JP2019187006A - スイッチング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換装置が備えるスイッチング回路の配線構造を単純化することを目的とする。【解決手段】フィードバック信号取得部３６−１は、電源スイッチングユニット２６Ｐから負荷スイッチングユニット２６Ｌに伝送された電力に応じた電源フィードバック信号を、結合導体素子３２Ｐを介して電源スイッチングユニット２６Ｐから取得する。あるいは、フィードバック信号取得部３６−１は、当該電力に応じた負荷フィードバック信号を、結合導体素子３２Ｌを介して負荷スイッチングユニット２６Ｌから取得する。指令信号生成部３６−２は、電源スイッチング指令信号および負荷スイッチング指令信号を生成する。指令信号送信部３６−３は、結合導体素子３２Ｐを介して電源スイッチングユニット２６Ｐに電源スイッチング指令信号を送信し、結合導体素子３２Ｌを介して負荷スイッチングユニット２６Ｌに負荷スイッチング指令信号を送信する。【選択図】図２

Description

本発明は、スイッチング制御装置に関し、複数のスイッチング回路を制御する技術に関する。

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。

一般に、電力変換装置は複数のスイッチング素子を有している。制御装置は、各スイッチング素子のオンオフ制御を行うことで電力変換装置を制御し、伝送電力の調整を電力変換装置に行わせる。

国際公開２０１３−１３３０２８号公報

電力変換装置が備えるスイッチング素子に接続される配線には、電力供給用のものだけでなく、スイッチング素子を制御するためのものがある。したがって、電力変換装置に至る配線の構造は複雑である。上記の特許文献１には、このような問題点を解決し得る電力伝送システムが記載されている。このシステムでは、送電装置側の共振回路と受電装置側の共振回路との共鳴によって、送電装置から受電装置に電力が伝送される。送電装置と受電装置との間は、電力伝送用の導線で接続されなくてもよいため構造が単純化される。しかし、送電装置および受電装置のそれぞれにおける各スイッチング素子を制御するための配線構造等については具体的な記載がない。

本発明は、電力変換装置が備えるスイッチング回路の配線構造を単純化することを目的とする。

本発明は、第１スイッチングユニットと、前記第１スイッチングユニットから非接触で電力を取得する第２スイッチングユニットと、を制御するスイッチング制御装置において、前記第１スイッチングユニットに含まれる結合素子に非接触で結合する第１非接触結合素子と、前記第２スイッチングユニットに含まれる結合素子に非接触で結合する第２非接触結合素子と、前記第１スイッチングユニットから前記第２スイッチングユニットに伝送された電力に応じたフィードバック信号を、前記第１非接触結合素子を介して前記第１スイッチングユニットから取得するか、あるいは、前記第２非接触結合素子を介して前記第２スイッチングユニットから取得するフィードバック信号取得部と、前記フィードバック信号に基づいて、前記第１スイッチングユニットに対する第１スイッチング指令信号、および前記第２スイッチングユニットに対する第２スイッチング指令信号を生成する指令信号生成部と、前記第１非接触結合素子を介して前記第１スイッチングユニットに前記第１スイッチング指令信号を送信し、前記第２非接触結合素子を介して前記第２スイッチングユニットに前記第２スイッチング指令信号を送信する指令信号送信部と、を備え、前記第１スイッチングユニットおよび前記第２スイッチングユニットは、それぞれ、前記第１スイッチング指令信号および前記第２スイッチング指令信号に従うタイミングでスイッチングをすることを特徴とする。

また、本発明は、第１スイッチングユニットと、前記第１スイッチングユニットから非接触で電力を取得する第２スイッチングユニットと、を制御するスイッチング制御装置において、前記第２スイッチングユニットに含まれる結合素子に非接触で結合する非接触結合素子と、前記第１スイッチングユニットから前記第２スイッチングユニットに伝送された電力に応じたフィードバック信号を、前記第１スイッチングユニットから取得するか、あるいは、前記非接触結合素子を介して前記第２スイッチングユニットから取得するフィードバック信号取得部と、前記フィードバック信号に基づいて、前記第１スイッチングユニットに対する第１スイッチング指令信号、および前記第２スイッチングユニットに対する第２スイッチング指令信号を生成する指令信号生成部と、前記第１スイッチングユニットに前記第１スイッチング指令信号を与え、前記非接触結合素子を介して前記第２スイッチングユニットに前記第２スイッチング指令信号を送信する指令信号送信部と、を備え、前記第１スイッチングユニットおよび前記第２スイッチングユニットは、それぞれ、前記第１スイッチング指令信号および前記第２スイッチング指令信号に従うタイミングでスイッチングをすることを特徴とする。

また、本発明は、第１スイッチングユニットと、前記第１スイッチングユニットから非接触で電力を取得する第２スイッチングユニットと、を制御するスイッチング制御装置において、前記第１スイッチングユニットに含まれる結合素子に非接触で結合する非接触結合素子と、前記第１スイッチングユニットから前記第２スイッチングユニットに伝送された電力に応じたフィードバック信号を、前記非接触結合素子を介して前記第１スイッチングユニットから取得するか、あるいは、前記第２スイッチングユニットから取得するフィードバック信号取得部と、前記フィードバック信号に基づいて、前記第１スイッチングユニットに対する第１スイッチング指令信号、および前記第２スイッチングユニットに対する第２スイッチング指令信号を生成する指令信号生成部と、前記非接触結合素子を介して前記第１スイッチングユニットに前記第１スイッチング指令信号を送信し、前記第２スイッチングユニットに前記第２スイッチング指令信号を与える指令信号送信部と、を備え、前記第１スイッチングユニットおよび前記第２スイッチングユニットは、それぞれ、前記第１スイッチング指令信号および前記第２スイッチング指令信号に従うタイミングでスイッチングをすることを特徴とする。

本発明は、望ましくは、前記指令信号生成部および前記指令信号送信部を備える位相調整部であって、前記フィードバック信号に基づいて、前記第１スイッチングユニットがスイッチングをする位相と、前記第２スイッチングユニットがスイッチングをする位相との差異を調整する位相調整部、を備える。

本発明によれば、電力変換装置が備えるスイッチング回路の配線構造を単純化することができる。

電力変換装置を示す図である。 電力変換システムを示す図である。 一対の結合導体素子の例を示す図である。 ３つの電力変換装置を制御する電力変換システムを示す図である。 ２つの電力変換装置を制御する電力変換システムを示す図である。 ２つの電力変換装置を制御する電力変換システムを示す図である。 ハーフブリッジ型のスイッチング回路を用いた電力変換装置を示す図である。 フルブリッジ型のスイッチング回路を用いた電力変換装置を示す図である。 Ｕ字型コアを用いてプライマリ巻線およびセカンダリ巻線を結合させる構成を示す図である。 容器状コアを用いてプライマリ巻線およびセカンダリ巻線を結合させる構成を示す図である。 磁気結合型プラグを磁気結合型コネクタに接続する構造を示す図である。 ＦＢ・電源スイッチング回路およびＦＢ・負荷スイッチング回路が、２つの直列共振回路によって結合された電力変換装置を示す図である。 容器状導体および円筒容器導体によって構成される結合コンデンサを示す図である。 自動車の非接触給電システムを示す図である。

図１には、本発明の実施形態に係る電力変換装置１０の構成が示されている。電力変換装置１０は、電源スイッチング回路１２、負荷スイッチング回路１４、電源側制御部１６および負荷側制御部１８を備えている。電源スイッチング回路１２には直流電力源２０が接続され、負荷スイッチング回路１４には負荷回路２２が接続されている。直流電力源２０は、商用電力源から得られた交流電力を直流電力に変換する安定化電源回路であってもよいし、バッテリであってもよい。負荷回路２２は、電気機器や産業用機械であってもよい。また、負荷回路２２には電力源が含まれていてもよい。電力変換装置１０がＶ２Ｇに用いられる場合、直流電力源２０は自動車に搭載されるバッテリに相当し、負荷回路２２は電力系統に相当する。

電源スイッチング回路１２はスイッチング素子Ｓ１およびＳ２を備えており、電源側制御部１６によって各スイッチング素子がスイッチングされる。負荷スイッチング回路１４は、スイッチング素子Ｓ３およびＳ４を備えており、負荷側制御部１８によって各スイッチング素子が制御される。電源スイッチング回路１２および負荷スイッチング回路１４は、それぞれが備える巻線によって磁気的に結合されており、電源スイッチング回路１２および負荷スイッチング回路１４のスイッチングによって、直流電力源２０から負荷回路２２に電力が供給される。

電力変換装置１０の構成について具体的に説明する。電源スイッチング回路１２は、第１プライマリ巻線Ｌ１、第２プライマリ巻線Ｌ２、第１コンデンサＣ１、第２コンデンサＣ２、第３コンデンサＣ３、プライマリ・コンデンサＣＡ、第１スイッチング素子Ｓ１、および第２スイッチング素子Ｓ２を備えている。各スイッチング素子には、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等が用いられてよい。以下に説明する各スイッチング素子についても同様である。

第１プライマリ巻線Ｌ１および第１スイッチング素子Ｓ１は直列に接続され、この直列接続部分に対して並列に第１コンデンサＣ１が接続されている。同様に、第２プライマリ巻線Ｌ２および第２スイッチング素子Ｓ２は直列に接続され、この直列接続部分に対して並列に第２コンデンサＣ２が接続されている。第１スイッチング素子Ｓ１および第１コンデンサＣ１の接続点（接続導線）は、第２スイッチング素子Ｓ２および第２コンデンサＣ２の接続点（接続導線）に接続されている。第１プライマリ巻線Ｌ１および第１スイッチング素子Ｓ１の接続点と、第２プライマリ巻線Ｌ２および第２スイッチング素子Ｓ２の接続点との間には、第３コンデンサＣ３が接続されている。第１プライマリ巻線Ｌ１および第１コンデンサＣ１の接続点と、第２プライマリ巻線Ｌ２および第２コンデンサＣ２の接続点との間には、プライマリ・コンデンサＣＡが接続されている。第１スイッチング素子Ｓ１には、第１プライマリ巻線Ｌ１に接続される側をカソードとしてダイオードが並列に接続され、さらに、コンデンサが並列に接続されている。第２スイッチング素子Ｓ２には、第２プライマリ巻線Ｌ２に接続される側をアノードとしてダイオードが並列に接続され、さらに、コンデンサが並列に接続されている。また、第１プライマリ巻線Ｌ１および第１コンデンサＣ１の接続点と、第２プライマリ巻線Ｌ２および第２コンデンサＣ２の接続点には、それぞれ正極端子Ａ１および負極端子Ｂ１が設けられており、直流電力源２０が接続されている。

第１プライマリ巻線Ｌ１および第２プライマリ巻線Ｌ２は磁気的に結合する。第１プライマリ巻線Ｌ１において点が付された側を正とする誘導起電力が発生したときは、第２プライマリ巻線Ｌ２において点が付された側を正とする誘導起電力が発生する。同様に、第２プライマリ巻線Ｌ２において点が付された側を正とする誘導起電力が発生したときは、第１プライマリ巻線Ｌ１において点が付された側を正とする誘導起電力が発生する。

負荷スイッチング回路１４は、第１セカンダリ巻線Ｌ３、第２セカンダリ巻線Ｌ４、第４コンデンサＣ４、第５コンデンサＣ５、第６コンデンサＣ６、セカンダリ・コンデンサＣＢ、第３スイッチング素子Ｓ３、および第４スイッチング素子Ｓ４を備えている。負荷スイッチング回路１４は、電源スイッチング回路１２と同様の構成を有している。

第１セカンダリ巻線Ｌ３および第２セカンダリ巻線Ｌ４は、それぞれ、第１プライマリ巻線Ｌ１および第２プライマリ巻線Ｌ２に対応する。第４コンデンサＣ４、第５コンデンサＣ５および第６コンデンサは、それぞれ、第１コンデンサＣ１、第２コンデンサＣ２および第３コンデンサに対応する。第３スイッチング素子Ｓ３および第４スイッチング素子Ｓ４は、それぞれ、第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２に対応する。セカンダリ・コンデンサＣＢは、プライマリ・コンデンサＣＡに対応する。

第１プライマリ巻線Ｌ１および第１セカンダリ巻線Ｌ３は磁気的に結合する。また、第２プライマリ巻線Ｌ２および第２セカンダリ巻線Ｌ４もまた磁気的に結合する。第１プライマリ巻線Ｌ１において点が付された側を正とする誘導起電力が発生したときは、第１セカンダリ巻線Ｌ３において点が付された側を正とする誘導起電力が発生する。同様に、第１セカンダリ巻線Ｌ３において点が付された側を正とする誘導起電力が発生したときは、第１プライマリ巻線Ｌ１において点が付された側を正とする誘導起電力が発生する。第２プライマリ巻線Ｌ２および第２セカンダリ巻線Ｌ４についても同様である。

電源側制御部１６の制御によって第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２は、交互にオンオフを繰り返す。すなわち、第１スイッチング素子Ｓ１がオンのときは第２スイッチング素子Ｓ２はオフになり、第１スイッチング素子Ｓ１がオフのときは第２スイッチング素子Ｓ２はオンになる。同様に、負荷側制御部１８の制御によって第３スイッチング素子Ｓ３および第４スイッチング素子Ｓ４は、交互にオンオフを繰り返す。

第１スイッチング素子Ｓ１および第２スイッチング素子Ｓ２のオンオフの位相を、第３スイッチング素子Ｓ３と第４スイッチング素子Ｓ４のオンオフの位相に対して進めることで、電源スイッチング回路１２から負荷スイッチング回路１４に電力が伝送される。すなわち、直流電力源２０から電源スイッチング回路１２に電力が伝送され、電源スイッチング回路１２から負荷スイッチング回路１４に電力が伝送され、さらに、負荷スイッチング回路１４から負荷回路２２に電力が供給される。

電源スイッチング回路１２および負荷スイッチング回路１４のスイッチングが同位相である場合、電源スイッチング回路１２と負荷スイッチング回路１４との間で伝送される電力は０である。すなわち、直流電力源２０から負荷回路２２に伝送される電力は０となる。

電源スイッチング回路１２をスイッチングする位相を、負荷スイッチング回路１４をスイッチングする位相に対して遅らせることで、負荷スイッチング回路１４から電源スイッチング回路１２に電力が伝送される。すなわち、負荷回路２２から負荷スイッチング回路１４に電力が伝送され、負荷スイッチング回路１４から電源スイッチング回路１２に電力が伝送され、さらに、電源スイッチング回路１２から直流電力源２０に電力が供給される。ただし、この電力伝送は、負荷回路２２が電力発生源を有している場合に行われる。

このように、電力変換装置１０では、電源スイッチング回路１２をスイッチングする位相から、負荷スイッチング回路１４をスイッチングする位相を減じたスイッチング位相差に応じて、直流電力源２０から負荷回路２２、または、負荷回路２２から直流電力源２０に伝送される電力が定まる。

図２には、図１に示される電力変換装置１０を応用した電力変換システム１の構成が示されている。電力変換システム１は、電気配線によらない非接触通信によってスイッチング制御装置２４が電源スイッチング回路１２および負荷スイッチング回路１４を制御し、直流電力源２０から負荷回路２２に電力を供給するシステムである。図１に示されている構成要素と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。

電力変換システム１は、スイッチング制御装置２４、電源スイッチングユニット２６Ｐおよび負荷スイッチングユニット２６Ｌを備えている。電源スイッチングユニット２６Ｐは、直流電力源２０、電源スイッチング回路１２、電源側制御部１６、通信部２８Ｐ、結合導体素子３０Ｐおよび電源センサ３７を備えている。負荷スイッチングユニット２６Ｌは、負荷スイッチング回路１４、負荷回路２２、通信部２８Ｌ、結合導体素子３０Ｌおよび負荷センサ４０を備えている。スイッチング制御装置２４は、主制御部３６、通信部３４Ｐ、通信部３４Ｌ、結合導体素子３２Ｐおよび３２Ｌを備えている。

電源スイッチングユニット２６Ｐの通信部２８Ｐには、結合導体素子３０Ｐが接続されており、スイッチング制御装置２４の通信部３４Ｐには、結合導体素子３２Ｐが接続されている。結合導体素子３０Ｐおよび３２Ｐは、例えば帯状の導体によって形成されている。この場合、結合導体素子３０Ｐおよび３２Ｐは対向して配置され、機械的に非接触な状態で電気的または磁気的に結合する。通信部２８Ｐから結合導体素子３０Ｐに出力された信号は、結合導体素子３２Ｐを介して通信部３４Ｐに伝送され、通信部３４Ｐから結合導体素子３２Ｐに出力された信号は、結合導体素子３０Ｐを介して通信部２８Ｐに伝送される。これによって、通信部２８Ｐと通信部３４Ｐとの間で信号の送受信が行われる。

同様に、負荷スイッチングユニット２６Ｌの通信部２８Ｌには、結合導体素子３０Ｌが接続されており、スイッチング制御装置２４の通信部３４Ｌには、結合導体素子３２Ｌが接続されている。結合導体素子３０Ｌおよび３２Ｌは、例えば帯状の導体によって形成されている。結合導体素子３０Ｌおよび３２Ｌは対向して配置され、機械的に非接触な状態で電気的または磁気的に結合する。通信部２８Ｌから結合導体素子３０Ｌに出力された信号は、結合導体素子３２Ｌを介して通信部３４Ｌに伝送され、通信部３４Ｌから結合導体素子３２Ｌに出力された信号は、結合導体素子３０Ｌを介して通信部２８Ｌに伝送される。これによって、通信部２８Ｌと通信部３４Ｌとの間で信号の送受信が行われる。

主制御部３６は、電源スイッチング回路１２のスイッチングタイミングを規定する電源スイッチング指令信号を通信部３４Ｐに出力する。通信部３４Ｐは電源スイッチング指令信号を通信部２８Ｐに送信する。通信部２８Ｐは、電源スイッチング指令信号を受信し、電源側制御部１６に出力する。電源側制御部１６は、電源スイッチング指令信号に従うタイミングでスイッチング素子Ｓ１およびＳ２をスイッチング制御する。すなわち、スイッチング素子Ｓ１およびＳ２をオンからオフに制御し、またはオフからオンに制御する。

同様に、主制御部３６は、負荷スイッチング回路１４のスイッチングタイミングを規定する負荷スイッチング指令信号を通信部３４Ｌに出力する。通信部３４Ｌは負荷スイッチング指令信号を通信部２８Ｌに送信する。通信部２８Ｌは、負荷スイッチング指令信号を受信し、負荷側制御部１８に出力する。負荷側制御部１８は、負荷スイッチング指令信号に従うタイミングでスイッチング素子Ｓ３およびＳ４をスイッチング制御する。

直流電力源２０の正極端子から電源スイッチング回路１２に至る経路には、電源センサ３７が設けられている。電源センサ３７は、直流電力源２０から電源スイッチング回路１２に入力される電圧を検出する。電源センサ３７は、さらに、直流電力源２０から電源スイッチング回路１２に流入する電流、または、電源スイッチング回路１２から直流電力源２０に流出する電流を検出する。電源センサ３７は、電圧検出値および電流検出値を電源側制御部１６に出力する。電源側制御部１６は、電圧検出値および電流検出値を含む電源フィードバック信号を生成し、通信部２８Ｐに出力する。通信部２８Ｐは電源フィードバック信号を通信部３４Ｐに送信する。通信部３４Ｐは電源フィードバック信号を受信し、主制御部３６に出力する。

負荷回路２２には、負荷センサ４０が設けられている。負荷センサ４０は、負荷スイッチング回路１４から負荷回路２２に流入する電流、または負荷回路２２から負荷スイッチング回路１４に流出する電流を検出する。負荷センサ４０は、さらに、負荷スイッチング回路１４から負荷回路２２に出力される電圧を検出する。負荷センサ４０は、電圧検出値および電流検出値を含む負荷フィードバック信号を生成し、通信部２８Ｌに出力する。通信部２８Ｌは負荷フィードバック信号を通信部３４Ｌに送信する。通信部３４Ｌは負荷フィードバック信号を受信し、主制御部３６に出力する。

主制御部３６は、電源フィードバック信号または負荷フィードバック信号に基づいて、電源スイッチング回路１２から負荷スイッチング回路１４に伝送されている電力を測定する。主制御部３６は、電力測定値から目標値を減算した値の絶対値である制御値を求め、制御値を小さくするような電源スイッチング指令信号および負荷スイッチング指令信号を生成する。

主制御部３６は、通信部３４Ｐおよび２８Ｐを介して電源スイッチング指令信号を電源側制御部１６に送信し、通信部３４Ｌおよび２８Ｌを介して負荷スイッチング指令信号を負荷側制御部１８に送信する。電源側制御部１６は、電源スイッチング指令信号に従うタイミングで電源スイッチング回路１２をスイッチングし、負荷側制御部１８は、負荷スイッチング指令信号に従うタイミングで負荷スイッチング回路１４をスイッチングする。このような処理によって、主制御部３６は、直流電力源２０から負荷回路２２に伝送される電力が目標値に近付くようにまたは一致するように、上記のスイッチング位相差を調整する。

なお、主制御部３６は、直流電力源２０から負荷回路２２に伝送される電力の他、次の物理量を目標値に近付けるようにスイッチング位相差を調整してもよい。（１）直流電力源２０から電源スイッチング回路１２に流入する電流、または、電源スイッチング回路１２から直流電力源２０に流出する電流。（２）負荷スイッチング回路１４から負荷回路２２に流入する電流、または、負荷回路２２から負荷スイッチング回路１４に流出する電流。（３）負荷スイッチング回路１４から負荷回路２２に出力される電圧。

電力変換システム１では、電源スイッチングユニット２６Ｐから負荷スイッチングユニット２６Ｌへの電力伝送が配線を介さずに非接触で行われる。また、スイッチング制御装置２４と電源スイッチングユニット２６Ｐとの間の信号の送受信、およびスイッチング制御装置２４と負荷スイッチングユニット２６Ｌとの間の信号の送受信もまた、配線を介さずに非接触で行われる。これによって、電力変換システム１の配線構造が単純となる。

図３（ａ）〜（ｃ）には、信号を伝送する２つの通信部の間に設けられる一対の結合導体素子の例が示されている。図３（ａ）に示される例では、結合導体素子３０Ａ−１および３０Ａ−２のそれぞれが、帯状の導体によって形成されている。結合導体素子３０Ａ−１および３０Ａ−２は対向して配置され、機械的に非接触な状態で電気的または磁気的に結合する。各結合導体素子（３０Ａ−１,３０Ａ−２）の両端には、平衡モードで信号を伝送する一対の導体線が接続されている。平衡モードは、接地導体とは別に一対の導体線で信号が伝送されるモードである。

図３（ｂ）に示される例では、結合導体素子３０Ｂ−１および３０Ｂ−２のそれぞれが、矩形板状の導体によって形成されている。結合導体素子３０Ｂ−１および３０Ｂ−２は板面が対向するように配置され、機械的に非接触な状態で電気的または磁気的に結合する。各結合導体素子には信号を伝送する導体線が接続されている。

図３（ｃ）に示される例では、結合導体素子３０Ｃ−１および３０Ｃ−２のそれぞれが、平面状のコイルによって形成されている。結合導体素子３０Ｃ−１および３０Ｃ−２はコイル導線が周回する面が対向するように配置され、機械的に非接触な状態で電気的または磁気的に結合する。各結合導体素子には信号を伝送する導体線が接続されている。

図３（ａ）〜（ｃ）に示された結合導体素子は、誘電体の基板上に形成されてもよい。この場合、一方の結合導体素子が設けられた基板と、他方の結合導体素子が設けられた基板を対向させることで、一対の結合導体素子が結合する。

なお、一対の結合導体素子は、直流成分を通過させないハイパスフィルタ特性を示す。そのため、一対の結合導体素子の一方から信号を取得する通信部は、ヒステリシスコンパレータ等の波形成形回路を備えてもよい。ヒステリシスコンパレータは、入力信号が増加して、第１の閾値ＴＨ１を超えたときに出力値を上限値とし、入力信号が減少して、第１の閾値ＴＨ１より小さい第２の閾値ＴＨ２を下回ったときに出力値を下限値とするものである。

このように、本実施形態に係るスイッチング制御装置２４は、電源スイッチングユニット２６Ｐ（第１スイッチングユニット）に含まれる結合導体素子３０Ｐ（結合素子）に非接触で結合する結合導体素子３２Ｐ（第１非接触結合素子）と、負荷スイッチングユニット２６Ｌ（第２スイッチングユニット）に含まれる結合導体素子３０Ｌ（結合素子）に非接触で結合する結合導体素子３２Ｌ（第２非接触結合素子）とを備えている。

主制御部３６は、例えばプロセッサによって構成され、プログラムを実行することで、以下に説明するフィードバック信号取得部３６−１、指令信号生成部３６−２、および指令信号送信部３６−３を内部に構成する。

フィードバック信号取得部３６−１は、電源スイッチングユニット２６Ｐから負荷スイッチングユニット２６Ｌに伝送された電力に応じた電源フィードバック信号（フィードバック信号）を、結合導体素子３２Ｐおよび通信部３４Ｐを介して電源スイッチングユニット２６Ｐから取得する。あるいは、フィードバック信号取得部３６−１は、電源スイッチングユニット２６Ｐから負荷スイッチングユニット２６Ｌに伝送された電力に応じた負荷フィードバック信号（フィードバック信号）を、結合導体素子３２Ｌおよび通信部３４Ｌを介して負荷スイッチングユニット２６Ｌから取得する。

指令信号生成部３６−２は、電源フィードバック信号または負荷フィードバック信号に基づいて、電源スイッチングユニット２６Ｐに対する電源スイッチング指令信号（第１スイッチング指令信号）、および負荷スイッチングユニット２６Ｌに対する負荷スイッチング指令信号（第２スイッチング指令信号）を生成する。

指令信号送信部３６−３は、通信部３４Ｐおよび結合導体素子３２Ｐを介して電源スイッチングユニット２６Ｐに電源スイッチング指令信号を送信し、通信部３４Ｌおよび結合導体素子３２Ｌを介して負荷スイッチングユニット２６Ｌに負荷スイッチング指令信号を送信する。

また、主制御部３６は、プログラムを実行することで次のような位相調整部を内部に構成する。位相調整部は、上述の指令信号生成部３６−２および指令信号送信部３６−３を備える。位相調整部は、電源フィードバック信号または負荷フィードバック信号に基づいて、電源スイッチングユニット２６Ｐがスイッチングをする位相と、負荷スイッチングユニット２６Ｌがスイッチングをする位相との差異を調整する。すなわち、位相調整部は、スイッチング位相差を調整するような電源スイッチング指令信号および負荷スイッチング指令信号を送信する。

ここでは、直流電力源２０から負荷回路２２に電力を伝送する場合について説明した。スイッチング位相差の調整によって、負荷回路２２から直流電力源２０に電力を伝送する制御が行われてもよい。

スイッチング制御装置は、複数の電力変換装置を制御してもよい。図４には、スイッチング制御装置２４Ａが３つの電力変換装置を制御する電力変換システム２が示されている。電力変換システム２は、スイッチング制御装置２４Ａ、第１電源スイッチングユニット２６Ｐ１、第１負荷スイッチングユニット２６Ｌ１、第２電源スイッチングユニット２６Ｐ２、第２負荷スイッチングユニット２６Ｌ２、第３電源スイッチングユニット２６Ｐ３および第３負荷スイッチングユニット２６Ｌ３を備える。第ｉ電源スイッチングユニット２６Ｐｉ（ｉは１〜３のいずれかの整数）は、図２に示された電源スイッチングユニット２６Ｐと同一の構成を有し、第ｉ負荷スイッチングユニット２６Ｌｉは、図２に示された負荷スイッチングユニット２６Ｌと同一の構成を有している。第ｉ電源スイッチングユニット２６Ｐｉが備える電源スイッチング回路１２および電源側制御部１６と、第ｉ負荷スイッチングユニット２６Ｌｉが備える負荷スイッチング回路１４および負荷側制御部１８は、１つの電力変換装置を構成する。

スイッチング制御装置２４Ａは、主制御部３６Ａ、通信部３４Ｐ１〜３４Ｐ３および通信部３４Ｌ１〜３４Ｌ３を備えている。通信部３４Ｐ１〜３４Ｐ３は、それぞれ、第１電源スイッチングユニット２６Ｐ１〜第３電源スイッチングユニット２６Ｐ３が備える通信部２８Ｐとの間で通信を行う。

主制御部３６Ａは、各通信部を介して第１電源スイッチングユニット２６Ｐ１〜第３電源スイッチングユニット２６Ｐ３のそれぞれの電源側制御部１６に電源スイッチング指令信号を送信する。第１電源スイッチングユニット２６Ｐ１〜第３電源スイッチングユニット２６Ｐ３のそれぞれの電源側制御部１６は、各通信部を介して主制御部３６Ａに電源フィードバック信号を送信する。各電源側制御部１６が電源スイッチング回路１２に対して実行する制御は、図１に示された電源側制御部１６が電源スイッチング回路１２に対して実行する制御と同様である。

同様に、通信部３４Ｌ１〜３４Ｌ３は、それぞれ、第１負荷スイッチングユニット２６Ｌ１〜第３負荷スイッチングユニット２６Ｌ３が備える通信部２８Ｌとの間で通信を行う。主制御部３６Ａは、各通信部を介して第１負荷スイッチングユニット２６Ｌ１〜第３負荷スイッチングユニット２６Ｌ３のそれぞれの負荷側制御部１８に負荷スイッチング指令信号を送信する。第１負荷スイッチングユニット２６Ｌ１〜第３負荷スイッチングユニット２６Ｌ３のそれぞれの負荷側制御部１８は、各通信部を介して主制御部３６Ａに負荷フィードバック信号を送信する。各負荷側制御部１８が負荷スイッチング回路１４に対して実行する制御は、図１に示された負荷側制御部１８が負荷スイッチング回路１４に対して実行する制御と同様である。

主制御部３６Ａは、第１電源スイッチングユニット２６Ｐ１〜第３電源スイッチングユニット２６Ｐ３のそれぞれから受信した電源フィードバック信号、または第１負荷スイッチングユニット２６Ｌ１〜第３負荷スイッチングユニット２６Ｌ３のそれぞれから受信した負荷フィードバック信号に基づいて、第ｉ電源スイッチングユニット２６Ｐｉ（ｉ＝１〜３）に対する電源スイッチング指令信号、および第ｉ負荷スイッチングユニット２６Ｌｉ（ｉ＝１〜３）に対する負荷スイッチング指令信号を生成する。そして、第ｉ電源スイッチングユニット２６Ｐｉに対して生成された電源スイッチング指令信号を、第ｉ電源スイッチングユニット２６Ｐｉに送信し、第ｉ電源スイッチングユニット２６Ｐｉを制御する。また、主制御部３６Ａは、第ｉ負荷スイッチングユニット２６Ｌｉに対して生成された負荷スイッチング指令信号を、第ｉ負荷スイッチングユニット２６Ｌｉに送信し、第ｉ負荷スイッチングユニット２６Ｌｉを制御する。

主制御部３６Ａの制御によって、第ｉ電源スイッチングユニット２６Ｐｉのスイッチングと、第ｉ負荷スイッチングユニット２６Ｌｉのスイッチングとが同期する。すなわち、主制御部３６Ａの制御によって、第ｉ電源スイッチングユニット２６Ｐｉのスイッチング周波数と、第ｉ負荷スイッチングユニット２６Ｌｉのスイッチング周波数とが近付き、または一致する。さらに、第ｉ電源スイッチングユニット２６Ｐｉのスイッチングの位相から、第ｉ負荷スイッチングユニット２６Ｌｉのスイッチングの位相を減じた位相差が、第ｉ電源スイッチングユニット２６Ｐｉから第ｉ負荷スイッチングユニット２６Ｌｉに伝送される電力に応じて調整される。

図５には、主制御部３６Ｂが２つの電力変換装置を制御する電力変換システム３が示されている。電力変換システム３は、電源スイッチング／制御装置３８、第１負荷スイッチングユニット２６Ｌ１、および第２負荷スイッチングユニット２６Ｌ２を備えている。

電源スイッチング／制御装置３８は、制御部４２、電源スイッチング回路１２−１、電源スイッチング回路１２−２、通信部３４Ｌ１および３４Ｌ２を備えている。制御部４２は、主制御部３６Ｂ、電源側制御部１６−１および１６−２を備えている。

主制御部３６Ｂ、通信部３４Ｌ１および３４Ｌ２は、図２におけるスイッチング制御装置２４に対応する。また、電源側制御部１６−１および電源スイッチング回路１２−１は、図２における電源スイッチングユニット２６Ｐに対応する。同様に、電源側制御部１６−２および電源スイッチング回路１２−２は、図２における電源スイッチングユニット２６Ｐに対応する。

電力変換システム３では、電源スイッチング回路１２−１をスイッチング制御する電源側制御部１６−１、電源スイッチング回路１２−２をスイッチング制御する電源側制御部１６−２、および主制御部３６Ｂが、１つのハードウエアとしての制御部４２内に構成されている。さらに、制御部４２、電源スイッチング回路１２−１、電源スイッチング回路１２−２、通信部３４Ｌ１および３４Ｌ２が、１つのハードウエアとしての電源スイッチング／制御装置３８内に構成されている。

電源側制御部１６−１、電源スイッチング回路１２−１、負荷側制御部１８−１、および負荷スイッチング回路１４−１は１つの電力変換装置を構成し、電源側制御部１６−２、電源スイッチング回路１２−２、負荷側制御部１８−２、および負荷スイッチング回路１４−２は別の１つの電力変換装置を構成する。

各電源側制御部（１６−１，１６−２）が各電源スイッチング回路（１２−１、１２−２）に対して実行する制御は、図１に示された電源側制御部１６が電源スイッチング回路１２に対して実行する制御と同様である。主制御部３６Ｂは、電源側制御部１６−１および１６−２に電源スイッチング指令信号を出力する。電源側制御部１６−１および１６−２は、電源スイッチング指令信号に基づいて、それぞれ、電源スイッチング回路１２−１および１２−２をスイッチング制御する。電源側制御部１６−１および１６−２は、それぞれ、電源スイッチング回路１２−１および１２−２から電圧測定値および電流測定値を取得し、電源フィードバック信号を生成する。電源側制御部１６−１および１６−２は、主制御部３６Ｂに電源フィードバック信号を与える。

各負荷側制御部（１８−１，１８−２）が各負荷スイッチング回路（１４−１，１４−２）に対して実行する制御は、図１に示された負荷側制御部１８が負荷スイッチング回路１４に対して実行する制御と同様である。通信部３４Ｌ１および３４Ｌ２は、それぞれ、第１負荷スイッチングユニット２６Ｌ１の通信部２８Ｌ１、および第２負荷スイッチングユニット２６Ｌ２の通信部２８Ｌ２との間で通信を行う。主制御部３６Ｂは、各通信部を介して第１負荷スイッチングユニット２６Ｌ１の負荷側制御部１８−１、および第２負荷スイッチングユニット２６Ｌ２の負荷側制御部１８−２に負荷スイッチング指令信号を送信する。負荷側制御部１８−１は、負荷スイッチング指令信号に基づいて、負荷スイッチング回路１４−１をスイッチング制御し、負荷側制御部１８−２は、負荷スイッチング指令信号に基づいて、負荷スイッチング回路１４−２をスイッチング制御する。負荷側制御部１８−１は、負荷スイッチング回路１４−１から電圧測定値および電流測定値を取得し、負荷フィードバック信号を生成する。また、負荷側制御部１８−２は、負荷スイッチング回路１４−２から電圧測定値および電流測定値を取得し、負荷フィードバック信号を生成する。負荷側制御部１８−１および１８−２は、各通信部を介して、主制御部３６Ｂに各負荷フィードバック信号を出力する。

主制御部３６Ｂは、電源側制御部１６−１および１６−２のそれぞれから与えられた電源フィードバック信号、または、第１負荷スイッチングユニット２６Ｌ１および第２負荷スイッチングユニット２６Ｌ２のそれぞれから送信された負荷フィードバック信号に基づいて、電源スイッチング回路１２−１および１２−２のそれぞれに対する電源スイッチング指令信号を生成する。そして、各電源スイッチング回路に対して生成された電源スイッチング指令信号によって、各電源スイッチング回路を制御する。

また、主制御部３６Ｂは、電源側制御部１６−１および１６−２のそれぞれから与えられた電源フィードバック信号、または、第１負荷スイッチングユニット２６Ｌ１および第２負荷スイッチングユニット２６Ｌ２のそれぞれから送信された負荷フィードバック信号に基づいて、負荷スイッチング回路１４−１および１４−２のそれぞれに対する負荷スイッチング指令信号を生成する。そして、各負荷スイッチング回路に対して生成された負荷スイッチング指令信号を、第１負荷スイッチングユニット２６Ｌ１および第２負荷スイッチングユニット２６Ｌ２に送信し、各負荷スイッチング回路を制御する。

主制御部３６Ｂの制御によって、電源スイッチング回路１２−ｊ（ｊは１または２）のスイッチングと、負荷スイッチング回路１４−ｊのスイッチングとが同期する。すなわち、主制御部３６Ｂの制御によって、電源スイッチング回路１２−ｊのスイッチング周波数と、負荷スイッチング回路１４−ｊのスイッチング周波数とが近付き、または一致する。さらに、電源スイッチング回路１２−ｊのスイッチングの位相から、負荷スイッチング回路１４−ｊのスイッチングの位相を減じた位相差が、電源スイッチング回路１２−ｊから負荷スイッチング回路１４−ｊに伝送される電力に応じて調整される。

上記の実施形態では、主制御部３６Ｂが、通信部３４Ｌ１および２８Ｌ１を介して、負荷側制御部１８−１との間で非接触通信を行い、主制御部３６Ｂが、通信部３４Ｌ２および２８Ｌ２を介して、負荷側制御部１８−２との間で通信を行う。また、主制御部３６Ｂと共に、電源側制御部１６−１および１６−２が制御部４２内に構成され、主制御部３６Ｂは、電源側制御部１６−１および１６−２との間で直接的に信号を授受する。

このような構成に代えて、主制御部３６Ｂが、電源側制御部１６−１および１６−２との間で非接触通信を行う構成が用いられてもよい。また、負荷側制御部１８−１および１８−２が主制御部３６Ｂと共に制御部内に構成され、主制御部３６Ｂが、負荷側制御部１８−１および１８−２との間で直接的に信号を授受する構成が用いられてもよい。

図６には、このような電力変換システム４が示されている。図４および図５に示されている構成要素と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。電力変換システム４は、負荷スイッチング／制御装置４６、第１電源スイッチングユニット２６Ｐ１、および第２電源スイッチングユニット２６Ｐ２を備えている。

負荷スイッチング／制御装置４６は、制御部４４、負荷スイッチング回路１４−１、負荷スイッチング回路１４−２、通信部３４Ｐ１および３４Ｐ２を備えている。制御部４４は、主制御部３６Ｂ、負荷側制御部１８−１および１８−２を備えている。

電力変換システム４では、負荷スイッチング回路１４−１をスイッチング制御する負荷側制御部１８−１、負荷スイッチング回路１４−２をスイッチング制御する負荷側制御部１８−２、および主制御部３６Ｂが、１つのハードウエアとしての制御部４４内に構成されている。さらに、制御部４４、負荷スイッチング回路１４−１、負荷スイッチング回路１４−２、通信部３４Ｐ１および３４Ｐ２が、１つのハードウエアとしての負荷スイッチング／制御装置４６内に構成されている。

主制御部３６Ｂ、通信部３４Ｐ１および３４Ｐ２は、図２におけるスイッチング制御装置２４に対応する。また、負荷側制御部１８−１および負荷スイッチング回路１４−１は、図２における負荷スイッチングユニット２６Ｌに対応する。同様に、負荷側制御部１８−２および負荷スイッチング回路１４−２は、図２における負荷スイッチングユニット２６Ｌに対応する。

主制御部３６Ｂは、通信部３４Ｐ１および２８Ｐ１を介して、電源側制御部１６−１との間で非接触通信を行い、通信部３４Ｐ２および２８Ｐ２を介して、電源側制御部１６−２との間で通信を行う。また、主制御部３６Ｂと共に、負荷側制御部１８−１および１８−２は制御部４４内に構成され、主制御部３６Ｂは、負荷側制御部１８−１および１８−２との間で直接的に信号を授受する。

上記の電源スイッチング回路（１２，１２−１,１２−２）および負荷スイッチング回路１４（１４，１４−１，１４−２）は、それぞれ、図７に示されるハーフブリッジ型・電源スイッチング回路５０およびハーフブリッジ型・負荷スイッチング回路５２に置き換えられてもよい。「ハーフブリッジ」とは直列に接続された２つのスイッチング素子による回路構成をいい、以下の説明では、「ＨＢ」と表記する。

ＨＢ型・電源スイッチング回路５０は、上スイッチング素子Ｓ５、下スイッチング素子Ｓ６、上コンデンサＣ５、下コンデンサＣ６、端子間コンデンサＣＥ、プライマリ巻線ＬＰ、正極端子Ａ２および負極端子Ｂ２を備えている。上スイッチング素子Ｓ５の一端は正極端子Ａ２に接続され、下スイッチング素子Ｓ６の一端は負極端子Ｂ２に接続されている。上スイッチング素子Ｓ５の他端と下スイッチング素子Ｓ６の他端は、共通に接続されている。上スイッチング素子Ｓ５には、下スイッチング素子Ｓ６との接続点の側をアノードとしてダイオードが並列に接続され、さらに、コンデンサが並列に接続されている。下スイッチング素子Ｓ６には、上スイッチング素子Ｓ５との接続点の側をカソードとしてダイオードが並列に接続され、さらに、コンデンサが並列に接続されている。上コンデンサＣ５の一端は正極端子Ａ２に接続され、下コンデンサＣ６の一端は負極端子Ｂ２に接続されている。上コンデンサＣ５の他端と下コンデンサＣ６の他端は、共通に接続されている。上スイッチング素子Ｓ５および下スイッチング素子Ｓ６の接続点と、上コンデンサＣ５および下コンデンサＣ６の接続点との間には、プライマリ巻線ＬＰが接続されている。正極端子Ａ２と負極端子Ｂ２との間には端子間コンデンサＣＥが接続されている。

電源側制御部１６は、上スイッチング素子Ｓ５および下スイッチング素子Ｓ６を交互にオンオフする。これによってプライマリ巻線ＬＰに発生した誘導起電力が上コンデンサＣ５および下コンデンサＣ６に印加され、上コンデンサＣ５および下コンデンサＣ６が充電される。さらに、上コンデンサＣ５の端子間電圧および下コンデンサＣ６の端子間電圧を合わせた電圧によって、端子間コンデンサＣＥが充電される。また、電源側制御部１６が、上スイッチング素子Ｓ５および下スイッチング素子Ｓ６を交互にオンオフすることで、上コンデンサＣ５の充電電圧および下コンデンサＣ６の充電電圧が、プライマリ巻線ＬＰに交互に印加される。

ＨＢ型・負荷スイッチング回路５２は、上スイッチング素子Ｓ７、下スイッチング素子Ｓ８、上コンデンサＣ７、下コンデンサＣ８、端子間コンデンサＣＧ、セカンダリ巻線ＬＳ２、正極端子Ｄ２および負極端子Ｅ２を備えている。ＨＢ型・負荷スイッチング回路５２は、ＨＢ型・電源スイッチング回路５０と同様の構成を有している。上スイッチング素子Ｓ７および下スイッチング素子Ｓ８は、それぞれ、上スイッチング素子Ｓ５および下スイッチング素子Ｓ６に対応している。上コンデンサＣ７、下コンデンサＣ８および端子間コンデンサＣＧは、それぞれ、上コンデンサＣ５、下コンデンサＣ６および端子間コンデンサＣＥに対応している。セカンダリ巻線ＬＳは、プライマリ巻線ＬＰに対応し、プライマリ巻線ＬＰに磁気的に結合している。また、正極端子Ｄ２および負極端子Ｅ２は、それぞれ、正極端子Ａ２および負極端子Ｂ２に対応している。

電源側制御部１６と同様、負荷側制御部１８は、上スイッチング素子Ｓ７および下スイッチング素子Ｓ８を交互にオンオフする。

プライマリ側のスイッチングタイミングの位相とセカンダリ側のスイッチングタイミングの位相を異ならしめることで、ＨＢ型・電源スイッチング回路５０からＨＢ型・負荷スイッチング回路５２に電力が伝送され、または、ＨＢ型・負荷スイッチング回路５２からＨＢ型・電源スイッチング回路５０に電力が伝送される。すなわち、正極端子Ａ２および負極端子Ｂ２から入力された電力が、正極端子Ｄ２および負極端子Ｅ２から出力され、あるいは、正極端子Ｄ２および負極端子Ｅ２から入力された電力が、正極端子Ａ２および負極端子Ｂ２から出力される。

上記の電源スイッチング回路（１２，１２−１,１２−２）および負荷スイッチング回路（１４，１４−１,１４−２）は、それぞれ、図８に示されるフルブリッジ型・電源スイッチング回路５４およびフルブリッジ型・負荷スイッチング回路５６に置き換えられてもよい。「フルブリッジ」とは、直列接続された２つのスイッチング素子を１つの直列接続要素として、２つの直列接続要素を並列接続した回路構成をいい、以下の説明では「ＦＢ」と表記する。この回路は、図７における上コンデンサＣ５および下コンデンサＣ６を、それぞれ、第２上スイッチング素子Ｓ９および第２下スイッチング素子Ｓ１０に置き換え、上コンデンサＣ７および下コンデンサＣ８を、それぞれ、第２上スイッチング素子Ｓ１１および第２下スイッチング素子Ｓ１２に置き換えたものである。

電源側制御部１６は、上スイッチング素子Ｓ５および下スイッチング素子Ｓ６を交互にオンオフし、第２上スイッチング素子Ｓ９および第２下スイッチング素子Ｓ１０もまた交互にオンオフする。電源側制御部１６は、上スイッチング素子Ｓ５および下スイッチング素子Ｓ６のスイッチングタイミングの位相と、第２上スイッチング素子Ｓ９および第２下スイッチング素子Ｓ１０のスイッチングタイミングの位相を、例えば１８０°異ならせる。

同様に、負荷側制御部１８は、上スイッチング素子Ｓ７および下スイッチング素子Ｓ８を交互にオンオフし、第２上スイッチング素子Ｓ１１および第２下スイッチング素子Ｓ１２もまた交互にオンオフする。負荷側制御部１８は、上スイッチング素子Ｓ７および下スイッチング素子Ｓ８のスイッチングタイミングの位相と、第２上スイッチング素子Ｓ１１および第２下スイッチング素子Ｓ１２のスイッチングタイミング位相を、例えば１８０°異ならせる。

プライマリ側のスイッチングタイミングの位相とセカンダリ側のスイッチングタイミングの位相を異ならしめることで、正極端子Ａ３および負極端子Ｂ３から入力された電力が、正極端子Ｄ３および負極端子Ｅ３から出力され、正極端子Ｄ３および負極端子Ｅ３から入力された電力が、正極端子Ａ３および負極端子Ｂ３から出力される。

図９には、プライマリ巻線ＬＰとセカンダリ巻線ＬＳを磁気的に結合させる構成の例が示されている。プライマリ巻線ＬＰは、Ｕ字型コア５８Ｐに巻き付けられた導線によって構成されている。同様に、セカンダリ巻線ＬＳは、Ｕ字型コア５８Ｓに巻き付けられた導線によって構成されている。プライマリ巻線ＬＰが構成されるＵ字型コア５８Ｐと、セカンダリ巻線ＬＳが構成されるＵ字型コア５８Ｓは、Ｕ字形状が開いた側を対向させて配置されている。これによって、プライマリ巻線ＬＰから発せられセカンダリ巻線ＬＳに鎖交する磁束が通る磁路、および、セカンダリ巻線ＬＳから発せられプライマリ巻線ＬＰに鎖交する磁束が通る磁路が、Ｕ字型コア５８Ｐおよび５８Ｓに構成される。

なお、図１の第１プライマリ巻線Ｌ１および第２プライマリ巻線Ｌ２は、それぞれを構成する導線を１つのＵ字型コア５８Ｐに巻き付けることで構成してもよい。さらに、図１の第１セカンダリ巻線Ｌ３および第２セカンダリ巻線Ｌ４は、それぞれを構成する導線を１つのＵ字型コア５８Ｓに巻き付けることで構成してもよい。

図１０には、プライマリ巻線ＬＰとセカンダリ巻線ＬＳを磁気的に結合させる別の構成が示されている。プライマリ巻線ＬＰが構成されるプライマリ側容器状コア６０Ｐは、円筒容器状の外部コア６２Ｐの内部に円柱状の内部コア６４Ｐが同軸状に配置された構造を有している。内部コア６４Ｐは外部コア６２Ｐの内側の底面に接合されている。外部コア６２Ｐおよび内部コア６４Ｐは一体的に構成されてもよい。プライマリ巻線ＬＰを構成する導線は、内部コア６４Ｐに巻き付けられている。

セカンダリ巻線ＬＳが構成されるセカンダリ側容器状コア６０Ｓもまた、円筒容器状の外部コア６２Ｓの内部に円柱状の内部コア６４Ｓが同軸状に配置された構造を有している。セカンダリ巻線ＬＳを構成する導線は、内部コア６４Ｓに巻き付けられている。プライマリ側容器状コア６０Ｐと、セカンダリ側容器状コア６０Ｓは、開口を対向させて配置されている。これによって、プライマリ巻線ＬＰから発せられセカンダリ巻線ＬＳに鎖交する磁束が通る磁路、および、セカンダリ巻線ＬＳから発せられプライマリ巻線ＬＰに鎖交する磁束が通る磁路が形成される。この磁路は、（１）内部コア６４Ｐから外部コア６２Ｐの底面を通って外部コア６２Ｐの円筒状の側壁に回り、（２）外部コア６２Ｐの円筒状の側壁を通って、外部コア６２Ｐの縁と外部コア６２Ｓの縁との間に形成されるギャップに至り、（３）このギャップから外部コア６２Ｓの側壁を通って、その底面から内部コア６４Ｓに回り、（４）さらに内部コア６４Ｓを通って内部コア６４Ｓの先端と内部コア６４Ｐの先端との間に形成されるギャップに至る。このような磁路が形成されることで、プライマリ巻線ＬＰとセカンダリ巻線ＬＳとの磁気的な結合が大きくなる。

なお、図１の第１プライマリ巻線Ｌ１および第２プライマリ巻線Ｌ２は、それぞれを構成する巻線を同一の内部コア６４Ｐに巻き付けることで構成してもよい。同様に、図１の第１セカンダリ巻線Ｌ３および第２セカンダリ巻線Ｌ４は、それぞれを構成する巻線を同一の内部コア６４Ｓに巻き付けることで構成してもよい。

プライマリ巻線ＬＰが設けられたプライマリ側容器状コア６０Ｐは、磁気結合型コネクタに用いられてもよい。そして、セカンダリ巻線ＬＳが設けられたセカンダリ側容器状コア６０Ｓは、電磁結合型プラグに用いられてもよい。

図１１には磁気結合型プラグ６６を磁気結合型コネクタ７０に接続する構造が示されている。この図に示されているように、電源スイッチングユニットの筐体６８には磁気結合型コネクタ７０が設けられている。磁気結合型コネクタ７０は、磁気結合型プラグ６６を受け入れる受け入れ筒７２を備えている。受け入れ筒７２は、筐体６８の前面から突出しており、受け入れ筒７２の最奥部にはプライマリ巻線が構成されたプライマリ側容器状コア６０Ｐが取り付けられている。

負荷スイッチングユニットからはケーブル７４が引き出されており、ケーブル７４の先端には磁気結合型プラグ６６が取り付けられている。磁気結合型プラグ６６の先端には、セカンダリ巻線が構成されたセカンダリ側容器状コア６０Ｓが取り付けられている。磁気結合型プラグ６６を受け入れ筒７２に挿入することで、プライマリ巻線とセカンダリ巻線とが磁気的に結合し、電源スイッチングユニットから負荷スイッチングユニットに電力が伝送される。

図１２には、ＦＢ・電源スイッチング回路７６およびＦＢ・負荷スイッチング回路７８が、２つの直列共振回路によって結合された電力変換装置が示されている。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Ｓ７およびＳ８の接続点との間には直列共振回路８０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直列共振回路８２が接続されている。

直列共振回路８０は、直列接続された電源側インダクタＬＰ１、結合コンデンサＣｋ１、および負荷側インダクタＬＬ１を備えている。電源側インダクタＬＰ１は、ＦＢ・電源スイッチング回路７６に含まれており、負荷側インダクタＬＬ１は、ＦＢ・負荷スイッチング回路７８に含まれている。また、結合コンデンサＣｋ１を構成する一方の導体は、ＦＢ・電源スイッチング回路７６に含まれ、他方の導体は、ＦＢ・負荷スイッチング回路７８に含まれている。

直列共振回路８２は、直列接続された電源側インダクタＬＰ２、結合コンデンサＣｋ２、および負荷側インダクタＬＬ２を備えている。電源側インダクタＬＰ２は、ＦＢ・電源スイッチング回路７６に含まれており、負荷側インダクタＬＬ２は、ＦＢ・負荷スイッチング回路７８に含まれている。また、結合コンデンサＣｋ２を構成する一方の導体は、ＦＢ・電源スイッチング回路７６に含まれ、他方の導体は、ＦＢ・負荷スイッチング回路７８に含まれている。

図１２に示されている電力変換装置の各スイッチング素子のスイッチング制御は、図８に示されている電力変換装置と同様に行われる。

結合コンデンサＣｋ１およびＣｋ２は、対向する一対の導体板で構成されてもよい。また、結合コンデンサＣｋ１およびＣｋ２は、図１３に示される構造としてもよい。結合コンデンサを構成する一方の容器状導体８４は、円筒容器状の外部導体８６の内部に円柱状の内部導体８８が同軸状に配置された構造を有している。内部導体８８は、外部導体８６の底面に結合されている。外部導体８６および内部導体８８は一体的に形成されてもよい。結合コンデンサを構成する他方の円筒容器導体９０は、円筒の一端が塞がれた容器形状を有し、導体によって形成されている。容器状導体８４の外部導体８６と内部導体８８との間に、非接触の状態で円筒容器導体９０が挿入されることで、結合コンデンサが構成される。

容器状導体８４および円筒容器導体９０は、ＦＢ・電源スイッチング回路７６とＦＢ・負荷スイッチング回路７８とを接続するコネクタとして用いられてもよい。この場合、スイッチング素子Ｓ５およびＳ６の接続点とは反対側の電源側インダクタＬＰ１の一端と、スイッチング素子Ｓ９およびＳ１０の接続点とは反対側の電源側インダクタＬＰ２の一端のそれぞれに、容器状導体８４が接続される。また、スイッチング素子Ｓ７およびＳ８の接続点とは反対側の負荷側インダクタＬＬ２の一端からはケーブルが引き出され、その先端に円筒容器導体９０が接続される。同様に、スイッチング素子Ｓ１１およびＳ１２の接続点とは反対側の負荷側インダクタＬＬ２の一端からはケーブルが引き出され、その先端に円筒容器導体９０が接続される。負荷側インダクタＬＬ１の一端から引き出されたケーブルの先端における円筒容器導体９０は、電源側インダクタＬＰ１の一端に接続された容器状導体８４に非接触の状態で挿入される。同様に、負荷側インダクタＬＬ２の一端から引き出されたケーブルの先端における円筒容器導体９０は、電源側インダクタＬＰ２の一端に接続された容器状導体８４に非接触の状態で挿入される。

上述の電力変換システムは、電気自動車やハイブリッド自動車の非接触給電システムに用いられてもよい。非接触給電システムでは、サービスステーションに非接触給電装置が設置され、自動車に非接触受電装置が搭載される。自動車は、サービスステーションに停車し、非接触給電装置から送信された電力を非接触受電装置によって受信して、バッテリを充電する。

非接触給電装置には、電力変換システムにおける電源スイッチングユニットが用いられてもよい。また、非接触受電装置には、電力変換システムにおける負荷スイッチングユニットが用いられてもよい。

図１４に示されているように、自動車９２が停車する位置には、電源スイッチングユニットにおける送電側結合部９４が配置されている。送電側結合部９４は、プライマリ巻線（図１の電力変換システム１では、第１プライマリ巻線Ｌ１および第２プライマリ巻線Ｌ２）、および結合導体素子を含む。また、自動車９２の底部には受電側結合部９６が設けられている。受電側結合部９６は、セカンダリ巻線（図１の電力変換システム１では、第１セカンダリ巻線Ｌ３および第２セカンダリ巻線Ｌ４）および結合導体素子を含む。

自動車９２は、送電側結合部９４と受電側結合部９６とが接近するように、サービスステーションに停止する。非接触給電装置が備える電源スイッチングユニットは、送電側結合部９４および受電側結合部９６を介して、非接触受電装置が備える負荷スイッチングユニットとの間で通信を行い、負荷スイッチングユニットに電力を送信する。負荷スイッチングユニットで取得された電力によって自動車のバッテリが充電される。

図１４に示されているシステムはＶ２Ｇに用いられてもよい。この場合、自動車に搭載された非接触受電装置から、駐車スペースに設けられた非接触給電装置に電力が供給され、その電力が電力系統に供給される。また、駐車スペースに設けられた非接触給電装置に電力系統から電力が供給され、さらに、非接触給電装置から自動車に搭載された非接触受電装置に電力が供給される。

また、電力変換システムは、充電装置が設置された場所に自律的に移動して、自らのバッテリを自律的に充電するロボット等の移動体に用いられてもよい。充電装置には、電源スイッチングユニットが用いられる。また。移動体には、負荷スイッチングユニットが用いられる。図１４に示された非接触給電システムと同様、充電装置には、送電側結合部が取り付けられ、移動体には受電側結合部が取り付けられる。移動体は、自らのバッテリの充電電荷量が低下すると、自律的に充電装置が設置されている場所に移動する。そして、自らの受電側結合部が、充電装置の送電側結合部に接近する位置で停止する。充電装置が備える電源スイッチングユニットは、送電側結合部および受電側結合部を介して、移動体が備える負荷スイッチングユニットとの間で通信を行い、負荷スイッチングユニットに電力を送信する。負荷スイッチングユニットで取得された電力によって移動体のバッテリが充電される。

１，２，３，４ 電力変換システム、１０ 電力変換装置、１２ 電源スイッチング回路、１４ 負荷スイッチング回路、１６ 電源側制御部、１８ 負荷側制御部、２０ 直流電力源、２２ 負荷回路、２４ スイッチング制御装置、２６Ｐ 電源スイッチングユニット、２６Ｐｉ 第ｉ電源スイッチングユニット、２６Ｌ 負荷スイッチングユニット、２６Ｌｉ 第ｉ負荷スイッチングユニット、２８Ｐ，２８Ｐ１，２８Ｐ２，２８Ｌ，２８Ｌ１，２８Ｌ２，３４Ｐ，３４Ｐ１〜３４Ｐ３，３４Ｌ，３４Ｌ１〜３４Ｌ３ 通信部、３６，３６Ａ，３６Ｂ 主制御部、３７ 電源センサ、３８ 電源スイッチング／制御装置、４０ 負荷センサ、４２，４４ 制御部、４６ 負荷スイッチング／制御装置、５０ ハーフブリッジ・電源スイッチング回路、５２ ハーフブリッジ・負荷スイッチング回路、５４，７６ フルブリッジ・電源スイッチング回路、５６，７８ フルブリッジ・負荷スイッチング回路、５８Ｐ，５８Ｓ Ｕ字型コア、６０Ｐ プライマリ側容器状コア、６０Ｓ セカンダリ側容器状コア、６２Ｐ，６２Ｓ 外部コア、６４Ｐ，６４Ｓ 内部コア、６６ 磁気結合型プラグ、６８ 筐体、７０ 磁気結合型コネクタ、７２ 受け入れ筒、７４ ケーブル、８０，８２ 直列共振回路、８４ 容器状導体、８６ 外部導体、８８ 内部導体、９０ 円筒容器導体、９２ 自動車、９４ 送電側結合部、９６ 受電側結合部。

Claims (4)

1. 第１スイッチングユニットと、
   前記第１スイッチングユニットから非接触で電力を取得する第２スイッチングユニットと、を制御するスイッチング制御装置において、
   前記第１スイッチングユニットに含まれる結合素子に非接触で結合する第１非接触結合素子と、
   前記第２スイッチングユニットに含まれる結合素子に非接触で結合する第２非接触結合素子と、
   前記第１スイッチングユニットから前記第２スイッチングユニットに伝送された電力に応じたフィードバック信号を、前記第１非接触結合素子を介して前記第１スイッチングユニットから取得するか、あるいは、前記第２非接触結合素子を介して前記第２スイッチングユニットから取得するフィードバック信号取得部と、
   前記フィードバック信号に基づいて、前記第１スイッチングユニットに対する第１スイッチング指令信号、および前記第２スイッチングユニットに対する第２スイッチング指令信号を生成する指令信号生成部と、
   前記第１非接触結合素子を介して前記第１スイッチングユニットに前記第１スイッチング指令信号を送信し、前記第２非接触結合素子を介して前記第２スイッチングユニットに前記第２スイッチング指令信号を送信する指令信号送信部と、を備え、
   前記第１スイッチングユニットおよび前記第２スイッチングユニットは、それぞれ、前記第１スイッチング指令信号および前記第２スイッチング指令信号に従うタイミングでスイッチングをすることを特徴とするスイッチング制御装置。
2. 第１スイッチングユニットと、
   前記第１スイッチングユニットから非接触で電力を取得する第２スイッチングユニットと、を制御するスイッチング制御装置において、
   前記第２スイッチングユニットに含まれる結合素子に非接触で結合する非接触結合素子と、
   前記第１スイッチングユニットから前記第２スイッチングユニットに伝送された電力に応じたフィードバック信号を、前記第１スイッチングユニットから取得するか、あるいは、前記非接触結合素子を介して前記第２スイッチングユニットから取得するフィードバック信号取得部と、
   前記フィードバック信号に基づいて、前記第１スイッチングユニットに対する第１スイッチング指令信号、および前記第２スイッチングユニットに対する第２スイッチング指令信号を生成する指令信号生成部と、
   前記第１スイッチングユニットに前記第１スイッチング指令信号を与え、前記非接触結合素子を介して前記第２スイッチングユニットに前記第２スイッチング指令信号を送信する指令信号送信部と、を備え、
   前記第１スイッチングユニットおよび前記第２スイッチングユニットは、それぞれ、前記第１スイッチング指令信号および前記第２スイッチング指令信号に従うタイミングでスイッチングをすることを特徴とするスイッチング制御装置。
3. 第１スイッチングユニットと、
   前記第１スイッチングユニットから非接触で電力を取得する第２スイッチングユニットと、を制御するスイッチング制御装置において、
   前記第１スイッチングユニットに含まれる結合素子に非接触で結合する非接触結合素子と、
   前記第１スイッチングユニットから前記第２スイッチングユニットに伝送された電力に応じたフィードバック信号を、前記非接触結合素子を介して前記第１スイッチングユニットから取得するか、あるいは、前記第２スイッチングユニットから取得するフィードバック信号取得部と、
   前記フィードバック信号に基づいて、前記第１スイッチングユニットに対する第１スイッチング指令信号、および前記第２スイッチングユニットに対する第２スイッチング指令信号を生成する指令信号生成部と、
   前記非接触結合素子を介して前記第１スイッチングユニットに前記第１スイッチング指令信号を送信し、前記第２スイッチングユニットに前記第２スイッチング指令信号を与える指令信号送信部と、を備え、
   前記第１スイッチングユニットおよび前記第２スイッチングユニットは、それぞれ、前記第１スイッチング指令信号および前記第２スイッチング指令信号に従うタイミングでスイッチングをすることを特徴とするスイッチング制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスイッチング制御装置において、
   前記指令信号生成部および前記指令信号送信部を備える位相調整部であって、前記フィードバック信号に基づいて、前記第１スイッチングユニットがスイッチングをする位相と、前記第２スイッチングユニットがスイッチングをする位相との差異を調整する位相調整部、を備えることを特徴とするスイッチング制御装置。
   

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