JP3280649B2 - エネルギー移送装置、充電装置および電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のエネルギー
蓄積手段に接続されて、そのエネルギー蓄積手段相互間
においてエネルギーを移送するエネルギー移送装置、充
電装置、および電源装置に関し、詳しくは、複数のエネ
ルギー蓄積手段の各々の両端電圧を平均化するのに適し
たエネルギー移送装置、充電装置および電源装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車の開発が盛んな今日、その電
気自動車を駆動するためのバッテリーの開発も盛んにな
っている。この種のバッテリーとしては、現在、電気二
重層コンデンサが有望視されている。その一方、現段階
では、電気二重層コンデンサは、大容量タイプの場合、
高電圧に充電するのが困難である。したがって、高電圧
を出力できかつ大容量のタイプが望ましい電気自動車用
バッテリーとして用いるためには、数個〜百数十個を直
列接続し、かつ各電気二重層コンデンサの端子間電圧が
互いに等しくなるように効率よく充電させる必要があ
る。このため、出願人は、複数の電気二重層コンデンサ
に蓄積されている電気エネルギーを平均化するための装
置として、移送装置を既に提案している（特願平１１−
１１３２３５号）。

【０００３】出願人が既に提案している移送装置４１
は、図９に示すように、例えば、電気エネルギー蓄積手
段としての４つのコンデンサＣａ〜Ｃｄ（以下、区別し
ないときには、「コンデンサＣ」という）相互間でのエ
ネルギーの移送を可能に構成されている。具体的には、
移送装置４１は、巻線２ａａ〜２ａｄ（以下、区別しな
いときには、「巻線２ａ」という）と、各巻線２ａａ〜
２ａｄにそれぞれ直列接続されたリセット用の巻線２ｂ
ａ〜２ｂｄ（以下、区別しないときには、「巻線２ｂ」
という）を有するトランス２を備えている。このトラン
ス２では、各巻線２ａおよび巻線２ｂは、鉄心によって
互いに磁気的結合されており、巻線２ａａ〜２ａｄは、
巻数Ｎａａ，Ｎａｂ，Ｎａｃ，Ｎａｄでそれぞれ巻き回
され、巻線２ｂａ〜２ｂｄは、巻数Ｎｂａ，Ｎｂｂ，Ｎ
ｂｃ，Ｎｂｄでそれぞれ巻き回されている。この場合、
各巻線２ａおよび巻線２ｂは、下記の式を満たすよう
に巻き回される。 Ｎａａ／Ｎｂａ＝Ｎａｂ／Ｎｂｂ＝Ｎａｃ／Ｎｂｃ＝Ｎａｄ／Ｎｂｄ・・式

【０００４】さらに、移送装置４１は、各巻線２ａａ〜
２ａｄの巻終わり側端部とコンデンサＣａ〜Ｃｄのマイ
ナス側端子との間にそれぞれ接続されるスイッチＳａａ
〜Ｓａｄ（以下、区別しないときには、「スイッチＳ
ａ」という）と、リセット電流放出用のダイオード６ａ
ａ〜６ａｄ（以下、区別しないときには、「ダイオード
６ａ」という）とを備えている。この場合、各スイッチ
Ｓａは、例えばＦＥＴやバイポーラトランジスタで構成
され、図外のスイッチング制御回路によって互いに同期
してそのオン／オフがスイッチング制御される。

【０００５】この移送装置４１では、各巻線２ａの各巻
始め側端部と、その巻線２ａに接続された各スイッチＳ
ａの固定接点とをコンデンサＣａ〜Ｃｄの両端にそれぞ
れ接続し、その状態で、図外のスイッチング制御回路が
各スイッチＳａをスイッチング制御する。この際に、こ
の移送装置４１では、コンデンサＣａ〜Ｃｄの端子間電
圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄ（以下、区別しないときには「端子間
電圧Ｖｃ」という）と、巻線２ａの巻数Ｎａａ〜Ｎａｄ
との間に下記の式が成立するように作用する。なお、
本明細書では、この式を満たすときに、各コンデンサ
Ｃの各端子間電圧Ｖｃが平均化されると定義する。 Ｖｃａ：Ｖｃｂ：Ｖｃｃ：Ｖｃｄ＝Ｎａａ：Ｎａｂ：Ｎａｃ：Ｎａｄ・・式

【０００６】したがって、スイッチＳａのスイッチング
時には、各コンデンサＣａ〜Ｃｄ相互間においてエネル
ギーの移転が行われる。具体的に、例えば、コンデンサ
Ｃａの端子間電圧が上記式に規定される電圧よりも高
い電圧の場合を例に挙げて説明する。各スイッチＳａが
オン状態に制御されると、コンデンサＣａの端子間電圧
Ｖｃａのみが上記式に応じた電圧よりも高い電圧のた
め、コンデンサＣａのプラス側端子、巻線２ａａ、スイ
ッチＳａａおよびコンデンサＣａのマイナス側端子によ
って形成される電流導通路を電流が流れる。この場合、
巻線２ａａにコンデンサＣａの端子間電圧Ｖｃａと等し
い電圧値で図９に示す向きと逆向きの電圧Ｖａａが発生
し、他の巻線２ａｂ〜２ａｄには、巻線２ａの巻数Ｎａ
ａとの比率に応じた電圧値で同図に示す向きと逆向きの
電圧Ｖａｂ〜Ｖａｄ（電圧Ｖａａと合わせて区別しない
ときには、以下「電圧Ｖａ」という）がそれぞれ発生す
る。

【０００７】この場合、各電圧Ｖａｂ〜Ｖａｄは、対応
する各端子間電圧Ｖｃｂ〜Ｖｃｄよりもそれぞれ高い電
圧となる。このため、各電圧Ｖａｂ〜Ｖａｄに基づく電
流が、巻線２ａ、コンデンサＣおよびスイッチＳａによ
って形成される電流導通路を流れ続けて各コンデンサＣ
ｂ〜Ｃｄをそれぞれ充電する。次いで、各電圧Ｖａｂ〜
Ｖａｄと対応する各端子間電圧Ｖｃｂ〜Ｖｃｄとが等し
い電圧に達したコンデンサＣから順次充電が停止され
る。この結果、コンデンサＣａから他のコンデンサＣｂ
〜Ｃｄへのエネルギーの分散移転が行われて、最終的に
は、上記式が満足される。

【０００８】また、各スイッチＳａがオン状態に制御さ
れた際には、励磁電流が流れることによりトランス２が
磁化される。したがって、各スイッチＳａがオフ状態に
制御されたときには、各巻線２ａａ〜２ａｄおよび各巻
線２ｂａａ〜２ｂｄに図９に示す向きの電圧Ｖａａ〜Ｖ
ａｄ，Ｖｂａ〜Ｖｂｄがそれぞれ発生する。この場合、
各巻線２ａ，２ｂが共通する鉄心によって磁気的に結合
されているため、各巻線２ａ，２ｂには、トランス２の
励磁エネルギーに基づいて、その巻数比に応じた電圧が
誘起する。この際には、各スイッチＳａが各巻線２ａの
誘起電圧に基づく電流の通過を阻止するため、各巻線２
ｂに誘起した電圧Ｖｂａ〜Ｖｂｄに基づく電流が、各巻
線２ｂの巻き終わり側端子、コンデンサＣ、ダイオード
６ａおよび各巻線２ｂの巻き始め側端子によって形成さ
れる電流導通路をそれぞれ流れる。この際にも、巻線２
ｂの誘起電圧に対して端子間電圧Ｖｃがより低い電圧の
コンデンサＣに巻線２ｂからエネルギーが放出される。

【０００９】この結果、スイッチＳａのオフ状態制御時
にも、上記式を満たす電圧よりも低電圧のコンデンサ
Ｃにエネルギーが分散移転されることにより、各端子間
電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄが上記式を満たすように作用す
る。

【００１０】このように、この移送装置４１によれば、
簡易な構成でありながら、各コンデンサＣａ〜Ｃｄの端
子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄを平均化することができる。こ
のため、コンデンサＣａ〜Ｃｄを直列接続すると共に、
その両端間に充電電圧を供給した状態で、各スイッチＳ
ａを同期させてスイッチングさせることにより、コンデ
ンサＣａ〜Ｃｄを効率よく充電させることができる結
果、高電圧かつ大容量のバッテリーを構成することがで
きる。

【００１１】また、出願人は、図１０に示す移送装置５
１も同時に提案している。この移送装置５１は、エネル
ギー蓄積手段としての直列接続されたコンデンサＣａ〜
Ｃｄの端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄを同電圧に維持可能に
構成されている。なお、本明細書では、同一の機能を有
する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を
省略する。

【００１２】この移送装置５１は、トランス２Ａを備え
ており、このトランス２Ａは、互いに同一の巻数Ｎａａ
〜Ｎａｄで巻き回された４つの巻線２ａａ〜２ａｄと、
巻線２ａの例えば４倍の巻数Ｎａｅで巻き回されたリセ
ット用の巻線２ａｅとを備えて構成されている。

【００１３】この移送装置５１では、各スイッチＳａが
オン状態に制御されると、端子間電圧Ｖｃが最も高電圧
のコンデンサＣの蓄積エネルギーに基づく電流が、その
コンデンサＣのプラス側端子、巻線２ａ、スイッチＳ
ａ、およびそのコンデンサＣのマイナス側端子によって
形成される電流導通路を流れることにより、他のコンデ
ンサＣの端子間電圧Ｖｃが同一電圧に平均化されると共
にトランス２Ａが磁化される。次いで、各スイッチＳａ
がオフ状態に制御されると、トランス２Ａの蓄積エネル
ギーに基づいて、同図に示すように、各巻線２ａａ〜２
ａｅに電圧Ｖａａ〜Ｖａｅがそれぞれ誘起する。この場
合、各電圧Ｖａａ〜Ｖａｄに基づく電流は、オフ状態に
制御された各スイッチＳａａ〜Ｓａｄによってその通過
がそれぞれ阻止される。したがって、電圧Ｖａｅに基づ
く電流が、巻線２ａｅの巻終わり側端子、コンデンサＣ
ａ〜Ｃｄ、ダイオード６ａｅ、および巻線２ａｅの巻始
め側端子からなる電流導通路を流れることにより、各コ
ンデンサＣａ〜Ｃｄが充電されると共にトランス２Ａが
磁気リセットされる。この結果、この移送装置５１で
も、端子間電圧Ｖｃが最も高電圧のコンデンサＣから他
のコンデンサＣにエネルギーが分散移転されることによ
り、各コンデンサＣａ〜Ｃｄの端子間電圧が同一電圧に
平均化される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、出願人の提
案している移送装置４１，５１には、以下の改善すべき
点がある。すなわち、移送装置４１では、各コンデンサ
Ｃ相互間では、各スイッチＳａのオン期間およびオフ期
間の両期間において、上記式を満たすようにエネルギ
ーの分散移転が行われる。しかし、スイッチＳａのオフ
期間においては、端子間電圧Ｖｃが高い（つまりエネル
ギーの蓄積量が大きい）コンデンサＣから端子間電圧Ｖ
ｃが低い（つまりエネルギーの蓄積量が小さい）コンデ
ンサＣにエネルギーが移送されるのではなく、トランス
２の励磁エネルギーが端子間電圧Ｖｃの低いコンデンサ
Ｃに移転されている。したがって、各コンデンサＣの端
子間電圧Ｖｃを平均化するために有効なエネルギーの移
転は、各スイッチＳａのオン期間に限られている。この
ため、例えば、スイッチＳａが５０％ディーティー比で
オン状態に制御される場合には、スイッチＳａのスイッ
チング期間の半分の時間が、各コンデンサＣに対する端
子間電圧Ｖｃの平均化に有効に寄与していないこととな
り、端子間電圧Ｖｃの平均化処理に長時間を要する結
果、この平均化処理に高速性が望まれている。

【００１５】この場合、端子間電圧Ｖｃの平均化に要す
る時間を短縮させるために、スイッチＳａのオン期間に
おいて端子間電圧Ｖｃの高いコンデンサＣから出力され
る電流を大電流に規定する手法も考えられる。しかし、
コンデンサＣのプラス側端子、巻線２ａ、スイッチＳ
ａ、およびコンデンサＣのマイナス側端子によって形成
される電流導通路には、無視できない程度のラインイン
ピーダンスが存在し、しかも、そのラインインピーダン
スを小さくするのは限界がある。また、コンデンサＣに
も、少なからずの内部インピーダンスが存在する。この
ため、より高電圧のコンデンサＣから出力される電流を
大電流に規定しようとしても、内部インピーダンスやラ
インインピーダンスによる電圧降下に起因して、実際に
は大電流を流すことが困難である。また、仮に、ライン
インピーダンスを極めて小さくして大電流を出力させる
ことができたとしても、スイッチＳａとして大電流容量
タイプのＦＥＴを用いたり、装置内の配線やトランス
２，２Ａの巻線２ａに太い線材を用いなければならな
い。このため、装置の大型化やコストアップを招き、現
実的ではない。

【００１６】一方、移送装置４１，５１では、スイッチ
Ｓａのオン期間のディーティー比を例えば９０％程度に
大きくすることにより、各コンデンサＣに対する端子間
電圧Ｖｃの平均化に寄与する期間の割合を大きくするこ
とが可能となる。しかし、この場合、スイッチＳａのオ
ン期間に励磁されたトランス２ＡをスイッチＳａのオフ
期間内に磁気リセットしなければならないため、巻線２
ａｅの巻数を他の巻線２ａａ〜２ａｄの巻数よりも十分
に小さくする必要がある。しかし、かかる場合、リセッ
ト動作時に個々の巻線２ａａ〜２ａｄに誘起する電圧が
高電圧となるため、各スイッチＳａのスイッチング損失
が大きくなると共にノイズが増大するという問題が発生
する。加えて、高電圧タイプのＦＥＴなどが要求される
ため、コストが上昇するという問題も発生する。また、
巻線２ａｅの巻数を少なくすることに起因して、トラン
ス２Ａにおける巻線２ａａ〜２ａｄと巻線２ａｅとの結
合が悪くなる。このため、リーケージインダクタンスが
大きくなる結果、サージ電圧が発生するという問題が発
生する。

【００１７】本発明は、かかる改善すべき点を解決すべ
くなされたものであり、コストアップを招くことなく、
エネルギー蓄積手段の端子間電圧を迅速に平均化し得る
エネルギー移送装置、充電装置および電源装置を提供す
ることを主目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項１記載のエネルギー移送装置は、少なくとも第１巻
線および第１スイッチ手段を直列接続してなる第１電流
導通路をＮ個（Ｎは自然数）有すると共に１番目からＮ
番目の第１電流導通路を１番目からＮ番目のエネルギー
蓄積手段にそれぞれ並列接続可能に構成され、Ｎ個の第
１巻線の各々が互いに磁気結合され、Ｎ個の第１スイッ
チ手段の各々が互いに同期してそれぞれスイッチング制
御されるエネルギー移送装置であって、少なくとも第２
巻線および第２スイッチ手段を直列接続してなる第２電
流導通路をＮ個有すると共に１番目からＮ番目の第２電
流導通路を１番目からＮ番目のエネルギー蓄積手段にそ
れぞれ並列接続可能に構成され、１番目からＮ番目の第
２電流導通路における各第２巻線は、互いに磁気結合さ
れると共に、各々に対応する１番目からＮ番目の第１電
流導通路における各第１巻線の巻数に対する巻数比がそ
れぞれ互いに等しく規定され、Ｎ個の第２スイッチ手段
の各々は、互いに同期し、かつ第１スイッチ手段のオフ
期間にオン状態にスイッチング制御されることを特徴と
する。この場合、エネルギー蓄積手段には、リチウムイ
オン電池やリチウムポリマ電池などの二次電池、電気二
重層コンデンサなどのコンデンサ、および二次電池とコ
ンデンサとが混在する複合品などが含まれる。

【００１９】請求項２記載のエネルギー移送装置は、請
求項１記載のエネルギー移送装置において、Ｎ個の第１
巻線およびＮ個の第２巻線は、同一のトランスにそれぞ
れ巻き回され、Ｎ個の第１電流導通路およびＮ個の第２
電流導通路は、第１スイッチ手段のスイッチング、およ
び第２スイッチ手段のスイッチングによってトランスに
対して両極性の励磁を可能にＮ個のエネルギー蓄積手段
にそれぞれ接続されることを特徴とする。

【００２０】請求項３記載のエネルギー移送装置は、請
求項１記載のエネルギー移送装置において、１番目から
Ｎ番目の第１電流導通路における各第１スイッチ手段に
対して第１巻線として接続されるＮ個の巻線と、Ｎ番目
の第２電流導通路における第２スイッチ手段に対して第
２巻線として接続される１つの巻線とは、互いに等しい
巻数で同一のトランスにそれぞれ巻き回され、Ｎ個の第
２電流導通路における各第２スイッチ手段は、そのスイ
ッチングおよび第１のスイッチ手段のスイッチングによ
ってトランスに対して両極性の励磁を可能に、１番目か
ら（Ｎ−１）番目の第２電流導通路における各第２スイ
ッチ手段が２番目からＮ番目の第１電流導通路における
各第１巻線にそれぞれ接続され、かつＮ番目の第２電流
導通路における第２スイッチ手段が１つの巻線に接続さ
れていることを特徴とする。

【００２１】請求項４記載のエネルギー移送装置は、請
求項１から３のいずれかに記載のエネルギー移送装置に
おいて、第１スイッチ手段のオン期間と、第２スイッチ
手段のオン期間との間に、両スイッチ手段が共にオフ状
態となるスイッチング休止期間が設けられていることを
特徴とする。

【００２２】請求項５記載のエネルギー移送装置は、請
求項１から４のいずれかに記載のエネルギー移送装置に
おいて、第１スイッチ手段と第２スイッチ手段のオン期
間とが互いに同一の時間長に規定されていることを特徴
とする。

【００２３】請求項６記載のエネルギー移送装置は、請
求項１から５のいずれかに記載のエネルギー移送装置に
おいて、エネルギー蓄積手段は、コンデンサおよび二次
電池のいずれかであることを特徴とする。

【００２４】請求項７記載の充電装置は、請求項１から
６のいずれかに記載のエネルギー移送装置を備え、エネ
ルギー蓄積手段としてのＮ個の充電対象体の各々の両端
に第１電流導通路および第２電流導通路をそれぞれ並列
接続可能に構成されていることを特徴とする。

【００２５】請求項８記載の電源装置は、請求項１から
６のいずれかに記載のエネルギー移送装置を備え、Ｎ個
のエネルギー蓄積手段は、出力部側に配設されたコンデ
ンサおよび二次電池のいずれかでそれぞれ構成されると
共に所定の１つまたは複数のエネルギー蓄積手段の蓄積
エネルギーが他のエネルギー蓄積手段に対して分配可能
に構成されていることを特徴とする。

【００２６】請求項９記載の電源装置は、請求項８記載
の電源装置において、Ｎ個のエネルギー蓄積手段のいず
れか１つの端子間電圧が所定電圧に安定化制御されてい
ることを特徴とする。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係るエネルギー移送装置の好適な実施の形態につい
て説明する。

【００２８】最初に、請求項２記載の発明に対応する移
送装置１の動作原理について、エネルギー蓄積手段とし
て例えば電気二重層型のコンデンサＣａ〜Ｃｄの端子間
電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄを平均化する例について、図１を参
照して説明する。

【００２９】移送装置１は、エネルギー蓄積手段として
のコンデンサＣａ〜Ｃｄが互いに絶縁され、かつ端子間
電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄが相違する場合に、４つのコンデン
サＣａ〜Ｃｄ相互間でのエネルギーの分散移送を可能に
構成されている。具体的には、移送装置１は、本発明に
おける第１巻線に相当する巻線２ａａ〜２ａｄと、本発
明における第２巻線に相当する巻線２ｂａ〜２ｂｄ（以
下、総称して「巻線２ｂ」という）とを有するトランス
２とを備えている。この場合、トランス２の各巻線２
ａ，２ｂは、鉄心によって互いに磁気的に結合されてお
り、上記式を満たす巻数Ｎａａ〜Ｎａｄ，Ｎｂａ〜Ｎ
ｂｄでそれぞれ巻き回されている。

【００３０】さらに、移送装置１は、各巻線２ａａ〜２
ａｄの巻終わり側端部とコンデンサＣａ〜Ｃｄのマイナ
ス側端子との間にそれぞれ接続され本発明における第１
スイッチ手段に相当するスイッチＳａａ〜Ｓａｄと、各
巻線２ｂａ〜２ｂｄの巻始め側端部とコンデンサＣａ〜
Ｃｄのマイナス側端子との間にそれぞれ接続され本発明
における第２スイッチ手段に相当するスイッチＳｂａ〜
Ｓｂｄ（以下、区別しないときには「スイッチＳｂ」と
いい、スイッチＳａと合わせて「スイッチＳ」と総称す
る）と、各スイッチＳのスイッチングを制御するスイッ
チング制御回路３とを備えている。各スイッチＳは、例
えばＦＥＴで構成されて、スイッチング制御回路３から
出力される制御信号Ｓｓａ，Ｓｓｂに従って、そのオン
／オフがスイッチング制御される。この場合、スイッチ
Ｓａ，Ｓｂは、図２に示すように、各々のオン期間の時
間長が互いに等しく規定されると共にそのオン期間のデ
ィーティー比がほぼ５０％となるように制御され、かつ
スイッチＳｂのオフ期間にスイッチＳａがオン期間とな
ると共にスイッチＳａのオフ期間にスイッチＳｂがオン
期間となるように制御される。また、両スイッチＳａ，
Ｓｂのオン期間の間には、両制御信号Ｓｓａ，Ｓｓｂが
ローレベルに制御されることにより、両スイッチＳａ，
Ｓｂを共にオフ状態とするための極めて短時間のスイッ
チング休止期間Ｔ１が設けられている。

【００３１】この移送装置１では、トランス２における
各巻線２ａの各巻始め側端部と、その巻線２ａに接続さ
れる各スイッチＳａの固定接点（例えば、ＦＥＴの場
合、ｎチャンネルまたはｐチャンネルのタイプによって
異なるが、ソース電極やドレイン電極）とをコンデンサ
Ｃａ〜Ｃｄの両端にそれぞれ接続し、かつ各巻線２ｂの
各巻き終わり側端部と、その巻線２ｂに接続される各ス
イッチＳｂの固定接点とをコンデンサＣａ〜Ｃｄの両端
にそれぞれ接続する。この場合、巻線２ａの巻始め側端
部と巻線２ｂの巻き終わり側端部とを中間タップとして
予め接続しておき、その中間タップをコンデンサＣの正
極に接続することもできる。

【００３２】この場合、コンデンサＣａには、本発明に
おける１番目の第１電流導通路に相当し巻線２ａａおよ
びスイッチＳａａによって形成される電流導通路と、本
発明における１番目の第２電流導通路に相当し巻線２ｂ
ａおよびスイッチＳｂａによって形成される電流導通路
とが並列接続され、コンデンサＣｂには、本発明におけ
る２番目の第１電流導通路に相当し巻線２ａｂおよびス
イッチＳａｂによって形成される電流導通路と、本発明
における２番目の第２電流導通路に相当し巻線２ｂｂお
よびスイッチＳｂｂによって形成される電流導通路とが
並列接続され、コンデンサＣｃには、本発明における３
番目の第１電流導通路に相当し巻線２ａｃおよびスイッ
チＳａｃによって形成される電流導通路と、本発明にお
ける３番目の第２電流導通路に相当し巻線２ｂｃおよび
スイッチＳｂｃによって形成される電流導通路とが並列
接続され、かつコンデンサＣｄには、本発明における４
番目の第１電流導通路に相当し巻線２ａｄおよびスイッ
チＳａｄによって形成される電流導通路と、本発明にお
ける４番目の第２電流導通路に相当し巻線２ｂｄおよび
スイッチＳｂｄによって形成される電流導通路とが並列
接続される。

【００３３】この状態で、スイッチング制御回路３が、
まず、各スイッチＳｂをオフ状態に制御しつつ、各スイ
ッチＳａをオン状態に制御する。この際には、この移送
装置１では、コンデンサＣａ〜Ｃｄの端子間電圧Ｖｃａ
〜Ｖｃｄと、巻線２ａの巻数Ｎａａ〜Ｎａｄとの間に上
記の式が成立するように作用する。

【００３４】したがって、スイッチＳａのオン期間に
は、各コンデンサＣａ〜Ｃｄ相互間においてエネルギー
の移転が行われる。具体的に、例えば、コンデンサＣａ
の端子間電圧Ｖｃが上記式に規定される電圧よりも高
い電圧の場合を例に挙げて説明する。各スイッチＳａが
オン状態に制御されると、コンデンサＣａの端子間電圧
Ｖｃａのみが上記式に応じた電圧よりも高電圧のた
め、コンデンサＣａのプラス側端子、巻線２ａａ、スイ
ッチＳａａおよびコンデンサＣａのマイナス側端子によ
って形成される電流導通路を電流が流れる。この際に
は、巻線２ａａにコンデンサＣａの端子間電圧Ｖｃａと
等しい値の電圧Ｖａａが発生し、他の巻線２ａｂ〜２ａ
ｄには、巻線２ａａの巻数Ｎａａとの比率に応じた値の
電圧Ｖａｂ〜Ｖａｄがそれぞれ発生する。具体的には、
巻線２ａｂには、値（電圧Ｖａａ×Ｎａｂ／Ｎａａ）の
電圧Ｖａｂが発生し、巻線２ａｃには、値（電圧Ｖａａ
×Ｎａｃ／Ｎａａ）の電圧Ｖａｃが発生し、巻線２ａｄ
には、値（電圧Ｖａａ×Ｎａｄ／Ｎａａ）の電圧Ｖａｄ
が発生する。

【００３５】この場合、各電圧Ｖａｂ〜Ｖａｄは、対応
する各端子間電圧Ｖｃｂ〜Ｖｃｄよりもそれぞれ高電圧
となる。このため、各電圧Ｖａｂ〜Ｖａｄに基づく電流
が、巻線２ａ、コンデンサＣおよびスイッチＳａによっ
て形成される電流導通路を流れ続けて各コンデンサＣｂ
〜Ｃｄをそれぞれ充電すると共に、巻線２ａに電流が流
れることによってトランス２が励磁される。次いで、各
電圧Ｖａｂ〜Ｖａｄと対応する各端子間電圧Ｖｃｂ〜Ｖ
ｃｄとが等しい電圧に達したコンデンサＣから順次充電
が停止される。なお、通常、ラインインピーダンスなど
に起因して、スイッチＳａの１回のスイッチングによっ
ては、他のコンデンサＣｂ〜Ｃｄの各端子間電圧Ｖｃｂ
〜Ｖｃｄを平均化するために十分な電流をコンデンサＣ
ａから出力させるのは困難である。したがって、スイッ
チＳａによる１回のスイッチングによっては、上記式
が必ずしも満足されない。

【００３６】次いで、スイッチング制御回路３は、各ス
イッチＳａをオフ状態に制御する。この際のスイッチン
グ休止期間Ｔ１では、各巻線２ａには、図１に示す向き
と逆向きの電圧Ｖａがそれぞれ発生し、かつ各巻線２ｂ
ａ〜２ｂｄには、同図に示す向きの電圧Ｖｂａ〜Ｖｂｄ
がそれぞれ発生する。この場合、各巻線２ａに発生した
電圧Ｖａに基づく電流は、オフ状態のスイッチＳａによ
ってその通過が阻止される。一方、各巻線２ｂａ〜２ｂ
ｄに発生した電圧Ｖｂａ〜Ｖｂｄに基づく電流は、各ス
イッチＳｂとしてのＦＥＴにそれぞれ内蔵されている寄
生ダイオードＤｂａ〜Ｄｂｄ（以下、区別しないときに
は「ダイオードＤｂ」という）を通過することにより、
各巻線２ｂの巻き終わり側端子、コンデンサＣ、寄生ダ
イオードＤｂ、および巻線２ｂの巻始め側端子によって
形成される電流導通路を流れる。これにより、電圧Ｖｂ
と比較して端子間電圧Ｖｃがより低いコンデンサＣに、
より多くの電流が流れることにより、各コンデンサＣの
各端子間電圧Ｖｃが平均化されると共にトランス２の励
磁エネルギーの一部が放出される。

【００３７】次いで、スイッチング制御回路３は、スイ
ッチング休止期間Ｔ１を経過した後に、各スイッチＳｂ
をオン状態に制御する。この際にも、コンデンサＣａ〜
Ｃｄの端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄと、巻線２ｂの巻数Ｎ
ｂａ〜Ｎｂｄとの間に下記の式が成立するように作用
する。また、この際には、巻線２ｂに電流が流れること
により、トランス２は、一時的に磁気リセットされた
後、スイッチＳａのオン期間に励磁された極性とは逆極
性に励磁される。したがって、トランス２におけるコア
の利用率が向上するため、そのコアの小型化、ひいては
トランス２の小型化を図ることができる。 Ｖｃａ：Ｖｃｂ：Ｖｃｃ：Ｖｃｄ＝Ｎｂａ：Ｎｂｂ：Ｎｂｃ：Ｎｂｄ・・式

【００３８】このスイッチＳｂのオン期間では、スイッ
チＳａのオン期間と同様にして、各コンデンサＣａ〜Ｃ
ｄ相互間において、端子間電圧Ｖｃが高いコンデンサＣ
から端子間電圧Ｖｃが低いコンデンサＣにエネルギーの
分散移転が行われる。次いで、スイッチング制御回路３
は、各スイッチＳｂをオフ状態に制御し、この際のスイ
ッチング休止期間Ｔ１では、各巻線２ｂには、図１に示
す向きと逆向きの電圧Ｖｂがそれぞれ発生し、かつ各巻
線２ａａ〜２ａｄには、同図に示す向きの電圧Ｖａａ〜
Ｖａｄがそれぞれ発生する。この場合、各巻線２ｂに発
生した電圧Ｖｂに基づく電流は、オフ状態のスイッチＳ
ｂによってその通過が阻止される。一方、各巻線２ａａ
〜２ａｄに発生した電圧Ｖａａ〜Ｖａｄに基づく電流
は、各スイッチＳａとしてのＦＥＴにそれぞれ内蔵され
ている寄生ダイオードＤａａ〜Ｄａｄ（以下、区別しな
いときには「寄生ダイオードＤａ」という）を通過する
ことにより、各巻線２ａの巻き始め側端子、コンデンサ
Ｃ、寄生ダイオードＤａ、および巻線２ａの巻終わり側
端子によって形成される電流導通路を流れる。これによ
り、電圧Ｖａと比較して端子間電圧Ｖｃがより低いコン
デンサＣに、より多くの電流が流れることにより、各コ
ンデンサＣの各端子間電圧Ｖｃが平均化されると共にト
ランス２の励磁エネルギーの一部が放出される。以後、
スイッチＳａ，Ｓｂのスイッチングが継続して交互に行
われることにより、コンデンサＣａから他のコンデンサ
Ｃｂ〜Ｃｄへのエネルギーの分散移転が行われる。この
結果、各コンデンサＣａ〜Ｃｄの各端子間電圧Ｖｃａ〜
Ｖｃｄが短時間で平均化される。

【００３９】このように、この移送装置１によれば、各
スイッチＳａのオン期間において、端子間電圧Ｖｃが高
いコンデンサＣから端子間電圧Ｖｃが低いコンデンサＣ
へのエネルギーの分散移転が行われ、かつ各スイッチＳ
ａのオフ期間においても、各スイッチＳｂがオン状態に
制御されることにより、端子間電圧Ｖｃが高いコンデン
サＣから端子間電圧Ｖｃが低いコンデンサＣへのエネル
ギーの分散移転が行われる。このため、移送装置１，４
１におけるスイッチＳａ，Ｓｂのスイッチングディーテ
ィー比をそれぞれ５０％とした場合、移送装置１では、
移送装置４１と比較して、ほぼ１／２の時間で各コンデ
ンサＣａ〜Ｃｃの端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｃを平均化す
ることができる。また、スイッチング休止期間Ｔ１を設
けたことにより、両スイッチＳａ，Ｓｂの同時オン状態
による短絡電流の発生を確実に防止することができる。
なお、スイッチＳａ，Ｓｂとしてバイポーラトランジス
タを用いる場合には、寄生ダイオードＤａ，Ｄｂと同じ
向きになるように、ダイオードをスイッチＳａ，Ｓｂに
並列接続すればよい。

【００４０】次に、請求項３記載の発明に対応する移送
装置１Ａについて、図３を参照して説明する。

【００４１】移送装置１Ａは、エネルギー蓄積手段とし
てのコンデンサＣａ〜Ｃｄが直列接続され、かつ端子間
電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄが互いに等しい場合に適用可能に構
成されている。同図に示すように、移送装置１Ａは、５
つの巻線２ａａ〜２ａｅが巻き回されたトランス２Ａを
備えている。この場合、巻線２ａａ〜２ａｅは、その巻
数Ｎａａ〜Ｎａｅが互いに等しく巻き回されている。

【００４２】この移送装置１では、トランス２Ａにおけ
る各巻線２ａａ〜２ａｄの各巻始め側端部と、その巻線
２ａに接続された各スイッチＳａの固定接点とをコンデ
ンサＣａ〜Ｃｄの両端にそれぞれ接続し、かつ巻線２ａ
ｅの巻き始め側端部をコンデンサＣｄのマイナス側端子
に接続する。

【００４３】この場合、コンデンサＣａには、本発明に
おける１番目の第１電流導通路に相当し巻線２ａａおよ
びスイッチＳａａによって形成される電流導通路と、本
発明における１番目の第２電流導通路に相当し巻線２ａ
ｂおよびスイッチＳｂａによって形成される電流導通路
とが並列接続され、コンデンサＣｂには、本発明におけ
る２番目の第１電流導通路に相当し巻線２ａｂおよびス
イッチＳａｂによって形成される電流導通路と、本発明
における２番目の第２電流導通路に相当し巻線２ａｃお
よびスイッチＳｂｂによって形成される電流導通路とが
並列接続され、コンデンサＣｃには、本発明における３
番目の第１電流導通路に相当し巻線２ａｃおよびスイッ
チＳａｃによって形成される電流導通路と、本発明にお
ける３番目の第２電流導通路に相当し巻線２ａｄおよび
スイッチＳｂｃによって形成される電流導通路とが並列
接続され、かつコンデンサＣｄには、本発明における４
番目の第１電流導通路に相当し巻線２ａｄおよびスイッ
チＳａｄによって形成される電流導通路と、本発明にお
ける４番目の第２電流導通路に相当し巻線２ａｅおよび
スイッチＳｂｄによって形成される電流導通路とが並列
接続される。

【００４４】この状態で、スイッチング制御回路３が、
まず、各スイッチＳｂをオフ状態に制御しつつ、各スイ
ッチＳａをオン状態に制御する。この際には、この移送
装置１Ａでは、コンデンサＣａ〜Ｃｄの端子間電圧Ｖｃ
ａ〜Ｖｃｄと、巻線２ａの巻数Ｎａａ〜Ｎａｄとの間に
上記の式が成立するように作用する。

【００４５】したがって、スイッチＳａのオン期間に
は、移送装置１と同様にして、各コンデンサＣａ〜Ｃｄ
相互間においてエネルギーの移転が行われる。この期間
では、例えばコンデンサＣａの端子間電圧Ｖｃａが上記
式に規定される電圧よりも高電圧のときには、各巻線
２ａａ〜２ａｅが互いに等しい巻数のため、各巻線２ａ
ａ〜２ａｅに発生する各電圧Ｖａａ〜Ｖａｅ（図３参
照）は、コンデンサＣａの端子間電圧Ｖｃａと等しく、
かつ他のコンデンサＣｂ〜Ｃｄの端子間電圧Ｖｃよりも
高い電圧となる。このため、各電圧Ｖａｂ〜Ｖａｄに基
づく電流が、巻線２ａ、コンデンサＣおよびスイッチＳ
ａから形成される電流導通路を流れ続けて各コンデンサ
Ｃｂ〜Ｃｄをそれぞれ充電する。この結果、コンデンサ
Ｃａから他のコンデンサＣｂ〜Ｃｄへのエネルギーの分
散移転が行われることにより、各コンデンサＣａ〜Ｃｄ
の各端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄが平均化される。この際
にも、巻線２ａに電流が流れることによって、トランス
２が励磁される。

【００４６】次いで、スイッチング制御回路３は、各ス
イッチＳａをオフ状態に制御する。この際のスイッチン
グ休止期間Ｔ１でも、各巻線２ａには、図３に示す向き
と逆向きの電圧Ｖａがそれぞれ発生する。この場合、各
巻線２ａに発生した電圧Ｖａに基づく電流は、オフ状態
のスイッチＳａによってその通過が阻止されるため、各
スイッチＳｂにそれぞれ内蔵されている寄生ダイオード
Ｄａを通過することにより、各巻線２ｂの巻き終わり側
端子、寄生ダイオードＤｂ、コンデンサＣ、および巻線
２ｂの巻始め側端子によって形成される電流導通路を流
れる。具体的には、例えば、電圧Ｖａｃに基づく電流
は、巻線２ａｃの巻き終わり側端子、スイッチＳｂｂの
ダイオードＤｂｂ、コンデンサＣｂ、および巻線２ａｃ
の巻き始め側端子によって形成される電流導通路を流れ
る。これにより、電圧Ｖａと比較して端子間電圧Ｖｃが
より低いコンデンサＣに、より多くの電流が流れること
によって各コンデンサＣの各端子間電圧Ｖｃが平均化さ
れると共にトランス２の励磁エネルギーの一部が放出さ
れる。なお、この際には、電圧Ｖａａに基づく電流は、
スイッチＳａａによってその通過が阻止され、その代わ
りに、電圧Ｖａｅに基づく電流が、巻線２ａｅの巻き終
わり側端子、スイッチＳｂｄのダイオードＤｂｄ、コン
デンサＣｄ、および巻線２ａｅの巻き始め側端子によっ
て形成される電流導通路を流れる。

【００４７】次いで、スイッチング制御回路３は、スイ
ッチング休止期間Ｔ１を経過した後に、各スイッチＳｂ
をオン状態に制御する。この際にも、コンデンサＣａ〜
Ｃｄの端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄと、巻線２ａｂ〜２ａ
ｅの巻数Ｎａｂ〜Ｎａｅとの間に下記の式が成立する
ように作用する。また、この際には、スイッチＳｂを電
流が流れることにより、トランス２は、一時的に磁気リ
セットされた後、スイッチＳａのオン期間に励磁された
極性とは逆極性に励磁される。したがって、この移送装
置１Ａでも、トランス２Ａにおけるコアの利用率が向上
するため、トランス２Ａの小型化を図ることができる。 Ｖｃａ：Ｖｃｂ：Ｖｃｃ：Ｖｃｄ＝Ｎａｂ：Ｎａｃ：Ｎａｄ：Ｎａｅ・・式

【００４８】スイッチＳｂのオン期間では、スイッチＳ
ａのオン期間と同様にして、例えばコンデンサＣａの端
子間電圧Ｖｃａが上記式に規定される電圧よりも高電
圧のときには、各巻線２ａａ〜２ａｅが互いに等しい巻
数のため、各巻線２ａａ〜２ａｅに発生する各電圧Ｖｂ
ａ〜Ｖｂｅ（図３参照）は、コンデンサＣａの端子間電
圧Ｖｃａと等しく、かつ他のコンデンサＣｂ〜Ｃｄの端
子間電圧Ｖｃよりも高い電圧となる。このため、各電圧
Ｖｂｃ〜Ｖｂｅに基づく電流が、巻線２ａ、スイッチＳ
ｂおよびコンデンサＣから形成される電流導通路を流れ
続けて各コンデンサＣｂ〜Ｃｄをそれぞれ充電する。具
体的には、例えば、電圧Ｖｂｃに基づく電流は、巻線２
ａｃの巻き終わり側端子、スイッチＳｂｂ、コンデンサ
Ｃｂ、および巻線２ａｃの巻き始め側端子によって形成
される電流導通路を流れる。この結果、コンデンサＣａ
から他のコンデンサＣｂ〜Ｃｄへのエネルギーの分散移
転が行われることにより、各コンデンサＣａ〜Ｃｄの各
端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄが同一電圧に平均化される。

【００４９】次いで、スイッチング制御回路３は、各ス
イッチＳｂをオフ状態に制御する。この際のスイッチン
グ休止期間Ｔ１では、各巻線２ａには、図３に示す向き
と逆向きの電圧Ｖｂａ〜Ｖｂｅがそれぞれ発生する。こ
の場合、各巻線２ａに発生した電圧Ｖｂに基づく電流
は、各スイッチＳａにそれぞれ内蔵されている寄生ダイ
オードＤａを通過することにより、各巻線２ａの巻き始
め側端子、コンデンサＣ、寄生ダイオードＤａ、および
巻線２ａの巻終わり側端子によって形成される電流導通
路を流れる。これにより、電圧Ｖｂと比較して端子間電
圧Ｖｃがより低いコンデンサＣに、より多くの電流が流
れることによって各コンデンサＣの各端子間電圧Ｖｃが
平均化されると共にトランス２の励磁エネルギーの一部
が放出される。以後、スイッチＳａ，Ｓｂのスイッチン
グが継続して交互に行われることにより、各コンデンサ
Ｃａ〜Ｃｄの各端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄが短時間で同
一電圧に平均化される。

【００５０】このように、この移送装置１Ａでも、各ス
イッチＳａのオン期間において、端子間電圧Ｖｃが高い
コンデンサＣから端子間電圧Ｖｃが低いコンデンサＣへ
のエネルギーの分散移転が行われ、かつ各スイッチＳａ
のオフ期間においても、各スイッチＳｂがオン状態に制
御されることにより、端子間電圧Ｖｃが高いコンデンサ
Ｃから端子間電圧Ｖｃが低いコンデンサＣへのエネルギ
ーの分散移転が行われる。したがって、各コンデンサＣ
ａ〜Ｃｄの端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄを短時間で同一電
圧に平均化することができる。また、この移送装置１Ａ
では、巻線数がコンデンサＣの数よりも１つだけ多いト
ランス２Ａを用いることにより、コンデンサＣの数の２
倍の巻線２ａ，２ｂを有する移送装置１のトランス２と
比較して、トランス２Ａを小型化することができる。

【００５１】なお、本発明は、上記した移送装置１，１
Ａの構成に限定されない。例えば、図４に示す移送装置
１Ｂのように、請求項１記載の発明における第１巻線を
トランス４Ａに巻き回し、同発明における第２巻線をト
ランス４Ａとは別個のトランス４Ｂに巻き回すこともで
きる。この移送装置１Ｂでは、スイッチＳａおよび巻線
２ａによって形成される各電流導通路が本発明における
第１電流導通路に相当し、スイッチＳｂおよび巻線２ｂ
によって形成される各電流導通路が本発明における第２
電流導通路に相当する。なお、同図では、リーケージイ
ンダクタンスがない理想的なトランス４Ａ，４Ｂを用い
た場合の原理図を示している。この移送装置１Ｂでは、
スイッチング制御回路３が、スイッチＳｂのオフ期間に
スイッチＳａをオン状態に制御し、かつスイッチＳａの
オフ期間にスイッチＳｂをオン状態に制御する。したが
って、この移送装置１Ｂでも、各コンデンサＣａ〜Ｃｃ
の端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｃを短時間で平均化すること
ができる。

【００５２】また、現実的なトランスを用いた移送装置
１Ｃの回路図を図５に示す。この移送装置１Ｃは、原理
的には、移送装置４１におけるトランス２の各巻線２
ａ，２ｂを３対それぞれ巻き回したトランス５を２つ用
いている。この移送装置１Ｃでも、移送装置１Ｂと同様
にして、スイッチング制御回路３が、スイッチＳｂのオ
フ期間にスイッチＳａをオン状態に制御し、かつスイッ
チＳａのオフ期間にスイッチＳｂをオン状態に制御す
る。したがって、この移送装置１Ｃでも、各コンデンサ
Ｃａ〜Ｃｃの端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｃを短時間で平均
化することができる。なお、各ダイオード６ａａ〜６ａ
ｃに代えてＦＥＴやバイポーラトランジスタを用いるこ
とにより、エネルギー移送時の電力損失を十分に小さく
することができる。

【００５３】次に、移送装置１Ａを充電装置に適用した
実施の形態について、図６を参照して説明する。

【００５４】充電装置１１は、エネルギー蓄積手段とし
ての直列接続されたコンデンサＣａ〜Ｃｄ（二次電池
や、コンデンサと二次電池とが混在する複合品であって
もよい）を充電すると共に、装置外部に接続された負荷
ＬにコンデンサＣａ〜Ｃｄの蓄積エネルギーを供給可能
に構成されている。以下、各コンデンサＣａ〜Ｃｄの端
子間電圧Ｖｃを同電圧に維持しつつ充電または放電させ
る例について説明する。

【００５５】充電装置１１は、電気二重層型のコンデン
サＣａ〜Ｃｄ、充電器１２、スイッチＳ１１、および上
記した移送装置１Ａを備えて構成されている。この場
合、移送装置１Ａ内の各スイッチＳａ〜Ｓｄは、スイッ
チＳ１１の切替制御に連動制御され、充電器１２による
コンデンサＣに対する充電時、またはコンデンサＣから
負荷Ｌへの放電時にのみ互いに同期してスイッチング制
御され、充電または放電を行わないときにはオフ状態に
制御される。さらに、スイッチＳ１１は、充電時には、
可動接点が充電端子に切替制御され、放電時には、放電
端子に切替制御され、かつ非充電時および非放電時に
は、停止端子に切替制御される。また、充電器１２は、
４つのコンデンサＣａ〜Ｃｄを充電するのに十分な電圧
を出力可能に構成されている。

【００５６】この充電装置１１では、充電時には、各コ
ンデンサＣａ〜Ｃｄは、充電器１２の出力電流がスイッ
チＳ１１を介して供給されることにより継続して充電さ
れる。一方、各スイッチＳａがオン状態に制御された際
には、端子間電圧Ｖｃが最も高い電圧のコンデンサＣの
蓄積エネルギーに基づく電流が、そのコンデンサＣのプ
ラス側端子、巻線２ａ、スイッチＳａ、およびそのコン
デンサＣのマイナス側端子からなる電流導通路を流れ
る。これにより、他のコンデンサＣの端子間電圧が同一
電圧となるように平均化されると共にトランス２Ａが励
磁される。次いで、各スイッチＳａがオフ状態に制御さ
れた後にスイッチング休止期間Ｔ１を経過した時点で、
各スイッチｂがオン状態に制御される。この際には、端
子間電圧Ｖｃが最も高い電圧のコンデンサＣの蓄積エネ
ルギーに基づく電流が、そのコンデンサＣのプラス側端
子、スイッチＳｂ、巻線２ｂ、およびそのコンデンサＣ
のマイナス側端子からなる電流導通路を流れる。これに
より、他のコンデンサＣの端子間電圧が同一電圧となる
ように平均化されると共にトランス２ＡがスイッチＳａ
のオン期間に励磁された極性とは逆極性に励磁される。
次いで、スイッチＳａ，Ｓｂが交互にオン状態に制御さ
れることにより、各コンデンサＣは同一電圧に平均化さ
れる。

【００５７】一方、スイッチＳ１１が放電端子に切り替
えられると、各コンデンサＣａ〜Ｃｄは、負荷Ｌに電流
を供給することによって放電する。この際に、各スイッ
チＳａ，Ｓｂが継続して交互にオン状態に制御されるこ
とにより、各コンデンサＣの端子間電圧Ｖｃの平均化が
継続して行われる。したがって、各コンデンサＣａ〜Ｃ
ｄは、各スイッチＳａ，Ｓｂが継続してスイッチング制
御されている限り、その端子間電圧Ｖｃが平均化され
る。この結果、各コンデンサＣａ〜Ｃｄから最大限の電
気エネルギーを効率的に放出させることができる。

【００５８】次に、移送装置１Ａを電源装置に内蔵させ
た実施の形態について、図７を参照して説明する。

【００５９】最初に、電源装置に移送装置１Ａを内蔵さ
せる目的について説明する。従来、スイッチング電源装
置では、１つのスイッチング回路によって生成された直
流電圧に基づいて、電圧値や出力電流値が異なる複数の
電源出力を生成するときには、そのスイッチング回路に
おける出力側の平滑用コンデンサに別のスイッチング回
路をさらに接続することによって、その複数の電源出力
を生成している。ところが、別のスイッチング回路とし
てフォワードタイプやフライバックタイプのスイッチン
グ回路を用いた場合、電源装置全体としての回路構成が
複雑になる点や出力安定度が悪い点に問題がある。ま
た、シングルのフォワードタイプでは、メインスイッチ
ング素子がオン状態に制御されているときにのみスイッ
チング用のトランスの二次巻線に電流が流れ、逆にフラ
イバックタイプでは、メインスイッチング素子がオフ状
態に制御されているときにのみスイッチング用のトラン
スの二次巻線に電流が流れている。したがって、両タイ
プのスイッチング回路には、トランスの二次巻線の利用
率が悪いため、出力リップル電圧が大きい点、およびピ
ーク電流が大きいという点に問題がある。さらに、複数
の電源出力に対応させて別のスイッチング回路を複数配
設した場合、周波数が異なる複数のスイッチングノイズ
が発生する結果、ノイズ同士のビートが発生する点や、
ＥＭＩノイズを低下させるのが極めて困難となるという
点にも問題がある。

【００６０】これらの点を解決する電源装置として、図
７に示す電源装置２１は、スイッチング回路２２、コン
デンサＣａ〜Ｃｄ，Ｃ１〜Ｃ４、および移送装置１を備
えて構成されている。この場合、スイッチング回路２２
は、交流入力を直流電圧に整流平滑すると共に、その直
流電圧をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御に従っ
てスイッチングすることにより、コンデンサＣａの両端
電圧を所定電圧に安定化する。また、コンデンサＣａ〜
Ｃｄは、電気二重層コンデンサで構成され、電源装置２
１の出力部側に配設されて平滑用コンデンサとして機能
し、生成された直流電圧を平滑してリップル成分を低減
させる。一方、コンデンサＣ１〜Ｃ４の各々は、高周波
損失の少ない電解コンデンサであって、急激な過負荷状
態への変動の際には、コンデンサＣａ〜Ｃｄに代わって
負荷に電力をそれぞれ瞬時に供給する。

【００６１】この電源装置２１では、移送装置１内の各
スイッチＳａ，Ｓｂを交互にスイッチング制御すること
により、コンデンサＣａの蓄積エネルギーを他のコンデ
ンサＣｂ〜Ｃｄに分配する。したがって、コンデンサＣ
ａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄの各両端電圧を、電圧値や出力電
流値が異なる複数の出力電圧Ｖｏａ，Ｖｏｂ，Ｖｏｃ，
Ｖｏｄとして容易に生成することができる。この際に、
出力電圧Ｖｏａがスイッチング回路２２によって所定電
圧に安定化制御されているため、他の出力電圧Ｖｏｂ〜
Ｖｏｄも自動的に安定化される。また、移送装置１内の
各巻線２ａ〜２ｄが互いに絶縁されているため、各出力
電圧Ｖｏａ〜Ｖｏｄを互いに絶縁することもできる。な
お、この電源装置２１における移送装置１の詳細な動作
については、上述した機能と同一のため、その説明を省
略する。

【００６２】この電源装置２１では、移送装置１内の各
スイッチＳａがオン状態に制御されているときには、ト
ランス２の各巻線２ａを介してコンデンサＣａの蓄積エ
ネルギーが各コンデンサＣｂ〜Ｃｄに分配され、各スイ
ッチＳｂオン状態に制御されているときには、トランス
２の各巻線２ｂを介してコンデンサＣａの蓄積エネルギ
ーが各コンデンサＣｂ〜Ｃｄに分配される。したがっ
て、スイッチＳａ，Ｓｂのオン状態制御時の両時におい
て、トランス２の巻線２ａ，２ｂを電流が流れることに
なる。この結果、トランス２の巻線２ａ，２ｂの利用率
が極めて高くなると共にその際のピーク電流値を抑制す
ることができる。これにより、回路部品の小型化を図る
ことができると共に、出力リップル電圧を十分に小さく
することができる。

【００６３】さらに、スイッチングノイズについても、
この電源装置２１では、各スイッチＳａ，Ｓｂがそれぞ
れ同期してスイッチング制御されるため、ノイズ同士の
ビートの発生が少なく、ＥＭＩノイズを十分に低下させ
るのが容易となる。

【００６４】一方、図８に示すように、移送装置１Ａを
適用して電源装置３１を構成することもできる。

【００６５】この電源装置３１は、出力電圧Ｖｏａ，Ｖ
ｏｂ相互間で絶縁の必要性がなく、かつ、各出力電圧Ｖ
ｏａ，ＶｏｂをコンデンサＣａの端子間電圧の整数倍に
規定する場合に適用可能に構成されている。具体的に
は、電源装置３１は、スイッチング回路２２、移送装置
１ＡおよびコンデンサＣａ〜Ｃｄ，Ｃ１，Ｃ２を備えて
構成されている。

【００６６】この電源装置３１では、スイッチング回路
２２が、直列接続されたコンデンサＣａ〜Ｃｄ全体の両
端電圧を一定電圧に安定化して出力電圧Ｖｏａを生成す
る。この状態において、移送装置１内の各スイッチＳ
ａ，Ｓｂを交互にスイッチング制御することにより、コ
ンデンサＣａ〜Ｃｄの各端子間電圧が平均化される。し
たがって、コンデンサＣｃ，Ｃｄの両端電圧が、各コン
デンサＣの端子間電圧の２倍の電圧に自動的に安定化さ
れた出力電圧Ｖｏｂとして生成される。なお、この際に
おける移送装置１Ａの動作についても、上述した機能と
同一のため、その説明を省略する。

【００６７】なお、本発明は、上記した発明の実施の形
態に限定されず、その構成を適宜変更することができ
る。例えば、移送装置１において、各コンデンサＣａ〜
Ｃｄの端子間電圧Ｖｃａ〜Ｖｃｄが互いに異なる電圧の
例について説明したが、同一電圧の場合には、上記した
ように、トランス２の各巻線２ａ，２ｂを同一巻数で巻
き回すことができる。

【００６８】また、移送装置１Ｂ，１Ｃでは、必ずし
も、各スイッチＳａ，Ｓｂのオン期間を重ならないよう
にスイッチング制御する必要はなく、各スイッチＳｂの
オン期間の少なくとも一部がスイッチＳａのオフ期間内
に含まれるように制御することができる。つまり、スイ
ッチＳｂのオン期間とスイッチＳａのオン期間とが完全
に重なり合わないように両スイッチＳａ，Ｓｂをスイッ
チング制御することができ、この場合にも、移送装置４
１と比較して、コンデンサＣの端子間電圧Ｖｃの平均化
処理を迅速に行うことができる。ただし、本発明の実施
の形態で示した方式でスイッチング制御するのが平均化
に要する時間を最も短縮することができる。

【００６９】さらに、本発明の実施の形態では、エネル
ギー蓄積手段として、電気二重層コンデンサを例に挙げ
て説明したが、これに限らず、各種の大容量コンデン
サ、各種の二次電池を用いることもできる。

【００７０】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載のエネルギ
ー移送装置によれば、Ｎ個の第１電流導通路における第
１スイッチ手段の各々を互いに同期させてスイッチング
制御し、かつＮ個の第２電流導通路における第２スイッ
チ手段の各々を第１スイッチ手段のオフ期間に互いに同
期させてオン状態にスイッチング制御することにより、
コストアップを抑えつつ、各エネルギー蓄積手段の端子
間電圧を短時間で平均化することができる。

【００７１】また、請求項２記載のエネルギー移送装置
によれば、Ｎ個の第１巻線およびＮ個の第２巻線を同一
のトランスにそれぞれ巻き回したことにより、第１スイ
ッチ手段のスイッチング、および第２スイッチ手段のス
イッチングによってトランスに対して両極性の励磁を可
能にＮ個のエネルギー蓄積手段の各々にＮ個の第１電流
導通路およびＮ個の第２電流導通路をそれぞれ接続した
場合、複数のエネルギー蓄積手段が互いに絶縁され、か
つその端子間電圧が相違するときであっても、複数のエ
ネルギー蓄積手段相互間でのエネルギーの分散移送を短
時間で平均化することができる。

【００７２】さらに、請求項３記載のエネルギー移送装
置によれば、１番目からＮ番目の第１電流導通路におけ
る各第１スイッチ手段に対して第１巻線として接続され
るＮ個の巻線、およびＮ番目の第２電流導通路における
第２スイッチ手段に対して第２巻線として接続される１
つの巻線を互いに等しい巻数で同一のトランスにそれぞ
れ巻き回したことにより、複数のエネルギー蓄積手段が
互いに等しい端子間電圧であって非絶縁状態で直列接続
されているときには、コストをさらに低減しつつ、複数
のエネルギー蓄積手段相互間でのエネルギーの分散移送
を短時間で平均化することができる。

【００７３】また、請求項４記載のエネルギー移送装置
によれば、第１スイッチ手段のオン期間と、第２スイッ
チ手段のオン期間との間に、スイッチング休止期間を設
けることにより、第１スイッチ手段および第２スイッチ
手段の同時オン状態による短絡電流の発生を確実に防止
することができる。

【００７４】また、請求項５記載のエネルギー移送装置
によれば、第１スイッチ手段と第２スイッチ手段のオン
期間とが互いに同一の時間長に規定されているため、同
一のエネルギー蓄積手段に接続される第１巻線および第
２巻線の巻数を互いに等しく形成することができる結
果、巻線製造作業効率が向上し、これにより、巻線製造
コストを低減することができる。

【００７５】さらに、請求項６記載のエネルギー移送装
置によれば、エネルギー蓄積手段をコンデンサまたは二
次電池で構成したことにより、例えば、蓄電システムな
どにおいて、コンデンサや二次電池の両端電圧を平均化
することができるため、効率よく充放電させることがで
きる。

【００７６】また、請求項７記載の充電装置によれば、
Ｎ個の充電対象体の各々の両端に第１電流導通路および
第２電流導通路をそれぞれ並列接続可能に構成したこと
により、例えば、蓄電システムなどにおいて、コンデン
サや二次電池などの充電対象体の各々の両端電圧を平均
化することができるため、充電対象体に効率よくエネル
ギーを蓄積させることができる。

【００７７】また、請求項８記載の充電装置によれば、
所定の１つのエネルギー蓄積手段の蓄積エネルギーを他
のエネルギー蓄積手段に分配することにより、電圧値や
出力電流値が異なる複数の電源出力を容易に生成するこ
とができる。また、巻線の利用率を高くすることができ
るため、エネルギー分配の際のピーク電流値を抑制する
ことができる結果、回路部品の小型化を図ることができ
ると共に、出力リップル電圧を十分に小さくすることが
できる。さらに、スイッチングノイズについても、第１
および第２スイッチ手段を同期してスイッチング制御す
るため、ノイズ同士のビートの発生を低減しつつ、ＥＭ
Ｉノイズを十分に低下させることができる。

【００７８】また、請求項９記載の電源装置によれば、
Ｎ個のエネルギー蓄積手段のいずれか１つの端子間電圧
を所定電圧に安定化制御することにより、電圧値や出力
電流値が異なり、かつ安定化された複数の電源出力を容
易に生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る移送装置１の回路図
である。

【図２】本発明の実施の形態に係る移送装置１における
制御信号Ｓｓａ，Ｓｓｂの電圧波形図である。

【図３】本発明の他の実施の形態に係る移送装置１Ａの
回路図である。

【図４】本発明の他の実施の形態に係る移送装置１Ｂの
回路図である。

【図５】本発明のさらに他の実施の形態に係る移送装置
１Ｃの回路図である。

【図６】本発明の実施の形態に係る充電装置１１の回路
図である。

【図７】本発明の実施の形態に係る電源装置２１の回路
図である。

【図８】本発明の実施の形態に係る電源装置３１の回路
図である。

【図９】出願人が既に提案している移送装置４１の回路
図である。

【図１０】出願人が既に提案している移送装置５１の回
路図である。

【符号の説明】

１，１Ａ〜１Ｃ 移送装置 ２，２Ａ，４Ａ，４Ｂ，５ トランス ２ａａ〜２ａｄ，２ｂａ〜２ｂｄ 巻線 ３ スイッチング制御回路 １１ 充電装置 ２１，３１ 電源装置 Ｃａ〜Ｃｄ コンデンサ Ｓａａ〜Ｓａｄ，Ｓｂａ〜Ｓｂｄ スイッチ Ｓｓａ，Ｓｓｂ 制御信号 Ｔ１ スイッチング休止期間

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−228421（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−106363（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−106364（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−204265（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−196071（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−321860（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−27772（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−159755（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−78537（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−78548（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−261451（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−261546（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−322516（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−52042（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−84627（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−103534（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−103535（ＪＰ，Ａ) 特開2000−308271（ＪＰ，Ａ) 米国特許5594320（ＵＳ，Ａ) 米国特許5666041（ＵＳ，Ａ) 米国特許5767660（ＵＳ，Ａ) 米国特許5821729（ＵＳ，Ａ) 米国特許5956241（ＵＳ，Ａ) 国際公開98／42065（ＷＯ，Ａ１) 欧州特許出願公開432639（ＥＰ，Ａ ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 30/02 H01M 2/00 - 2/08 H01M 10/42 - 10/48 H02J 1/00 - 1/16 H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36 H02J 15/00 H02M 3/24 - 3/338

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも第１巻線および第１スイッチ
   手段を直列接続してなる第１電流導通路をＮ個（Ｎは自
   然数）有すると共に当該１番目からＮ番目の第１電流導
   通路を１番目からＮ番目のエネルギー蓄積手段にそれぞ
   れ並列接続可能に構成され、前記Ｎ個の第１巻線の各々
   が互いに磁気結合され、前記Ｎ個の第１スイッチ手段の
   各々が互いに同期してそれぞれスイッチング制御される
   エネルギー移送装置であって、 少なくとも第２巻線および第２スイッチ手段を直列接続
   してなる第２電流導通路をＮ個有すると共に当該１番目
   からＮ番目の第２電流導通路を前記１番目からＮ番目の
   エネルギー蓄積手段にそれぞれ並列接続可能に構成さ
   れ、 当該１番目からＮ番目の第２電流導通路における前記各
   第２巻線は、互いに磁気結合されると共に、各々に対応
   する前記１番目からＮ番目の第１電流導通路における前
   記各第１巻線の巻数に対する巻数比がそれぞれ互いに等
   しく規定され、 前記Ｎ個の第２スイッチ手段の各々は、互いに同期し、
   かつ前記第１スイッチ手段のオフ期間にオン状態にスイ
   ッチング制御されることを特徴とするエネルギー移送装
   置。
2. 【請求項２】 前記Ｎ個の第１巻線および前記Ｎ個の第
   ２巻線は、同一のトランスにそれぞれ巻き回され、 前記Ｎ個の第１電流導通路および前記Ｎ個の第２電流導
   通路は、前記第１スイッチ手段のスイッチング、および
   前記第２スイッチ手段のスイッチングによって前記トラ
   ンスに対して両極性の励磁を可能に前記Ｎ個のエネルギ
   ー蓄積手段にそれぞれ接続されることを特徴とする請求
   項１記載のエネルギー移送装置。
3. 【請求項３】 前記１番目からＮ番目の第１電流導通路
   における前記各第１スイッチ手段に対して前記第１巻線
   として接続されるＮ個の巻線と、前記Ｎ番目の第２電流
   導通路における前記第２スイッチ手段に対して前記第２
   巻線として接続される１つの巻線とは、互いに等しい巻
   数で同一のトランスにそれぞれ巻き回され、 前記Ｎ個の第２電流導通路における前記各第２スイッチ
   手段は、そのスイッチングおよび前記第１のスイッチ手
   段のスイッチングによって前記トランスに対して両極性
   の励磁を可能に、当該１番目から（Ｎ−１）番目の第２
   電流導通路における当該各第２スイッチ手段が前記２番
   目からＮ番目の第１電流導通路における前記各第１巻線
   にそれぞれ接続され、かつ当該Ｎ番目の第２電流導通路
   における当該第２スイッチ手段が前記１つの巻線に接続
   されていることを特徴とする請求項１記載のエネルギー
   移送装置。
4. 【請求項４】 前記第１スイッチ手段のオン期間と、前
   記第２スイッチ手段のオン期間との間に、当該両スイッ
   チ手段が共にオフ状態となるスイッチング休止期間が設
   けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれ
   かに記載のエネルギー移送装置。
5. 【請求項５】 前記第１スイッチ手段と前記第２スイッ
   チ手段のオン期間とが互いに同一の時間長に規定されて
   いることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載
   のエネルギー移送装置。
6. 【請求項６】 前記エネルギー蓄積手段は、コンデンサ
   および二次電池のいずれかであることを特徴とする請求
   項１から５のいずれかに記載のエネルギー移送装置。
7. 【請求項７】 請求項１から６のいずれかに記載のエネ
   ルギー移送装置を備え、前記エネルギー蓄積手段として
   のＮ個の充電対象体の各々の両端に前記第１電流導通路
   および前記第２電流導通路をそれぞれ並列接続可能に構
   成されていることを特徴とする充電装置。
8. 【請求項８】 請求項１から６のいずれかに記載のエネ
   ルギー移送装置を備え、前記Ｎ個のエネルギー蓄積手段
   は、出力部側に配設されたコンデンサおよび二次電池の
   いずれかでそれぞれ構成されると共に所定の１つまたは
   複数の当該エネルギー蓄積手段の蓄積エネルギーが他の
   当該エネルギー蓄積手段に対して分配可能に構成されて
   いることを特徴とする電源装置。
9. 【請求項９】 前記Ｎ個のエネルギー蓄積手段のいずれ
   か１つの端子間電圧が所定電圧に安定化制御されている
   ことを特徴とする請求項８記載の電源装置。