ｖ相１次巻線４２ｖ１およびＷ相１次巻線４２ｗ１のそれぞれの両端のうち、基準端とされる側には黒点が付されている。同様に、Ｕ相２次巻線４２ｕ２、Ｖ相２次巻線４２ｖ２およびＷ相２次巻線４２ｗ２のそれぞれの両端のうち、基準端とされる側にも黒点が付されている。
【0088】
Ｕ相１次巻線４２ｕ１を構成する導線は、第２縦方向コア７２２の周りを右回りに周回した後、第１縦方向コア７２１の周りを左周りに周回している。Ｖ相１次巻線４２ｖ１を構成する導線は、第４縦方向コア７２４の周りを右回りに周回した後、第３縦方向コア１２３の周りを左周りに周回している。Ｗ相１次巻線４２ｗ１を構成する導線は、第３縦方向コア７２３および第４縦方向コア７２４の周りを右周りに周回した後、第２縦方向コア７２２および第１縦方向コア７２１の周りを左周りに周回している。
【0089】
このように、Ｕ相１次巻線４２ｕ１、Ｖ相１次巻線４２ｖ１およびＷ相１次巻線４２ｗ１のそれぞれを構成する導線は、８の字状に縦方向コアの周りを周回する。各導線は、８の字を描く２つのループのうちの一方のループを１回または複数回に亘って周回した後に、他方のループを１回または複数回に亘って周回してよい。また、各導線は、１つの８の字を１回描いた後に、次の８の字を１回描くという巻き過程が、複数回に亘って繰り返されるように縦方向コアの周りを周回してもよい。
【0090】
Ｕ相１次巻線４２ｕ１に電流が流れることで、１次コア７０－１の第１縦方向コア７２１、第１ギャップＧ１、２次コア７０－２の第１縦方向コア７２１、２次コア７０－２の横方向コア７２０、２次コア７０－２の第２縦方向コア１２２、第２ギャップＧ２、１次コア７０－１の第２縦方向コア７２２、および１次コア７０－１の横方向コア７２０を通る磁束Φｕが発生する。この磁束ΦｕによってＵ相２次巻線４２ｕ２に誘導起電力が発生する。
【0091】
Ｖ相１次巻線４２ｖ１に電流が流れることで、１次コア７０－１の第３縦方向コア７２３、第３ギャップＧ３、２次コア７０－２の第３縦方向コア７２３、２次コア７０－２の横方向コア７２０、２次コア７０－２の第４縦方向コア７２４、第４ギャップＧ４、１次コア７０－１の第４縦方向コア７２４、および１次コア７０－１の横方向コア１２０を通る磁束Φｖが発生する。この磁束ΦｖによってＶ相２次巻線４２ｖ２に誘導起電力が発生する。
【0092】
Ｗ相１次巻線４２ｗ１に電流が流れることで、１次コア７０－１の第１縦方向コア７２１、第１ギャップＧ１、２次コア７０－２の第１縦方向コア７２１、２次コア７０－２の横方向コア１２０、２次コア７０－２の第４縦方向コア７２４、第４ギャップＧ４、１次コア７０－１の第４縦方向コア７２４、および１次コア７０－１の横方向コア７２０を通る磁束Φｗ１が発生する。さらに、１次コア７０－１の第２縦方向コア７２２、第２ギャップＧ２、２次コア７０－２の第２縦方向コア７２２、２次コア７０－２の横方向コア７２０、２次コア７０－２の第３縦方向コア７２３、第３ギャップＧ３、１次コア７０－１の第３縦方向コア７２３、および１次コア７０－１の横方向コア７２０を通る磁束Φｗ２が発生する。これらの磁束Φｗ１およびΦｗ２によってＷ相２次巻線４２ｗ２に誘導起電力が発生する。
【0093】
このような構成によれば、１つの巻線において８の字を描く２つのループのうち一方から発せられる磁束は、他の巻線において８の字を描く２つのループのいずれもくぐらない（いずれにも鎖交しない）か、あるいは、他の巻線の８の字を描く２つのループに鎖交する。８の字を描く２つのループのうち一方のループから発せられる磁束が、他の巻線の８の字を描く２つのループに鎖交する場合、当該他の巻線の２つのループには逆極性の誘導起電力が発生する。そのため、当該他の巻線の端子間に発生する誘導起電力が抑制される。
【0094】
１つの巻線のループから発せられる磁束によって、他の巻線の２つのループに逆極性の誘導起電力を発生させるという効果が得られる程度は、各巻線の巻き数、各コアの断面積、各ギャップの長さ等によって調整されてよい。
【0095】
複数相のトランスにおいて相間の結合がある場合、各巻線および各巻線に接続されるスイッチング回路に流れる電流に、理想的な電流との差異が生じ、巻線およびスイッチング回路で発生する損失が大きくなってしまう場合がある。電力変換装置２に相間非干渉トランスを用いることで、各巻線に流れる電流と理想的な電流との差異が生じる現象が抑制され、各巻線、第１三相スイッチング回路４０および第２三相スイッチング回路４４で発生する電力損失が低減される。
【0096】
図９には、相間非干渉トランスの構成例が模式的に示されている。相間非干渉トランス２０２は、図８の相間非干渉トランス２００の１次コア７０－１および２次コア７０－２を変形したものである。相間非干渉トランス２０２は、１次巻線構造７５－１および２次巻線構造７５－２を備えている。１次巻線構造７５－１は、１次コア７４－１、Ｕ相１次巻線４２ｕ１、Ｖ相１次巻線４２ｖ１およびＷ相１次巻線４２ｗ１を備えており、２次巻線構造７５－２は、２次コア７４－２、Ｕ相２次巻線４２ｕ２、Ｖ相２次巻線４２ｖ２およびＷ相２次巻線４２ｗ２を備えている。１次コア７４－１は、矩形の板状コア６００と、板状コア６００の四隅から手前側に突出した第１四角柱コア６０１～第４四角柱コア６０４から構成されている。板状コア６００は、相間非干渉トランス２００の横方向コア７２０に対応し、第１四角柱コア６０１～第４四角柱コア６０４は、相間非干渉トランス２００の第１縦方向コア７２１～第４縦方向コア７２４に対応している。
【0097】
Ｕ相１次巻線４２ｕ１が描く８の字における２つのループのうちの一方は第１四角柱コア６０１の周りを周回し、他方は第２四角柱コア６０２の周りを周回する。Ｖ相１次巻線４２ｖ１が描く８の字における２つのループのうちの一方は第３四角柱コア６０３の周りを周回し、他方は第４四角柱コア６０４の周りを周回する。Ｗ相１次巻線４２ｗ１が描く８の字における２つのループのうちの一方は第１四角柱コア６０１および第２四角柱コア６０２の周りを周回し、他方は第３四角柱コア６０３および第４四角柱コア６０４の周りを周回する。
【0098】
１次コア７４－１および２次コア７４－２は、これらの間にある平面に関して対称な構造を有している。２次コア７４－２は、矩形の板状コア６００と、板状コア６００の四隅から奥側に突出した第１四角柱コア６０１～第４四角柱コア６０４から構成されている。２次コア７４－２における第１四角柱コア６０１～第４四角柱コア６０４の先端面は、それぞれ、１次コア７４－１における第１四角柱コア６０１～第４四角柱コア６０４の先端面に、所定のギャップ長を隔てて対向する。
【0099】
本実施形態に係る電力変換装置２によれば、第１三相スイッチング回路４０と第２三相スイッチング回路４４との間で電気的な絶縁を確保しつつ電力を伝送する動作と、電圧を昇圧する動作がトランス１６によって実現される。これによって、昇圧リアクトル等を設ける必要がなくなり、回路が単純化または小型化される。
【0100】
図１０には、変形例に係る電力変換装置３の構成が示されている。電力変換装置３は、図１に示された電力変換装置４におけるコンデンサＣ１およびＣ２に代えて、スイッチングアームＡ１の両端に接続されたコンデンサＣ１１およびスイッチングアームＡ２の両端に接続されたコンデンサＣ１２を設けたものである。
【0101】
【0102】
図１２には、変形例に係る電力変換装置５の構成が示されている。電力変換装置５は、図１に示された電力変換装置１における正極端子１４ｐおよび１４ｎの位置と、コンデンサＣ１の位置を入れ換え、正極端子２４ｐおよび２４ｎの位置と、コンデンサＣ２の位置を入れ換えたものである。すなわち、電力変換装置５では、スイッチングアームＡ１の上端に正極端子１４ｐが接続され、１次巻線１８の上端に負極端子１４ｎが接続されている。さらに、負極端子１４ｎとスイッチングアームＡ１の下端との間にコンデンサＣ１が接続されている。また、電力変換装置５では、スイッチングアームＡ２の上端に正極端子２４ｐが接続され、２次巻線２２の上端に負極端子２４ｎが接続されている。さらに、負極端子２４ｎとスイッチングアームＡ２の下端との間にコンデンサＣ２が接続されている。
【0103】
図１０～図１２に示された電力変換装置３～５のスイッチングアームＡ１およびＡ２の動作は、図１に示されたスイッチングアームＡ１およびＡ２の動作と同様である。また、図１０～図１２に示された電力変換装置３～５についても、第１スイッチング回路１０Ａ～１０Ｃと、第２スイッチング回路２０Ａ～１０Ｃのそれぞれは、無接点コネクタ回路として用いられてよい。
【0104】
図１３には、変形例に係る電力変換装置６の構成が示されている。電力変換装置６は、図７に示された電力変換装置２のコンデンサＣ１を、スイッチングアームＡ１ｕ、Ａ１ｖおよびＡ１ｗに対応する３相分のコンデンサＣｕ１、Ｃｖ１およびＣｗ１に分離したものである。同様に、２次側の回路は、電力変換装置２のコンデンサＣ２が、スイッチングアームＡ２ｕ、Ａ２ｖおよびＡ２ｗに対応する３相分のコンデンサＣｕ２、Ｃｖ２およびＣｗ２に分離された構成を有している。
【0105】
コンデンサＣｕ１、Ｃｖ１およびＣｗ１は、それぞれ、スイッチングアームＡ１ｕ、Ａ１ｖおよびＡｗ１に対応して設けられている。また、コンデンサＣｕ１、Ｃｖ１およびＣｗ１は、それぞれ、Ｕ相１次巻線４２ｕ１、Ｖ相１次巻線４２ｖ１およびＷ相１次巻線４２ｗ１に対応して設けられている。各コンデンサは、各１次巻線のスイッチングアームとは反対側の一端と、対応するスイッチングアームにおける上スイッチング素子ＳＨの上端との間の経路に挿入されている。同様に、コンデンサＣｕ２、Ｃｖ２およびＣｗ２は、それぞれ、スイッチングアームＡ２ｕ、Ａ２ｖおよびＡｗ２に対応して設けられている。また、コンデンサＣｕ２、Ｃｖ２およびＣｗ２は、それぞれ、Ｕ相２次巻線４２ｕ２、Ｖ相２次巻線４２ｖ２およびＷ相２次巻線４２ｗ２に対応して設けられている。各コンデンサは、各２次巻線のスイッチングアームとは反対側の一端と、対応するスイッチングアームにおける上スイッチング素子ＳＨの上端との間の経路に挿入されている。
【0106】
このように、各相におけるスイッチングアームおよびコンデンサを他の相から独立させた構成では、各相においてデューティ比Ｄ１およびＤ２や、１次側と２次側でのスイッチング位相差δが独立に設定されてよい。
【0107】
図１４には、変形例に係る電力変換装置７の構成が示されている。電力変換装置７は、図７に示された電力変換装置２の正極端子１４ｐを、各相の１次巻線に対応するＵ相端子１４ｕ、Ｖ相端子１４ｖおよびＷ相端子１４ｗに分離したものである。Ｕ相端子１４ｕ、Ｖ相端子１４ｖおよびＷ相端子１４ｗは、それぞれ、Ｕ相１次巻線４２ｕ１、Ｖ相１次巻線４２ｖ１およびＷ相１次巻線４２ｗ１のそれぞれにおけるスイッチングアームとは反対側の一端に接続されている。
【0108】
Ｕ相端子１４ｕには、Ｕ相直流電源１２ｕの正極端子が接続されている。Ｖ相端子１４ｖにはＶ相直流電源１２ｖの正極端子が接続され、Ｗ相端子１４ｗにはＷ相直流電源１２ｗの正極端子が接続されている。Ｕ相直流電源１２Ｕ、Ｖ相直流電源１２ＶおよびＷ相直流電源１２ｗのそれぞれの負極端子は、負極端子１４ｎに接続されている。
【0109】
同様に、電力変換装置７では、図７に示された電力変換装置２の正極端子２４ｐが、各相の２次巻線に対応するＵ相端子２４ｕ、Ｖ相端子２４ｖおよびＷ相端子２４ｗに分離されている。Ｕ相端子２４ｕには、Ｕ相直流電源２６ｕの正極端子が接続されている。Ｖ相端子２４ｖにはＶ相直流電源２６ｖの正極端子が接続され、Ｗ相端子２４ｗにはＷ相直流電源２６ｗの正極端子が接続されている。Ｕ相直流電源２６Ｕ、Ｖ相直流電源２６ＶおよびＷ相直流電源２６ｗのそれぞれの負極端子は、負極端子２４ｎに接続されている。
【0110】
図１３および図１４に示された電力変換装置６および７の各スイッチングアームの動作は、図７に示された各スイッチングアームの動作と同様である。また、図１３および図１４に示された電力変換装置６および７についても、第１三相スイッチング回路４６および５０と、第２三相スイッチング回路４８および５２のそれぞれは、無接点コネクタ回路として用いられてよい。
【0111】
図１５には、変形例に係る電力変換装置８の構成が示されている。電力変換装置７は、図７に示された電力変換装置２の第１三相スイッチング回路４０および第２三相スイッチング回路４４を４相化したものである。スイッチングアームＡｘ１が、各相のスイッチングアームＡｕ１、Ａｖ１およびＡｗ１に並列に接続されている。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の１次巻線の共通接続端と、スイッチングアームＡｘ１における上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬの接続点との間には、Ｘ相１次巻線４２ｘ１が接続されている。
【0112】
また、スイッチングアームＡｘ２が、各相のスイッチングアームＡｕ２、Ａｖ２およびＡｗ２に並列に接続されている。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の２次巻線の共通接続端と、スイッチングアームＡｘ２における上スイッチング素子ＳＨおよび下スイッチング素子ＳＬの接続点との間には、Ｘ相２次巻線４２ｘ２が接続されている。
【0113】
スイッチングアームＡ１ｖおよびＡ２ｖのスイッチング位相は、スイッチングアームＡ１ｕおよびＡ２ｕに対して９０°遅れてよい。スイッチングアームＡ１ｗおよびＡ２ｗのスイッチング位相は、スイッチングアームＡ１ｖおよびＡ２ｖに対して９０°遅れてよい。スイッチングアームＡ１ｘおよびＡ２ｘのスイッチング位相は、スイッチングアームＡ１ｗおよびＡ２ｗに対して９０°遅れてよい。このような相間のスイッチング位相差は、必ずしも９０°でなくてもよい。
【0114】
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相およびＸ相の１次巻線（４２ｕ１、４２ｖ１、４２ｗ１および４２ｘ１）は、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相およびＸ相の２次巻線（４２ｕ２、４２ｖ２、４２ｗ２および４２ｘ２）に結合し、４相トランス５８を構成する。４相トランス５８には相間非干渉トランスが用いられてよい。
【0115】
第１四相スイッチング回路５４と、第２四相スイッチング回路５６のそれぞれは、無接点コネクタ回路として用いられてよい。
【0116】
図１６には、４相の相間非干渉トランス２０４の構成例が示されている。相間非干渉トランス２０４は、１次側および２次側の相間非干渉巻線構造として、１次巻線構造７２－１および２次巻線構造７２－２を備えている。１次巻線構造７２－１は、１次コア７８－１、Ｕ相１次巻線４２ｕ１、Ｖ相１次巻線４２ｖ１、Ｗ相１次巻線４２ｗ１およびＸ相１次巻線４２ｘ１を備えている。１次コア７８－１は、横方向コア７２０、第１縦方向コア７２１～第５縦方向コア７２５を備えている。２次巻線構造７２－２は、２次コア７８－２、Ｕ相２次巻線４２ｕ２、Ｖ相２次巻線４２ｖ２、Ｗ相２次巻線４２ｗ２およびＸ相２次巻線４２ｘ２を備えている。２次コア７８－２は、横方向コア７２０、第１縦方向コア７２１～第５縦方向コア７２５を備えている。
【0117】
相間非干渉トランス２０４では、図８に示される相間非干渉トランス２００について、１次コア７０－１および２次コア７０－２のそれぞれの横方向コア７２０を右方向に延長したものが、それぞれ１次コア７８－１および２次コア７８－２とされている。相間非干渉トランス２０４では、１次コア７８－１および２次コア７８－２のそれぞれの右端に、第５縦方向コア７２５が追加されると共に、Ｘ相１次巻線４２ｘ１およびＸ相２次巻線４２ｘ２が追加されている。１次コア７８－１の第５縦方向コア７２５は、第４縦方向コア７２４との間に所定の間隔を隔てて、１次コア７８－１の横方向コア７２０の右端から上方向に延びている。２次コア７８－２の第５縦方向コア７２５は、第４縦方向コア７２４との間に所定の間隔を隔てて、２次コア７８－２の横方向コア７２０の右端から下方向に延びている。
【0118】
１次コア７８－１の第５縦方向コア７２５の先端面は、２次コア７８－２の第５縦方向コア７２５の先端面に、所定のギャップ長を隔てて対向している。１次コア７８－１における第５縦方向コア７２５と２次コア１８－２における第５縦方向コア７２５との間には、第５ギャップＧ５が形成されている。
【0119】
Ｘ相１次巻線４２ｘ１を構成する導線は、１次コア７８－１の第５縦方向コア７２５を右周りに周回している。Ｘ相２次巻線４２ｘ２を構成する導線は、２次コア７８－２の第５縦方向コア７２５を右周りに周回している。
【0120】
Ｘ相１次巻線４２ｘ１に電流が流れることによって、２次コア７８－２の第５縦方向コア７２５、第５ギャップＧ５、および１次コア７８－１の第５縦方向コア７２５を通る磁束Φｘが発生し、この磁束ΦｘによってＸ相２次巻線４２ｘ２に誘導起電力が発生する。
【0121】
このような構成によれば、Ｕ相１次巻線４２ｕ１、Ｖ相１次巻線４２ｖ１およびＷ相１次巻線４２ｗ１については、１つの巻線において８の字を描く２つのループのうち一方から発せられた磁束は、他の巻線の８の字を描く２つのループのいずれにも鎖交しないか、あるいは、他の巻線において８の字を描く２つのループに鎖交する。８の字を描く２つのループのうち一方のループから発せられる磁束が、他の巻線の８の字を描く２つのループに鎖交する場合、当該他の巻線の２つのループには逆極性の誘導起電力が発生する。そのため、当該他の巻線の端子間に発生する誘導起電力が抑制される。そして、Ｘ相１次巻線４２ｘ１から発せられた磁束は、他の巻線の８の字を描く２つのループに鎖交する。当該他の巻線の２つのループには逆極性の誘導起電力が発生するため、当該他の巻線の端子間に発生する誘導起電力が抑制される。
【0122】
したがって、１つの巻線から発生した磁束は、他の巻線の端子間に誘導起電力を発生しないか、この端子間に発生する誘導起電力は微小である。これによって、Ｕ相１次巻線４２ｕ１、Ｖ相１次巻線４２ｖ１、Ｗ相１次巻線４２ｗ１およびＸ相１次巻線４２ｘ１における相互の結合が抑制される。
【0123】
１つの巻線のループから発せられる磁束によって、他の巻線の２つのループに逆極性の誘導起電力を発生させるという効果が得られる程度は、各巻線の巻き数、各コアの断面積、各ギャップの長さ等によって調整されてよい。
【0124】
上記では、単相、３相および４相の電力変換装置が示された。電力変換装置は、２相あるいは５相以上の構成としてもよい。この場合、相数に応じた数のスイッチングアーム、巻線およびコンデンサが設けられる。例えば、２相とする場合には、図７に示された電力変換装置２から、スイッチングアームＡｗ１、１次巻線４２ｗ１、スイッチングアームＡｗ２および２次巻線４２ｗ２が取り除かれる。
【0125】
５相とする場合には、図１５に示された電力変換装置８について、スイッチングアームＡｕ１、Ａｖ１、Ａｗ１およびＡｘ１に対して並列に追加のスイッチングアームが接続される。そして、追加のスイッチングアームの上スイッチング素子と下スイッチング素子との接続点と、他の各１次巻線の接続点との間に追加の１次巻線が接続される。２次側についても同様に、スイッチングアームおよび２次巻線が追加される。
【符号の説明】
【0126】
１～８，１００ 電力変換装置、１０，１０Ａ、１０Ｂ，１０Ｃ 第１スイッチング回路、１２ 第１直流電源、１２ｕ，２６ｕ Ｕ相直流電源、１２ｖ，２６ｖ Ｖ相直流電源、１２ｗ，２６ｗ Ｗ相直流電源、１４ｐ，２４ｐ 正極端子、１４ｎ，２４ｎ 負極端子、１６ トランス、１８ １次巻線、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 第２スイッチング回路、２２ ２次巻線、２６ 第２直流電源、２８ シリーズインダクタ、２８１ 第１シャントインダクタ、２８２ 第２シャントインダクタ、４０，４６，５０ 第１三相スイッチング回路、４２ ３相トランス、４２ｕ１ Ｕ相１次巻線、４２ｖ１ Ｖ相１次巻線、４２ｗ１ Ｗ相１次巻線、４２ｘ１ Ｘ相１次巻線、４２ｕ２ Ｕ相２次巻線、４２ｖ２ Ｖ相２次巻線、４２ｗ２ Ｗ相２次巻線、４２ｘ２ Ｘ相２次巻線、４４，４８，５２ 第２三相スイッチング回路、５８ ４相トランス、２００，２０２，２０４ 相間非干渉トランス、７０－１，７４－１，７８－１ １次コア、７０－２，７４－２，７８－２ ２次コア、７２０ 横方向コア、７２１～７２５ 第１縦方向コア～第５縦方向コア、７１－１，７２－１，７５－１ １次巻線構造、７１－２，７２－２，７５－２ ２次巻線構造、６００ 板状コア、６０１～６０４ 第１四角柱コア～第４四角柱コア、Ａ１，Ａ２，Ａ１ｕ，Ａ１ｖ，Ａ１ｗ，Ａ２ｕ，Ａ２ｖ，Ａ２ｗ スイッチングアーム、ＳＨ 上スイッチング素子、ＳＬ 下スイッチング素子、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ０１、Ｃ０２，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃｕ１，Ｃｖ１，Ｃｗ１，Ｃｕ２，Ｃｖ２，Ｃｗ２ コンデンサ、ＣＰ１，ＣＰ２ 上コンデンサ、ＣＮ１，ＣＮ２ 下コンデンサ。
【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】