ホーム > 特許ランキング > 株式会社豊田中央研究所
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】2025-05-26
(45)【発行日】2025-06-03
(54)【発明の名称】電力変換装置
(51)【国際特許分類】
H02M 3/28 20060101AFI20250527BHJP
【ＦＩ】
H02M3/28 H
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2022123476
(22)【出願日】2022-08-02
(65)【公開番号】P2024020918
(43)【公開日】2024-02-15
【審査請求日】2023-12-21
(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】ゴー・テックチャン
(72)【発明者】
【氏名】種村 恭佑
(72)【発明者】
【氏名】戸村 修二
【審査官】三木 景介
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０２１／０５３１２８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０２１－１５３３８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２２／００９８１８（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】
直列に接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を備えるＵ相スイッチングアームと、直列に接続された第３スイッチング素子および第４スイッチング素子を備えるＶ相スイッチングアームと、
直列に接続された第５スイッチング素子および第６スイッチング素子を備えるＷ相スイッチングアームと、
ａ相セカンダリ巻線に結合するＵＶ相プライマリ巻線であって、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の接続点と、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の接続点との間に設けられたＵＶ相プライマリ巻線と、
ｂ相セカンダリ巻線に結合するＶＷ相プライマリ巻線であって、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の接続点と、前記第５スイッチング素子および前記第６スイッチング素子の接続点との間に設けられたＶＷ相プライマリ巻線と、
ｃ相セカンダリ巻線に結合するＷＵ相プライマリ巻線であって、前記第５スイッチング素子および前記第６スイッチング素子の接続点と、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の接続点との間に設けられたＷＵ相プライマリ巻線と、
直列に接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサを備えるコンデンサアームと、
前記ＵＶ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたａ相リアクトルと、
前記ＶＷ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたｂ相リアクトルと、
前記ＷＵ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたｃ相リアクトルと、を備え、
前記Ｕ相スイッチングアーム、前記Ｖ相スイッチングアーム、Ｗ相スイッチングアームおよび前記コンデンサアームが並列接続されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項2】
直列に接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を備えるＵ相スイッチングアームと、直列に接続された第３スイッチング素子および第４スイッチング素子を備えるＶ相スイッチングアームと、
直列に接続された第５スイッチング素子および第６スイッチング素子を備えるＷ相スイッチングアームと、
ａ相セカンダリ巻線に結合するＵ相プライマリ巻線であって、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の接続点に一端が接続されたＵ相プライマリ巻線と、
ｂ相セカンダリ巻線に結合するＶ相プライマリ巻線であって、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の接続点に一端が接続されたＶ相プライマリ巻線と、
ｃ相セカンダリ巻線に結合するＷ相プライマリ巻線であって、前記第５スイッチング素子および前記第６スイッチング素子の接続点に一端が接続されたＷ相プライマリ巻線と、
直列に接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサを備えるコンデンサアームと、
前記Ｕ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたａ相リアクトルと、
前記Ｖ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたｂ相リアクトルと、
前記Ｗ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたｃ相リアクトルと、を備え、
前記Ｕ相プライマリ巻線、前記Ｖ相プライマリ巻線および前記Ｗ相プライマリ巻線のそれぞれの他端が共通に接続されており、
前記Ｕ相スイッチングアーム、前記Ｖ相スイッチングアーム、Ｗ相スイッチングアームおよび前記コンデンサアームが並列接続されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は交互にオンオフし、
前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子は交互にオンオフし、
前記第５スイッチング素子および前記第６スイッチング素子は交互にオンオフし、
前記ａ相セカンダリ巻線に印加される電圧が、１周期で正、正、０、負、負、０の順で変化し、
前記ｂ相セカンダリ巻線に印加される電圧が、１周期で負、０、正、正、０、負の順で変化し、
前記ｃ相セカンダリ巻線に印加される電圧が、１周期で０、負、負、０、正、正の順で変化することに応じて、前記第１スイッチング素子のオンオフ状態、前記第３スイッチング素子のオンオフ状態、および前記第５スイッチング素子のオンオフ状態は、（オン、オフ、オン）、（オン、オフ、オフ）、（オン、オン、オフ）、（オフ、オン、オフ）、（オフ、オン、オン）、（オフ、オフ、オン）の順で変化することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力変換装置に関し、特に、スイッチングによって電力伝送を行う装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両が広く用いられている。近年では、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（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、バッテリから出力された電力を調整して電力系統に供給し、あるいは、電力系統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。また、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）と呼ばれる技術についても研究が行われている。Ｖ２Ｈにおいても、バッテリと電気機器との間の電力経路に電力変換装置が用いられる。電力変換装置には、交流電力を直流電力に変換し、あるいは直流電力を交流電力に変換するＡＣ／ＤＣ電力変換装置や、直流電圧のレベルを変換するＤＣ／ＤＣ電力変換装置がある。
【0003】
電力変換装置として、特許文献１には、絶縁型の電力変換回路システムが記載されている。このシステムでは、スイッチングトランジスタを含む２つの変換回路（スイッチング回路）がトランスによって結合されており、トランスが昇圧または降圧用のリアクトルとして用いられている。すなわち、トランスの巻線に現れるインダクタンスが昇圧や降圧に用いられている。
【0004】
特許文献１に記載の変換回路には、２つのアーム、すなわち、並列に接続された右アームおよび左アームが用いられている。ここで、アームとは直列接続された２つのスイッチング素子を含む回路単位をいう。２つのアームのうちの一方における２つのスイッチング素子の接続点と、他方における２つのスイッチング素子の接続点との間にトランスの巻線が接続されている。
【0005】
特許文献１に記載されているような電力変換回路システム（電力変換装置）では、伝送電力を大きくした場合、各スイッチング素子に流れる電流や、各スイッチング素子に印加される電圧が大きくなる。そのため、各スイッチング素子の耐電圧や許容電流を大きくする必要が生じ、製造コストが大きくなってしまうことがある。また、各スイッチング素子で発生する損失が大きくなってしまうことがある。
【0006】
そこで、非特許文献１に記載されているように、並列接続されたアームを３つとしたものがある。各アームにおける２つのスイッチング素子の接続点は３相の交流端子を構成し、３相のトランス巻線が３相の交流端子に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２０１７－６０２８５号公報
【非特許文献】
【0008】
【文献】Design Methodology of a Three-Phase Dual Active Bridge Coverter for Low Voltage Direct Current Applications IEEE Transactions on Power Electronics PP(99):1-1 June 2019 DOI:10.1109/TPEL2019.2922299
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献１や非特許文献１に示されている電力変換装置では、トランスの１次巻線に接続されているスイッチング回路のスイッチングと、２次巻線に接続されているスイッチング回路のスイッチングとの間に位相差を持たせることで１次側と２次側との双方向で電力伝送が行われる。このような電力変換装置では、伝送電力を増加させたときにトランスに流れる電流が増加し、トランスで発生する損失が増加して伝送効率が低下することがある。また、トランスで発生する損失を抑制する設計をした場合には、トランスが大型化してしまうことがある。
【0010】
本発明の目的は、電力変換装置を小型化することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の関連技術は、複数のセカンダリ巻線に対応して設けられた複数のプライマリ巻線であって、対応する前記セカンダリ巻線にそれぞれが結合する複数のプライマリ巻線と、各前記プライマリ巻線の両端のうち少なくとも一方が接続されると共に、負荷／電源回路が一対の端子に接続されるスイッチング回路であって、各前記セカンダリ巻線に印加される電圧に応じてスイッチングを行い、各前記プライマリ巻線に現れる交流電圧を直流電圧に変換し、前記負荷／電源回路に出力するスイッチング回路と、前記一対の端子に両端が接続されたコンデンサアームであって、直列接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサを備えるコンデンサアームと、複数の前記プライマリ巻線に対応して設けられた複数のリアクトルであって、各前記リアクトルが、対応する前記プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に接続された複数のリアクトルと、を備え、各前記プライマリ巻線、前記スイッチング回路、前記第１コンデンサおよび各前記リアクトルを経て、各前記プライマリ巻線のタップに至る複数の電流経路に、前記スイッチングによって電流が流れ、前記第１コンデンサが充放電され、各前記プライマリ巻線のタップから、各前記プライマリ巻線に対応する前記リアクトル、前記第２コンデンサおよび前記スイッチング回路を経て、各前記プライマリ巻線に至る複数の電流経路に、前記スイッチングによって電流が流れ、前記第２コンデンサが充放電され、前記コンデンサアームの端子間の電圧、および前記負荷／電源回路に流れる電流が、前記スイッチングによって制御されることを特徴とする。
【0012】
望ましくは、前記スイッチング回路は、複数の前記プライマリ巻線に対応する複数のスイッチングアームであって、直列に接続された２つのスイッチング素子を各前記スイッチングアームが備える、複数のスイッチングアームを備え、複数の前記スイッチングアームのそれぞれにおける前記２つのスイッチング素子の接続点は、複数相の交流電圧に対するデルタ結線ポートを構成し、複数の前記プライマリ巻線は、前記デルタ結線ポートに接続されている。
【0013】
望ましくは、前記スイッチング回路は、複数の前記プライマリ巻線に対応する複数のスイッチングアームであって、直列に接続された２つのスイッチング素子を各前記スイッチングアームが備える、複数のスイッチングアームを備え、各前記スイッチングアームにおける前記２つのスイッチング素子の接続点には、各前記スイッチングアームに対応する前記プライマリ巻線の一端が接続され、各前記プライマリ巻線の他端が共通に接続されている。
【0014】
また、本発明は、直列に接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を備えるＵ相スイッチングアームと、直列に接続された第３スイッチング素子および第４スイッチング素子を備えるＶ相スイッチングアームと、直列に接続された第５スイッチング素子および第６スイッチング素子を備えるＷ相スイッチングアームと、ａ相セカンダリ巻線に結合するＵＶ相プライマリ巻線であって、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の接続点と、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の接続点との間に設けられたＵＶ相プライマリ巻線と、ｂ相セカンダリ巻線に結合するＶＷ相プライマリ巻線であって、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の接続点と、前記第５スイッチング素子および前記第６スイッチング素子の接続点との間に設けられたＶＷ相プライマリ巻線と、ｃ相セカンダリ巻線に結合するＷＵ相プライマリ巻線であって、前記第５スイッチング素子および前記第６スイッチング素子の接続点と、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の接続点との間に設けられたＷＵ相プライマリ巻線と、直列に接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサを備えるコンデンサアームと、前記ＵＶ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたａ相リアクトルと、前記ＶＷ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたｂ相リアクトルと、前記ＷＵ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたｃ相リアクトルと、を備え、
前記Ｕ相スイッチングアーム、前記Ｖ相スイッチングアーム、Ｗ相スイッチングアームよび前記コンデンサアームが並列接続されていることを特徴とする。
前記Ｕ相スイッチングアーム、前記Ｖ相スイッチングアーム、Ｗ相スイッチングアームよび前記コンデンサアームが並列接続されていることを特徴とする。
【0015】
また、本発明は、直列に接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を備えるＵ相スイッチングアームと、直列に接続された第３スイッチング素子および第４スイッチング素子を備えるＶ相スイッチングアームと、直列に接続された第５スイッチング素子および第６スイッチング素子を備えるＷ相スイッチングアームと、ａ相セカンダリ巻線に結合するＵ相プライマリ巻線であって、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の接続点に一端が接続されたＵ相プライマリ巻線と、ｂ相セカンダリ巻線に結合するＶ相プライマリ巻線であって、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の接続点に一端が接続されたＶ相プライマリ巻線と、ｃ相セカンダリ巻線に結合するＷ相プライマリ巻線であって、前記第５スイッチング素子および前記第６スイッチング素子の接続点に一端が接続されたＷ相プライマリ巻線と、直列に接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサを備えるコンデンサアームと、前記Ｕ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたａ相リアクトルと、前記Ｖ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたｂ相リアクトルと、前記Ｗ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたｃ相リアクトルと、を備え、前記Ｕ相プライマリ巻線、前記Ｖ相プライマリ巻線および前記Ｗ相プライマリ巻線のそれぞれの他端が共通に接続されており、前記Ｕ相スイッチングアーム、前記Ｖ相スイッチングアーム、Ｗ相スイッチングアームおよび前記コンデンサアームが並列接続されていることを特徴とする。
【0016】
望ましくは、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は交互にオンオフし、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子は交互にオンオフし、前記第５スイッチング素子および前記第６スイッチング素子は交互にオンオフし、前記ａ相セカンダリ巻線に印加される電圧が、１周期で正、正、０、負、負、０の順で変化し、前記ｂ相セカンダリ巻線に印加される電圧が、１周期で負、０、正、正、０、負の順で変化し、前記ｃ相セカンダリ巻線に印加される電圧が、１周期で０、負、負、０、正、正の順で変化することに応じて、前記第１スイッチング素子のオンオフ状態、前記第３スイッチング素子のオンオフ状態、および前記第５スイッチング素子のオンオフ状態は、（オン、オフ、オン）、（オン、オフ、オフ）、（オン、オン、オフ）、（オフ、オン、オフ）、（オフ、オン、オン）、（オフ、オフ、オン）の順で変化する。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、電力変換装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】第１実施形態に係る電力変換システムの構成を示す図である。
【図2】各スイッチング素子の状態と、各セカンダリ巻線の両端に現れる電圧との関係を示す図である。
【図3A】ａ相セカンダリ巻線およびＵＶ相プライマリ巻線に流れる電流を示す図である。
【図3B】ａ相セカンダリ巻線およびＵＶ相プライマリ巻線に流れる電流を示す図である。
【図3C】ａ相セカンダリ巻線およびＵＶ相プライマリ巻線に流れる電流を示す図である。
【図3D】ａ相セカンダリ巻線およびＵＶ相プライマリ巻線に流れる電流を示す図である。
【図4A】負荷電流、第１コンデンサ電流および第２コンデンサ電流を示す図である。
【図4B】負荷電流、第１コンデンサ電流および第２コンデンサ電流を示す図である。
【図5A】負荷電流、第１コンデンサ電流および第２コンデンサ電流を示す図である。
【図5B】負荷電流、第１コンデンサ電流および第２コンデンサ電流を示す図である。
【図6】コンデンサの充放電に着目した動作を示す図である。
【図7】ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖの両端の電圧Ｖｕｖ、ａ相リアクトルＬａに流れる電流ＩＬａ、第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２の各時間波形を示す図である。
【図8】各期間における各スイッチング素子の状態と、各相リアクトルに現れる電圧が正、０および負のいずれであるかを示す図である。
【図9】電力変換システムのシミュレーション結果を示す図である。
【図10】各期間における上コンデンサＣｕ、下コンデンサＣｄ、電流Ｉｃｃ、電流ＩＬａ、電流ＩＬｂ、および電流ＩＬｃの状態を示す図である。
【図11】コンデンサ分割型電力変換装置の各プライマリ巻線が各スイッチングアームにＹ結線された電力変換システムの構成を示す図である。
【図12】第２実施形態に係る１ポート／２ポート電力変換システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
各図を参照して本発明の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構成要素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等の方向を示す用語は、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。また、各素子の両端の電圧は、特に断らない限り、回路図における下側の端子を０電位とした電圧である。本明細書におけるプライマリ巻線およびセカンダリ巻線の用語は、説明の便宜上のものであり、プライマリ巻線に接続された回路と、セカンダリ巻線に接続された回路との間で伝送される電力の伝送方向を限定するものではない。
【0020】
図１には本発明の第１実施形態に係る電力変換システム１００の構成が示されている。電力変換システム１００は、コンデンサ分割型電力変換装置１０および電力変換装置４０を備えている。コンデンサ分割型電力変換装置１０は、Ｕ相スイッチングアーム１２Ｕ、Ｖ相スイッチングアーム１２Ｖ、Ｗ相スイッチングアーム１２Ｗ、コンデンサアーム１４Ｃ、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖ、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗ、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕ、ａ相リアクトルＬａ、ｂ相リアクトルＬｂ、ｃ相リアクトルＬｃ、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎを備えている。
【0021】
Ｕ相スイッチングアーム１２Ｕは、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ１およびＳ２（第１スイッチング素子および第２スイッチング素子）を備えている。Ｖ相スイッチングアーム１２Ｖは、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ３およびＳ４（第３スイッチング素子および第４スイッチング素子）を備えている。Ｗ相スイッチングアーム１２Ｗは、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ５およびＳ６（第５スイッチング素子および第６スイッチング素子）を備えている。
【0022】
コンデンサアーム１４Ｃは、直列に接続された上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄ（第１コンデンサおよび第２コンデンサ）を備えている。Ｕ相スイッチングアーム１２Ｕ、Ｖ相スイッチングアーム１２Ｖ、Ｗ相スイッチングアーム１２Ｗおよびコンデンサアーム１４Ｃは並列接続されている。
【0023】
すなわち、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング素子Ｓ２とは反対側の端子（上側の端子）と、スイッチング素子Ｓ３のスイッチング素子Ｓ４とは反対側の端子（上側の端子）と、スイッチング素子Ｓ５のスイッチング素子Ｓ６とは反対側の端子（上側の端子）が接続されている。また、スイッチング素子Ｓ２のスイッチング素子Ｓ１とは反対側の端子（下側の端子）と、スイッチング素子Ｓ４のスイッチング素子Ｓ３とは反対側の端子（下側の端子）と、スイッチング素子Ｓ６のスイッチング素子Ｓ５とは反対側の端子（下側の端子）が接続されている。Ｕ相スイッチングアーム１２Ｕ、Ｖ相スイッチングアーム１２Ｖ、Ｗ相スイッチングアーム１２Ｗおよびコンデンサアーム１４Ｃの上側の並列接続点および下側の並列接続点は、それぞれ、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎに接続されている。
【0024】
各スイッチング素子には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、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ＩＧＢＴが直列接続されるとは、一方のＩＧＢＴのエミッタ端子に他方のＩＧＢＴのコレクタ端子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ＭＯＳＦＥＴが直列接続されるとは、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ることをいう。また、各スイッチング素子にはダイオードが含まれている。スイッチング素子にＩＧＢＴが用いられる場合、エミッタ端子にアノード端子が接続され、コレクタ端子にカソード端子が接続されている。スイッチング素子にＭＯＳＦＥＴが用いられる場合、ソース端子にアノード端子が接続され、ドレイン端子にカソード端子が接続されている。
【0025】
各スイッチング素子にＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等が用いられる点、各スイッチング素子がダイオードを含む点、スイッチング素子の直列接続の定義およびスイッチングアームの並列接続の定義については、以下に説明する他のスイッチング素子についても同様である。
【0026】
スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の接続点と、スイッチング素子Ｓ３およびＳ４の接続点との間には、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖが接続されている。ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖを構成する導線の中途の点にあるタップと、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの接続点との間には、ａ相リアクトルＬａが接続されている。このタップは、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖを構成する導線の中点にあるセンタータップであってよい。
【0027】
スイッチング素子Ｓ３およびＳ４の接続点と、スイッチング素子Ｓ５およびＳ６の接続点との間には、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗが接続されている。ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗを構成する導線の中途の点にあるタップと、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの接続点との間には、ｂ相リアクトルＬｂが接続されている。このタップは、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗを構成する導線の中点にあるセンタータップであってよい。
【0028】
スイッチング素子Ｓ５およびＳ６の接続点と、スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の接続点との間には、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕが接続されている。ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕを構成する導線の中途の点にあるタップと、上コンデンサＣＵおよび下コンデンサＣＬの接続点との間には、ｃ相リアクトルＬｃが接続されている。このタップは、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕを構成する導線の中点にあるセンタータップであってよい。
【0029】
電力変換装置１０は、α相スイッチングアーム２２α、β相スイッチングアーム２２β、γ相スイッチングアーム２２γ、コンデンサＣ０、ａ相セカンダリ巻線２０ａ、ｂ相セカンダリ巻線２０ｂ、ｃ相セカンダリ巻線２０ｃ、正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎを備えている。
【0030】
α相スイッチングアーム２２αは、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ７およびＳ８を備えている。β相スイッチングアーム２２βは、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ９およびＳ１０を備え、γ相スイッチングアーム２２γは、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ１１およびＳ１２を備えている。
【0031】
以下の説明では、Ｕ相スイッチングアーム１２Ｕ、Ｖ相スイッチングアーム１２ＶおよびＷ相スイッチングアーム１２Ｗをそれぞれ、スイッチングアーム１２Ｕ、１２Ｖおよび１２Ｗということがある。同様に、α相スイッチングアーム２２α、β相スイッチングアーム２２βおよびγ相スイッチングアーム２２γを、それぞれ、スイッチングアーム２２α、２２βおよび２２γということがある。
【0032】
スイッチングアーム２２α、２２βおよび２２γは並列に接続されている。スイッチングアーム２２α、２２βおよび２２γには、コンデンサＣ０が並列に接続されている。すなわち、スイッチングアーム２２α、２２βおよび２２γの２つの並列接続点の間には、コンデンサＣ０が接続されている。スイッチングアーム２２α、２２β、２２γおよびコンデンサＣ０の上側の並列接続点は正極端子３０ｐに接続され、スイッチングアーム２２α、２２β、２２γおよびコンデンサＣ０の下側の並列接続点は負極端子３０ｎに接続されている。
【0033】
スイッチング素子Ｓ７およびＳ８の接続点と、スイッチング素子Ｓ９およびＳ１０の接続点との間には、ａ相セカンダリ巻線２２ａが接続されている。スイッチング素子Ｓ９およびＳ１０の接続点と、スイッチング素子Ｓ１１およびＳ１２の接続点との間には、ｂ相セカンダリ巻線２２ｂが接続されている。スイッチング素子Ｓ１１およびＳ１２の接続点と、スイッチング素子Ｓ７およびＳ８の接続点との間には、ｃ相セカンダリ巻線２２ｃが接続されている。
【0034】
ａ相セカンダリ巻線２０ａは、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに結合し、ＵＶ相プライマリ巻線１８と共にトランスＴａを構成する。ｂ相セカンダリ巻線２０ｂは、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗに結合し、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗと共にトランスＴｂを構成する。ｃ相セカンダリ巻線２０ｃは、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕに結合し、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕと共にトランスＴｃを構成する。
【0035】
スイッチングアーム１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗ、２２α、２２βおよび２２γのそれぞれが備える２つのスイッチング素子は、交互にオンオフする。例えば、スイッチングアーム１２Ｕが備えるスイッチング素子Ｓ１がオンからオフに切り替わったときは、スイッチング素子Ｓ２は、オフからオンに切り替わる。そして、スイッチング素子Ｓ１がオフからオンに切り替わったときは、スイッチング素子Ｓ２は、オンからオフに切り替わる。他のスイッチングアーム１２Ｖ、１２Ｗ、２２α、２２βおよび２２γについても同様である。すなわち、図１において１つのスイッチングアームの上側に描かれているスイッチング素子および下側に描かれているスイッチング素子は交互にオンオフする。
【0036】
電力変換システム１００では、トランスＴａ、ＴｂおよびＴｃによって、コンデンサ分割型電力変換装置１０と電力変換装置４０とが電気的に絶縁されている。これによって、コンデンサ分割型電力変換装置１０および電力変換装置４０のうち一方を、ユーザが操作する機器に搭載する場合には、その機器の絶縁設計が容易となる。
【0037】
図２には、各スイッチング素子の状態と、各セカンダリ巻線の両端に現れる電圧との関係が示されている。図２におけるｔ１、ｔ２、・・・・ｔ６と記載された列よりも右側の６列には、期間ｔ１～ｔ６について、コンデンサ分割型電力変換装置１０が備える上側のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３およびＳ５と、電力変換装置４０が備える上側のスイッチング素子Ｓ７、Ｓ９およびＳ１１の各スイッチング状態が、オンまたはオフのいずれとなるかが示されている。図２に示された符号「１」は、スイッチング素子がオンになることを意味し、符号「０」は、スイッチング素子がオフになることを意味している。電力変換システム１００では、期間ｔ１～ｔ６を１周期としたスイッチング状態が繰り返される。期間ｔ１、ｔ３およびｔ５の長さは同一であってよい。また、期間ｔ２、ｔ４およびｔ６の長さは同一であってよい。
【0038】
スイッチング素子Ｓ１は期間ｔ１～ｔ６において、順に、オン、オン、オン、オフ、オフ、オフとなる。スイッチング素子Ｓ３は期間ｔ１～ｔ６において、順に、オフ、オフ、オン、オン、オン、オフとなる。スイッチング素子Ｓ５は期間ｔ１～ｔ６において、順に、オン、オフ、オフ、オフ、オン、オンとなる。このように、スイッチング素子Ｓ３のスイッチング位相は、スイッチング素子Ｓ１に対して３分の１周期だけ遅れている。スイッチング素子Ｓ５のスイッチング位相は、スイッチング素子Ｓ３に対して３分の１周期だけ遅れ、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング位相は、スイッチング素子Ｓ５に対して３分の１周期だけ遅れている。スイッチング素子Ｓ７、Ｓ９およびＳ１１は、それぞれ、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３およびＳ５と同期したスイッチングをし、同一のスイッチング状態となる。
【0039】
図２の右側３列には、期間ｔ１～ｔ６について、ａ相セカンダリ巻線２０ａの両端に現れる電圧ｖｔａ、ｂ相セカンダリ巻線２０ｂの両端に現れる電圧ｖｔｂ、およびｃ相セカンダリ巻線２０ｃの両端に現れる電圧ｖｔｃが、正、０および負のいずれになるかが示されている。符号「０」は、電圧が０となることを示す。符号「＋」および「－」は、それぞれ、電圧が正になること、および負になることを示す。電圧ｖｔｂは、電圧ｖｔａに対して３分の１周期だけ遅れている。電圧ｖｔｃは、電圧ｖｔｂに対して３分の１周期だけ遅れ、電圧ｖｔａは、電圧ｖｔｃに対して３分の１周期だけ遅れている。
【0040】
電圧ｖｔａは、期間ｔ１～ｔ６において、順に、正、正、０、負、負、０となる。電圧ｖｔｂは、期間ｔ１～ｔ６において、順に、負、０、正、正、０、負、となる。電圧ｖｔｃは、期間ｔ１～ｔ６において、順に、０、負、負、０、正、正となる。
【0041】
このように、ａ相セカンダリ巻線２０ａに印加される電圧が、正、正、０、負、負、０の順で変化し、ｂ相セカンダリ巻線２０ｂに印加される電圧が、負、０、正、正、０、負の順で変化し、ｃ相セカンダリ巻線２０ｃに印加される電圧が、０、負、負、０、正、正の順で変化することに応じて、各スイッチング素子のスイッチング状態は次のように変化する。スイッチング素子Ｓ１のオンオフ状態、スイッチング素子Ｓ３のオンオフ状態、およびスイッチング素子Ｓ５のオンオフ状態は、（１０１）、（１００）、（１１０）、（０１０）、（０１１）、（００１）の順で変化する。すなわち、スイッチング素子Ｓ１のオンオフ状態、スイッチング素子Ｓ３のオンオフ状態、およびスイッチング素子Ｓ５のオンオフ状態は、（オン、オフ、オン）、（オン、オフ、オフ）、（オン、オン、オフ）、（オフ、オン、オフ）、（オフ、オン、オン）、（オフ、オフ、オン）の順で変化する。
【0042】
図３Ａ～図３Ｄには、各期間においてａ相セカンダリ巻線２０ａおよびＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに流れる電流が示されている。各図においてスイッチング素子を囲む丸印は、そのスイッチング素子がオンであることを示す。電力変換装置４０の正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎには電源回路３４が接続されている。コンデンサ分割型電力変換装置１０の正極端子１６ｐおよび１６ｎには負荷回路３２が接続されている。
【0043】
図３Ａには、期間ｔ１およびｔ２において、ａ相セカンダリ巻線２０ａに流れるａ相入力電流Ｉａと、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに流れるＵＶ相出力電流Ｉｕｖが示されている。ａ相入力電流Ｉａは正極端子３０ｐから流入し、スイッチング素子Ｓ７、ａ相セカンダリ巻線２０ａおよびスイッチング素子Ｓ１０を順に通って負極端子３０ｎから流出する。ＵＶ相出力電流Ｉｕｖは負極端子１６ｎから流入し、スイッチング素子Ｓ４、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖおよびスイッチング素子Ｓ１を順に通って正極端子１６ｐから流出する。これによって、正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎから入力された直流電力が、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎから出力される。
【0044】
図３Ｂには、期間ｔ３におけるａ相ゼロ期間電流Ｉａ０およびＵＶ相ゼロ期間電流Ｉｕｖ０が示されている。ａ相ゼロ期間電流Ｉａ０は、ａ相セカンダリ巻線２０ａからスイッチング素子Ｓ９に流入し、スイッチング素子Ｓ９からスイッチング素子Ｓ７を通ってａ相セカンダリ巻線２０ａに戻るループを流れる。ＵＶ相ゼロ期間電流Ｉｕｖ０は、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖからスイッチング素子Ｓ１に流入し、スイッチング素子Ｓ１からスイッチング素子Ｓ３を流れてＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに戻るループを流れる。
【0045】
図３Ｃには、期間ｔ４およびｔ５におけるａ相入力電流ＩａおよびＵＶ相出力電流Ｉｕｖが示されている。ａ相入力電流Ｉａは正極端子３０ｐから流入し、スイッチング素子Ｓ９、ａ相セカンダリ巻線２０ａおよびスイッチング素子Ｓ８を順に通って負極端子３０ｎから流出する。ＵＶ相出力電流Ｉｕｖは負極端子１６ｎから流入し、スイッチング素子Ｓ２、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖおよびスイッチング素子Ｓ３を順に通って正極端子１６ｐから流出する。これによって、正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎから入力された直流電力が、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎから出力される。
【0046】
図３Ｄには、期間ｔ６におけるａ相ゼロ期間電流Ｉａ０およびＵＶ相ゼロ期間電流Ｉｕｖ０が示されている。ａ相ゼロ期間電流Ｉａ０は、ａ相セカンダリ巻線２０ａからスイッチング素子Ｓ８に流入し、スイッチング素子Ｓ８からスイッチング素子Ｓ１０を通ってａ相セカンダリ巻線２０ａに戻るループを流れる。ＵＶ相ゼロ期間電流Ｉｕｖ０は、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖからスイッチング素子Ｓ４に流入し、スイッチング素子Ｓ４からスイッチング素子Ｓ２を流れてＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに戻るループを流れる。
【0047】
図３Ａおよび図３Ｃに示されているように、期間ｔ１およびｔ２と、期間ｔ４およびｔ５において、正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎから入力された直流電力は、トランスＴａを介して正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎから出力される。図２に示されたスイッチング方法によれば、構造の３相対称性およびスイッチング方法の時間軸上における３相対称性から、期間ｔ３およびｔ４と、期間ｔ６およびｔ１において、正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎから入力された直流電力が、トランスＴｂを介して正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎから出力される。また、期間ｔ５およびｔ６と、期間ｔ２およびｔ３において、正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎから入力された直流電力が、トランスＴｃを介して正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎから出力される。
【0048】
期間ｔ３およびｔ６にａ相セカンダリ巻線２０ａに流れるａ相ゼロ期間電流Ｉａ０と、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに流れるＵＶ相ゼロ期間電流Ｉｕｖ０は、正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎから、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎに伝送される電力に寄与しない。あるいは、ａ相ゼロ期間電流Ｉａ０とＵＶ相ゼロ期間電流Ｉｕｖ０が、そのような伝送電力へ与える影響は微小である。
【0049】
同様に、期間ｔ５およびｔ２には、スイッチング素子Ｓ９およびＳ１１が共にオンになること、スイッチング素子Ｓ１０およびＳ１２が共にオンになることによるｂ相ゼロ期間電流Ｉｂ０が、ｂ相セカンダリ巻線２０ｂに流れる。また、期間ｔ５およびｔ２には、スイッチング素子Ｓ３およびＳ５が共にオンになること、スイッチング素子Ｓ４およびＳ６になることによるＶＷ相ゼロ期間電流Ｉｖｗ０が、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗに流れる。
【0050】
同様に、期間ｔ１およびｔ４には、スイッチング素子Ｓ７およびＳ１１が共にオンになること、スイッチング素子Ｓ８およびＳ１２が共にオンになることによるｃ相ゼロ期間電流Ｉｃ０が、ｃ相セカンダリ巻線２０ｃに流れる。また、期間ｔ１およびｔ４には、スイッチング素子Ｓ１およびＳ５が共にオンになること、スイッチング素子Ｓ２およびＳ６になることによるＷＵ相ゼロ期間電流Ｉｗｕ０が、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕに流れる。
【0051】
各ゼロ期間電流は、正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎから、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎに伝送される電力に寄与しない。あるいは、各ゼロ期間電流が、そのような伝送電力へ与える影響は微小である。ゼロ期間電流は、各相リアクトルに誘導起電力を発生させる。各相リアクトルに発生した誘導起電力と各相プライマリ巻線に現れる電圧によって、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの両端の電圧が維持される。
【0052】
正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎから正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎへと伝送される電力に寄与する電流は、理論的にはａ相リアクトルＬａ、ｂ相リアクトルＬｂおよびｃ相リアクトルＬｃに流れない。そのため、ａ相リアクトルＬａ、ｂ相リアクトルＬｂおよびｃ相リアクトルＬｃが、伝送電力に及ぼす影響は小さい。
【0053】
図４Ａおよび図４Ｂには、期間ｔ１およびｔ２において負荷回路３２に流れる負荷電流ＩＬ、上コンデンサＣｕに流れる第１コンデンサ電流Ｉｃ１および下コンデンサＣｄに流れる第２コンデンサ電流Ｉｃ２が示されている。ただし、これらの図は、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖ、Ｕ相スイッチングアーム１２ＵおよびＶ相スイッチングアーム１２Ｖに流れる第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２に着目したものである。
【0054】
図４Ａには、期間ｔ１およびｔ２における負荷電流ＩＬ、第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２が示されている。期間ｔ１およびｔ２では、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに正の電圧が現れている。ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップよりもＵ相スイッチングアーム１２Ｕ側（上側ＵＶ相プライマリ巻線）からスイッチング素子Ｓ１、上コンデンサＣｕおよびａ相リアクトルＬａを順に通り、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻る第１コンデンサ電流Ｉｃ１が流れる。また、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップからａ相リアクトルＬａ、下コンデンサＣｄ、およびスイッチング素子Ｓ４を順に通って、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップよりもＶ相スイッチングアーム１２Ｖ側（下側ＵＶ相プライマリ巻線）に戻る第２コンデンサ電流Ｉｃ２が流れる。さらに、下コンデンサＣｄ、上コンデンサＣｕおよび負荷回路３２を順に流れる負荷電流ＩＬが流れる。上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの放電によって負荷電流ＩＬが流れ、放電によって失われた電荷量だけ、上コンデンサＣｕは第１コンデンサ電流Ｉｃ１によって充電され、下コンデンサＣｄは第２コンデンサ電流Ｉｃ２によって充電される。これによって、正極端子１６ｐと、負極端子１６ｎとの間の電圧が維持される。
【0055】
図４Ｂには、期間ｔ４およびｔ５における負荷電流ＩＬ、第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２が示されている。期間ｔ４およびｔ５では、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに負の電圧が現れている。下側ＵＶ相プライマリ巻線から、スイッチング素子Ｓ３、上コンデンサＣｕ、ａ相リアクトルＬａを順に通って、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻る第１コンデンサ電流Ｉｃ１が流れる。また、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップから、ａ相リアクトルＬａ、下コンデンサＣｄおよびスイッチング素子Ｓ２を通って、上側ＵＶ相プライマリ巻線に戻る第２コンデンサ電流Ｉｃ２が流れる。期間ｔ１およびｔ２と同様、期間ｔ４およびｔ５においても、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの放電によって負荷電流ＩＬが流れ、放電によって失われた電荷量だけ、上コンデンサＣｕは第１コンデンサ電流Ｉｃ１によって充電され、下コンデンサＣｄは第２コンデンサ電流Ｉｃ２によって充電される。
【0056】
ａ相リアクトルＬａに流れる第１コンデンサ電流Ｉｃ１と第２コンデンサ電流Ｉｃ２は、逆向きの電流である。したがって、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの充電または放電に寄与するためにａ相リアクトルＬａに流れる電流は微小であるか０である。そのため、負荷回路３２に流れる電流が大きく、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄのそれぞれの充放電電流が大きい場合であっても、ａ相リアクトルＬａのインダクタンスを必ずしも大きくしなくてもよい。
【0057】
Ｕ相スイッチングアーム１２Ｕ、Ｖ相スイッチングアーム１２ＶおよびＷ相スイッチングアーム１２Ｗの動作の時間軸上における３相対称性から、ＶＷ相プライマリ巻線１２ｖｗ、Ｖ相スイッチングアーム１２ＶおよびＷ相スイッチングアーム１２Ｗには、３分の１周期遅れで図４と同様の第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２が流れる。さらに、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕ、Ｗ相スイッチングアーム１２ＷおよびＵ相スイッチングアーム１２Ｕには、３分の２周期遅れで図４と同様の第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２が流れる。
【0058】
上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの充電または放電のために、ａ相リアクトルＬａ、ｂ相リアクトルＬｂおよびｃ相リアクトルＬｃのそれぞれに流れる電流は微小であるか０である。したがって、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎで入出力される電力によらず、ａ相リアクトルＬａ、ｂ相リアクトルＬｂおよびｃ相リアクトルＬｃのインダクタンスを小さくしてよい。これによって、ａ相リアクトルＬａ、ｂ相リアクトルＬｂおよびｃ相リアクトルＬｃが小型化され、コンデンサ分割型電力変換装置１０が小型化される。
【0059】
また、電力変換システム１００では、コンデンサ分割型電力変換装置１０のスイッチングと、電力変換装置４０のスイッチングとの間には位相差がなくてよい。これによって、トランスＴａ、ＴｂおよびＴｃで生じる電力損失が低減される。
【0060】
図５Ａ（ｔ１）～（ｔ３）には、それぞれ、期間ｔ１～ｔ３について、負荷電流ＩＬ、第１コンデンサ電流（ＩＵ＋，ＩＶ＋）および第２コンデンサ電流（ＩＶ－，ＩＷ－）が示されている。図５Ｂ（ｔ４）～（ｔ６）には、それぞれ、期間ｔ４～ｔ６について、負荷電流ＩＬ、第１コンデンサ電流（ＩＶ＋，ＩＷ＋）および第２コンデンサ電流（ＩＵ－，ＩＶ－）が示されている。ただし、これらの図は、第１コンデンサ電流および第２コンデンサ電流のうち、上側ＵＶ相プライマリ巻線、上側ＶＷ相プライマリ巻線および上側ＷＵ相プライマリ巻線に流れる電流に着目したものである。
【0061】
これらの図に示された第１コンデンサ電流および第２コンデンサ電流は、負荷回路３２への電力伝送に寄与する電流である。これらの図は、図３Ａ～図３Ｄに示された正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎに流れる電流を、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄを充放電する電流を含めて詳細に表したものである。
【0062】
第１コンデンサ電流について説明する。期間ｔ１およびｔ２では、上側ＵＶ相プライマリ巻線からスイッチング素子Ｓ１、上コンデンサＣｕおよびａ相リアクトルＬａを順に通って、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻るＵ相第１コンデンサ電流ＩＵ＋が流れる。期間ｔ３およびｔ４では、上側ＶＷ相プライマリ巻線からスイッチング素子Ｓ３、上コンデンサＣｕおよびｂ相リアクトルＬｂを順に通って、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗのタップに戻るＶ相第１コンデンサ電流ＩＶ＋が流れる。期間ｔ５およびｔ６では、上側ＷＵ相プライマリ巻線からスイッチング素子Ｓ５、上コンデンサＣｕおよびｃ相リアクトルＬｃを順に通って、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕのタップに戻るＷ相第１コンデンサ電流ＩＷ＋が流れる。
【0063】
第２コンデンサ電流について説明する。期間ｔ２およびｔ３では、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕのタップからｃ相リアクトルＬｃ、下コンデンサＣｄおよびスイッチング素子Ｓ６を順に流れ、上側ＷＵ相プライマリ巻線に戻るＷ相第２コンデンサ電流ＩＷ－が流れる。期間ｔ４およびｔ５では、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップからａ相リアクトルＬａ、下コンデンサＣｄおよびスイッチング素子Ｓ２を順に流れ、上側ＵＶ相プライマリ巻線に戻るＵ相第２コンデンサ電流ＩＵ－が流れる。期間ｔ６およびｔ１では、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗのタップからｂ相リアクトルＬｂ、下コンデンサＣｄおよびスイッチング素子Ｓ４を順に流れ、上側ＶＷ相プライマリ巻線に戻るＶ相第２コンデンサ電流ＩＶ－が流れる。
【0064】
期間ｔ１～ｔ６では、順に、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕ、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗ、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖ、ＷＵ相プライマリ巻線ｗｕ、ＶＷ相プライマリ巻線ｖｗ、ＵＶ相プライマリ巻線ｕｖの両端の電圧が０となっている。両端の電圧が０である巻線には第１コンデンサ電流および第２コンデンサ電流は流れない。図５Ａおよび図５Ｂには示されていないが、両端の電圧が０である巻線には、図３Ｂおよび図３Ｄに示されたａ相ゼロ期間電流Ｉａ０のようなゼロ期間電流が流れる。ゼロ期間電流は、各相リアクトルに誘導起電力を発生させる。各相リアクトルに発生した誘導起電力と各相プライマリ巻線に現れる電圧によって、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの両端の電圧が維持される。
【0065】
上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの放電によって負荷電流ＩＬが流れる。放電によって失われた電荷の分だけ、上コンデンサＣｕは第１コンデンサ電流によって充電され、下コンデンサＣｄは第２コンデンサ電流によって充電される。すなわち、期間ｔ１では、Ｕ相第１コンデンサ電流ＩＵ＋によって上コンデンサＣｕが充電され、Ｖ相第２コンデンサ電流ＩＶ－によって下コンデンサＣｄが充電される。期間ｔ２では、Ｕ相第１コンデンサ電流ＩＵ＋によって上コンデンサＣｕが充電され、Ｗ相第２コンデンサ電流ＩＷ－によって下コンデンサＣｄが充電される。期間ｔ３では、Ｖ相第１コンデンサ電流ＩＶ＋によって上コンデンサＣｕが充電され、Ｗ相第２コンデンサ電流ＩＷ－によって下コンデンサＣｄが充電される。期間ｔ４では、Ｖ相第１コンデンサ電流ＩＶ＋によって上コンデンサＣｕが充電され、Ｕ相第２コンデンサ電流ＩＵ－によって下コンデンサＣｄが充電される。期間ｔ５では、Ｗ相第１コンデンサ電流ＩＷ＋によって上コンデンサＣｕが充電され、Ｕ相第２コンデンサ電流ＩＵ－によって下コンデンサＣｄが充電される。期間ｔ６では、Ｗ相第１コンデンサ電流ＩＷ＋によって上コンデンサＣｕが充電され、Ｖ相第２コンデンサ電流ＩＶ－によって下コンデンサＣｄが充電される。
【0066】
上記では、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎに負荷回路３２が接続された場合について説明した。正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎには、コンデンサ分割型電力変換装置１０に電力を供給する電源回路３４が接続されてもよい。正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎに電源回路３４が接続された場合には、正極端子３０ｐおよび３０ｎに負荷回路３２が接続される。この場合、電源回路３４から出力される電力によって、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄが充電される。充電された電荷量だけ、上コンデンサＣｕは第１コンデンサ電流によって放電され、下コンデンサＣｄは第２コンデンサ電流によって放電され、正極端子１６ｐと負極端子１６ｎとの間の電圧が維持される。
【0067】
このように、コンデンサ分割型電力変換装置１０は、複数のセカンダリ巻線２０ａ、２０ｂおよび２０ｃに対応して設けられた複数のプライマリ巻線１８ｕｖ、１８ｖｗおよび１８ｗｕを備えている。複数のプライマリ巻線１８ｕｖ、１８ｖｗおよび１８ｗｕは、それぞれ、複数のセカンダリ巻線２０ａ、２０ｂおよび２０ｃに結合し、トランスＴａ、ＴｂおよびＴｃが構成される。
【0068】
Ｕ相スイッチングアーム１２Ｕ、Ｖ相スイッチングアーム１２ＶおよびＷ相スイッチングアーム１２Ｗが構成するスイッチング回路１２には、各プライマリ巻線（１８ｕｖ、１８ｖｗ、１８ｗｕ）の両端のうち少なくとも一方が接続される。また、負荷／電源回路が、スイッチング回路１２の一対の端子としての正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎに接続される。ここで、負荷／電源回路は、負荷回路３２、電源回路３４、または、動作状況に応じて負荷回路３２もしくは電源回路３４として動作する回路をいう。動作状況に応じて負荷回路３２もしくは電源回路３４として動作する回路には、例えば、モータジェネレータを含む回路がある。
【0069】
スイッチング回路１２は、各セカンダリ巻線（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）に印加される電圧に応じてスイッチングを行い、各プライマリ巻線に現れる交流電圧を直流電圧に変換し、負荷／電源回路に出力する。コンデンサ分割型電力変換装置１０は、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎに両端が接続されたコンデンサアーム１４Ｃを備えている。コンデンサアーム１４Ｃは、直列接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサとして、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄを備えている。
【0070】
コンデンサ分割型電力変換装置１０は、プライマリ巻線１８ｕｖ、１８ｖｗおよび１８ｗｕに対応する３つのリアクトルとして、ａ相リアクトルＬａ、ｂ相リアクトルＬｂおよびｃ相リアクトルＬｃを備えている。各リアクトル（Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ）は、対応するプライマリ巻線のタップと、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの接続点との間に接続されている。
【0071】
各プライマリ巻線、スイッチング回路１２、上コンデンサＣｕおよび各リアクトルを経て、各プライマリ巻線のタップに至る複数の電流経路に、スイッチング回路１２のスイッチングによって電流が流れ、上コンデンサＣｕが充放電される。また、各プライマリ巻線のタップから、各プライマリ巻線に対応するリアクトル、下コンデンサＣｄおよびスイッチング回路１２を経て、各プライマリ巻線に至る複数の電流経路に、スイッチングによって電流が流れ、下コンデンサＣｄが充放電される。そして、コンデンサアーム１４Ｃの端子間の電圧、および負荷／電源回路に流れる電流が、スイッチング回路１２のスイッチングによって制御される。
【0072】
コンデンサの充放電に着目した動作について図６を参照して説明する。図６（ａ）には期間ｔ１およびｔ２における第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２が示されている。期間ｔ１およびｔ２では、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップから上側ＵＶ相プライマリ巻線を通り、スイッチング素子Ｓ１、上コンデンサＣｕおよびａ相リアクトルＬａを順に通ってＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻る第１コンデンサ電流Ｉｃ１が流れる。また、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップから下側ＵＶ相プライマリ巻線を通り、スイッチング素子Ｓ４、下コンデンサＣｄおよびａ相リアクトルＬａを順に通ってＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻る第２コンデンサ電流Ｉｃ２が流れる。期間ｔ１およびｔ２において上コンデンサＣｕは充電され、下コンデンサＣｄは放電する。
【0073】
図６（ｂ）には、期間ｔ３における第１コンデンサ電流Ｉｃ１（ゼロ期間電流）が示されている。期間ｔ３では、図６（ａ）に示された第１コンデンサ電流Ｉｃ１が減少して０になった後に、流れる向きが逆になる。すなわち、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップから、ａ相リアクトルＬａ、上コンデンサＣｕ、スイッチング素子Ｓ１および上側ＵＶ相プライマリ巻線を順に通ってＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻る第１コンデンサ電流Ｉｃ１が流れる。また、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップから、ａ相リアクトルＬａ、上コンデンサＣｕ、スイッチング素子Ｓ３および下側ＵＶ相プライマリ巻線を順に通ってＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻る第１コンデンサ電流Ｉｃ１が流れる。期間ｔ３では第２コンデンサ電流Ｉｃ２は０となり、上コンデンサＣｕは充電されている状態から放電する状態となる。ａ相リアクトルＬａに発生した誘導起電力とＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに現れる電圧によって、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの両端の電圧が定まる。
【0074】
図６（ｃ）には、期間ｔ４およびｔ５における第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２が示されている。期間ｔ４およびｔ５では、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップから、ａ相リアクトルＬａ、上コンデンサＣｕ、スイッチング素子Ｓ３および下側ＵＶ相プライマリ巻線を順に通る第１コンデンサ電流Ｉｃ１が流れる。また、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップから、ａ相リアクトルＬａ、下コンデンサＣｄ、スイッチング素子Ｓ２および上側ＵＶ相プライマリ巻線を順に通る第２コンデンサ電流Ｉｃ２が流れる。期間ｔ４およびｔ５では、上コンデンサＣｕは放電し、下コンデンサＣｄは充電される。
【0075】
図６（ｄ）には、期間ｔ６における第２コンデンサ電流Ｉｃ２（ゼロ期間電流）が示されている。期間ｔ６では、図６（ｃ）の第２コンデンサ電流Ｉｃ２が減少して０になった後に、流れる向きが逆になる。すなわち、下側ＵＶ相プライマリ巻線から、スイッチング素子Ｓ４、下コンデンサＣｄおよびａ相リアクトルＬａを順に通ってＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻る第２コンデンサ電流Ｉｃ２が流れる。また、上側ＵＶ相プライマリ巻線から、スイッチング素子Ｓ２、下コンデンサＣｄおよびａ相リアクトルＬａを順に通ってＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻る第２コンデンサ電流Ｉｃ２が流れる。期間ｔ６では第１コンデンサ電流Ｉｃ１は０となり、下コンデンサＣｄは充電されている状態から放電する状態となる。ａ相リアクトルＬａに発生した誘導起電力とＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに現れる電圧によって、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの両端の電圧が定まる。
【0076】
図７（ａ）には、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖの両端の電圧Ｖｕｖの時間波形が示されている。図７（ｂ）には、ａ相リアクトルＬａに流れる電流ＩＬａの時間波形が示されている。図７（ｃ）には、第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２の時間波形が示されている。横軸は時間を示し、縦軸は電圧または電流を示している。ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖの両端の電圧は、ａ相セカンダリ巻線２０ａの両端の電圧ｖｔａと同様、期間ｔ１～ｔ６において、順に、正、正、０、負、負、０となる。ａ相リアクトルＬａに流れる電流ＩＬａは、期間ｔ１およびｔ２では正であり、期間ｔ３で正から０に減少して、０から負方向に増加する。ａ相リアクトルＬａに流れる電流ＩＬａは、期間ｔ４およびｔ５では負であり、期間ｔ６で負から０に増加して、０から正方向に増加する。
【0077】
第１コンデンサ電流Ｉｃ１は、期間ｔ１およびｔ２では正の値で増加し、期間ｔ３で正から０に減少して、０から負方向に増加する。第１コンデンサ電流Ｉｃ１は、期間ｔ４およびｔ５で負の値で正方向に増加し、期間ｔ６で０となる。第２コンデンサ電流Ｉｃ２は、期間ｔ１およびｔ２で正の値で減少して０となり、期間ｔ３で０となる。第２コンデンサ電流Ｉｃ２は、期間ｔ４およびｔ５で負の値で負方向に増加し、期間ｔ６で負から０に増加し、０から正方向に増加する。第１コンデンサ電流Ｉｃ１が正であるときは、上コンデンサＣｕが充電され、第１コンデンサ電流Ｉｃ１が負であるときは、上コンデンサＣｕが放電する。第２コンデンサ電流Ｉｃ２が正であるときは、下コンデンサＣｄが充電され、第２コンデンサ電流Ｉｃ２が負であるときは、下コンデンサＣｄが放電する。
【0078】
図８における、ｔ１、ｔ２、・・・・ｔ６と記載された列よりも右側の６列には、期間ｔ１～ｔ６について、コンデンサ分割型電力変換装置１０が備える上側のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３およびＳ５と、電力変換装置４０が備える上側のスイッチング素子Ｓ７、Ｓ９およびＳ１１の各スイッチング状態が示されている。これら６列で示されるスイッチング状態は、図２と同様である。
【0079】
図８の右側３列には、期間ｔ１～ｔ６について、ａ相リアクトルＬａの両端に現れる電圧ｖＬａ、ｂ相リアクトルＬｂの両端に現れる電圧ｖＬｂ、およびｃ相リアクトルＬｃの両端に現れる電圧ｖＬｃが、正、０および負のいずれになるかが示されている。電圧ｖＬａ、ｖＬｂおよびｖＬｃは、それぞれ、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップ側、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗのタップ側およびＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕのタップ側を０電位とした電圧である。電圧ｖＬｂは、電圧ｖＬａに対して３分の１周期だけ遅れている。電圧ｖＬｃは、電圧ｖＬｂに対して３分の１周期だけ遅れ、電圧ｖＬａは、電圧ｖＬｃに対して３分の１周期だけ遅れている。
【0080】
電圧ｖＬａは、期間ｔ１～ｔ６において、順に、０、０、負、０、０、正となる。電圧ｖＬｂは、期間ｔ１～ｔ６において、順に、０、正、０、０、負、０となる。電圧ｖＬｃは、期間ｔ１～ｔ６において、順に、負、０、０、正、０、０となる。
【0081】
図９（ａ）～（ｄ）には、電力変換システム１００のシミュレーション結果が示されている。図９（ａ）には、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄとの接続点からａ相リアクトルＬａ、ｂ相リアクトルＬｂおよびｃ相リアクトルＬｃに向けて流出する電流Ｉｃｃの時間波形が示されている。図９（ｂ）には、ａ相リアクトルＬａに流れる電流ＩＬａ、ｂ相リアクトルＬｂに流れる電流ＩＬｂおよびｃ相リアクトルＬｃに流れる電流ＩＬｃの時間波形が示されている。
【0082】
電流ＩＬａの時間波形は、図７（ｂ）に示された時間波形と同様である。電流ＩＬｂは電流ＩＬａに対して３分の１周期だけ遅れている。電流ＩＬｃは、電流ＩＬｂに対して３分の１周期だけ遅れ、電流ＩＬａは、電流ＩＬｃに対して３分の１周期だけ遅れている。
【0083】
図９（ａ）に示された電流Ｉｃｃは、図９（ｂ）に示された電流ＩＬａ、ＩＬｂおよびＩＬｃを加算合計したものである。期間ｔ１およびｔ４では、電流ＩＬａおよびＩＬｂが減じ合い、電流Ｉｃｃは電流ＩＬｃに等しくなる。期間ｔ２およびｔ５では、電流ｉＬａおよびＩＬｃが減じ合い、電流Ｉｃｃは電流ＩＬｂに等しくなる。期間ｔ３およびｔ６では、電流ｉＬｂおよびＩＬｃが減じ合い、電流Ｉｃｃは電流ＩＬａに等しくなる。
【0084】
図９（ｃ）には、ａ相リアクトルＬａの両端に現れる電圧ｖＬａ、ｂ相リアクトルＬｂの両端に現れる電圧ｖＬｂ、およびｃ相リアクトルＬｃの両端に現れる電圧ｖＬｃの時間波形が示されている。電圧ｖＬａは、期間ｔ１～ｔ６において、順に、０、０、負、０、０、正となる。電圧ｖＬｂは、電圧ｖＬａに対して３分の１周期だけ遅れている。電圧ｖＬｃは、電圧ｖＬｂに対して３分の１周期だけ遅れ、電圧ｖＬａは電圧ｖＬｃに対して３分の１周期だけ遅れている。
【0085】
図９（ｄ）には、上コンデンサＣｕの両端の電圧ｖｃｕおよび下コンデンサＣｄの両端の電圧ｖｃｄの時間波形が示されている。電圧ｖｃｕおよびｖｃｄは、期間ｔ１からｔ６に至るまでの時間の３分の１の周期で増減を繰り返す。電圧ｖｃｕが平均値以上であるときは電圧ｖｃｄは平均値以下であり、電圧ｖｃｕが平均値未満であるときは電圧ｖｃｄは平均値以上である。
【0086】
図９（ａ）に示されているように、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの接続点から流出する電流Ｉｃｃの周波数は、各スイッチングアームが備えるスイッチング素子のスイッチング周波数の３倍である。図９（ｄ）に示されているように、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄのそれぞれに流れる充電電流および放電電流の周波数は、各スイッチングアームが備えるスイッチング素子のスイッチング周波数の３倍である。したがって、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄには、容量が小さいコンデンサが用いられてよい。また、上コンデンサＣｕおよび下Ｃｄを充電するために各相リアクトルに発生させる誘導起電力が小さくてもよく、各相リアクトルのインダクタンスが小さくてもよいため、各相リアクタンスが小型化される。これによって、コンデンサ分割型電力変換装置１０が小型化される。
【0087】
図１０には、期間ｔ１～ｔ６のそれぞれにおける、上コンデンサＣｕ、下コンデンサＣｄ、電流Ｉｃｃ、電流ＩＬａ、電流ＩＬｂ、および電流ＩＬｃの状態が示されている。期間ｔ１～ｔ６に対応付けられた「Ｖｃｃ」の列は、下コンデンサＣｄの両端の電圧ｖｃｄの交流成分を示す。「Ｃｕ」の列および「Ｃｄ」の列には、期間ｔ１～ｔ６のそれぞれにおいて、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄが充電状態から放電状態となるか（充・放）、放電状態から充電状態となるか（放・充）が示されている。「Ｉｃｃ」の列には、期間ｔ１～ｔ６のそれぞれにおいて、電流Ｉｃｃが電流ＩＬａ、電流ＩＬｂおよび電流ＩＬｃのうちいずれに相当するかが示されている。「ｉＬａ」、「ｉＬｂ」および「ｉＬｃ」の列には、それぞれ、電流ｉＬａ、ｉＬｂおよびｉＬｃが、正であるか、減少しているか、負であるか、あるいは、増加しているかが示されている。
【0088】
上記では、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖ、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗおよびＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕが、スイッチングアーム１２Ｕ、１２Ｖおよび１２Ｗにデルタ結線された実施形態が示された。すなわち、スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の接続点と、スイッチング素子Ｓ３およびＳ４の接続点と、スイッチング素子Ｓ５およびＳ６の接続点が複数相（３相）の交流電圧に対するデルタ結線ポートＤＰを構成する。このデルタ結線ポートＤＰにＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖ、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗおよびＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕが接続された実施形態が示された。ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖ、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗおよびＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕは、スイッチングアーム１２Ｕ、１２Ｖおよび１２ＷにＹ結線されてもよい。すなわち、スイッチングアーム１２Ｕ、１２Ｖおよび１２Ｗのそれぞれにおける２つのスイッチング素子の接続点は、デルタ結線ポートを構成してもよいし、Ｙ結線ポートＹＰを構成してもよい。
【0089】
図１１には、コンデンサ分割型電力変換装置１１の各プライマリ巻線が各スイッチングアームにＹ結線された電力変換システム１０２の構成が示されている。スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の接続点と、スイッチング素子Ｓ３およびＳ４の接続点と、スイッチング素子Ｓ５およびＳ６の接続点は、Ｙ結線ポートを構成している。スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の接続点には、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖの一端が接続されている。スイッチング素子Ｓ３およびＳ４の接続点には、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗの一端が接続されている。スイッチング素子Ｓ５およびＳ６の接続点には、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕの一端が接続されている。ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖの他端、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗの他端およびＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕの他端は、中性点Ｎに共通に接続されている。電力変換システム１０２の各スイッチング素子の動作は、図１に示された電力変換システム１００の各スイッチング素子の動作と同様である。
【0090】
図１および図１１には、セカンダリ巻線２０ａ、２０ｂおよび２０ｃが、スイッチングアーム２２α、２２βおよび２２γにデルタ結線された例が示されているが、セカンダリ巻線２０ａ、２０ｂおよび２０ｃは、スイッチングアーム２２α、２２βおよび２２γにＹ結線されてもよい。すなわち、スイッチングアーム２２α、２２βおよび２２γのそれぞれにおける２つのスイッチング素子の接続点は、デルタ結線ポートを構成してもよいし、Ｙ結線ポートを構成してもよい。
【0091】
図１２には、本発明の第２実施形態に係る１ポート／２ポート電力変換システム１０４の構成が示されている。１ポート／２ポート電力変換システム１０４は、コンデンサ分割型電力変換装置１０と、追加ポート型電力変換装置６０とを備えている。
【0092】
追加ポート型電力変換装置６０は、スイッチングアーム６２Ａ～６２Ｃ、セカンダリ巻線２８ａ～２８ｃ、ａ相リアクトルＬＬａ、ｂ相リアクトルＬＬｂ、ｃ相リアクトルＬＬｃ、コンデンサＣ３，Ｃ４、正極端子６６ｐ，６８ｐ、負極端子６６ｎおよび６８ｎを備えている。スイッチングアーム６２Ａは、直列接続されたスイッチング素子ＳａｐおよびＳａｎを備えている。スイッチングアーム６２Ｂは、直列接続されたスイッチング素子ＳｂｐおよびＳｂｎを備えており、スイッチングアーム６２Ｃは、直列接続されたスイッチング素子ＳｃｐおよびＳｃｎを備えている。
【0093】
スイッチングアーム６２Ａ～６２ＣおよびコンデンサＣ３は並列接続されている。スイッチングアーム６２Ａ～６２ＣおよびコンデンサＣ３の上側の並列接続点は、正極端子６６ｐに接続され、スイッチングアーム６２Ａ～６２ＣおよびコンデンサＣ３の下側の並列接続点は、負極端子６６ｎに接続されている。スイッチング素子ＳａｐおよびＳａｎの接続点と、スイッチング素子ＳｂｐおよびＳｂｎの接続点との間には、セカンダリ巻線２８ａが接続されている。スイッチング素子ＳｂｐおよびＳｂｎの接続点と、スイッチング素子ＳｃｐおよびＳｃｎの接続点との間には、セカンダリ巻線２８ｂが接続されている。スイッチング素子ＳｃｐおよびＳｃｎの接続点と、スイッチング素子ＳａｐおよびＳａｎの接続点との間には、セカンダリ巻線２８ｃが接続されている。
【0094】
セカンダリ巻線２８ａのタップには、ａ相リアクトルＬＬａの一端が接続されている。セカンダリ巻線２８ｂのタップ、およびセカンダリ巻線２８ｃのタップには、それぞれ、ｂ相リアクトルＬＬｂの一端、およびｃ相リアクトルＬＬｃの一端が接続されている。各相リアクトルＬＬａ～ＬＬｃの他端は正極端子６８ｐに接続されている。スイッチングアーム６２Ａ～６２ＣおよびコンデンサＣ３の下側の並列接続点は、負極端子６６ｎの他、負極端子６８ｎにも接続されている。正極端子６８ｐと負極端子６８ｎとの間には、コンデンサＣ４が接続されている。
【0095】
図１２には、セカンダリ巻線２８ａ、２８ｂおよび２８ｃが、スイッチングアーム６２Ａ～６２Ｃにデルタ結線された例が示されているが、セカンダリ巻線２８ａ、２８ｂおよび２８ｃは、スイッチングアーム６２Ａ～６２ＣにＹ結線されてもよい。
【0096】
スイッチングアーム６２Ａ、６２Ｂおよび６２Ｃは、それぞれ、図１に示されたスイッチングアーム２２α、２２βおよび２２γと同様のスイッチングを行う。すなわち、スイッチング素子ＳａｐおよびＳａｎは、それぞれ、スイッチング素子Ｓ７およびＳ８と同様のスイッチングを行う。スイッチング素子ＳｂｐおよびＳｂｎは、それぞれ、スイッチング素子Ｓ９およびＳ１０と同様のスイッチングを行い、スイッチング素子ＳｃｐおよびＳｃｎは、それぞれ、スイッチング素子Ｓ１１およびＳ１２と同様のスイッチングを行う。
【0097】
正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎは第１ポートを構成する。正極端子６６ｐおよび負極端子６６ｎは第２ポートを構成し、正極端子６８ｐおよび負極端子６８ｎは第３ポートを構成する。第１ポート、第２ポートおよび第３ポートの間では、相互に直流電力の伝送が行われる。
【0098】
正極端子６６ｐと負極端子６６ｎとの間の電圧に対する、正極端子６８ｐと負極端子６８ｎとの間の電圧の比率は、期間ｔ４の長さに対する期間ｔ１の長さの比率、期間ｔ２の長さに対する期間ｔ５の長さの比率、および期間ｔ６の長さに対する期間ｔ３の長さの比率によって定まる。
【0099】
上記の電力変換システム１００、１０２および１０４は、Ｖ２Ｇ、Ｖ２Ｈ等における電力伝送設備に用いられてよい。また、電力変換システム１００、１０２および１０４は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両に搭載されてもよい。
【符号の説明】
【0100】
１０，１１ コンデンサ分割型電力変換装置、１２ スイッチング回路、１２Ｕ Ｕ相スイッチングアーム、１２Ｖ Ｖ相スイッチングアーム、１２Ｗ Ｗ相スイッチングアーム、１４Ｃ コンデンサアーム、１６ｐ，３０ｐ，６６ｐ，６８ｐ 正極端子、１６ｎ，３０ｎ，６６ｎ，６８ｎ 負極端子、１８ｕｖ ＵＶ相プライマリ巻線、１８ｖｗ ＶＷ相プライマリ巻線、１８ｗｕ ＷＵ相プライマリ巻線、２０ａ ａ相セカンダリ巻線、２０ｂ ｂ相セカンダリ巻線、２０ｃ ｃ相セカンダリ巻線、２２α α相スイッチングアーム、２２β β相スイッチングアーム、２２γ γ相スイッチングアーム、２８ａ～２８ｃ セカンダリ巻線、３２ 負荷回路、３４ 電源回路、４０，６０ 電力変換装置、６２Ａ～６２Ｃ スイッチングアーム、Ｓ１～Ｓ１２，Ｓａｐ，Ｓａｎ，Ｓｂｐ，Ｓｂｎ,Ｓｃｐ，Ｓｃｎ スイッチング素子、Ｃｕ 上コンデンサ、Ｃｄ 下コンデンサ、Ｌａ，ＬＬａ ａ相リアクトル、Ｌｂ，ＬＬｂ ｂ相リアクトル、Ｌｃ，ＬＬｃ ｃ相リアクトル、Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ トランス、Ｃ０～Ｃ４ コンデンサ、ＤＰ デルタ結線ポート、Ｎ 中性点。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】