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公開番号2024166858
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-29
出願番号2023083244
出願日2023-05-19
発明の名称電力変換装置および電力変換器
出願人株式会社豊田中央研究所,トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人YKI国際特許事務所
主分類H02M 3/28 20060101AFI20241122BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】本発明の目的は、それぞれが巻線を備える複数のコネクタによってトランスを構成した電力変換装置について、互いに離脱した各コネクタから発せられるノイズ電磁波を抑制することである。
【解決手段】第2コネクタ34は、1次巻線L₁と信号用1次巻線L_s1とを備える第1コネクタ14に結合する。第2コネクタ34は、1次巻線L₁に結合する2次巻線L₂と、信号用1次巻線L_s1に結合する信号用2次巻線L_s2とを備えている。第2スイッチング回路32は2次巻線L₂に接続されている。第2コントローラ36は、信号用1次巻線L_s1および信号用2次巻線L_s2を介して取得される同期信号に基づくタイミングで、第2スイッチング回路32をスイッチングし、同期信号の大きさに基づいて、第1コネクタ14と第2コネクタ34との間のコネクタ間距離を測定する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
１次巻線および信号用１次巻線を備える第１コネクタと、
前記１次巻線に結合する２次巻線、および前記信号用１次巻線に結合する信号用２次巻線を備える第２コネクタと、
前記１次巻線に接続された第１スイッチング回路と、
前記２次巻線に接続された第２スイッチング回路と、
前記信号用１次巻線に接続され、前記第１スイッチング回路をスイッチングする第１コントローラと、
前記信号用２次巻線に接続され、前記第２スイッチング回路をスイッチングする第２コントローラと、を備え、
前記第１コントローラは、前記信号用１次巻線および前記信号用２次巻線を介して、同期信号を前記第２コントローラに送信し、
前記第２コントローラは、
前記同期信号に基づいて、前記第１スイッチング回路のスイッチングに同期させて、前記第２スイッチング回路をスイッチングし、
前記同期信号の大きさに基づいて、前記第１コネクタと前記第２コネクタとの間のコネクタ間距離を測定することを特徴とする電力変換装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第１コントローラに接続される第１通信部と、
前記第２コントローラに接続され、前記第１通信部との間で無線通信をする第２通信部と、を備え、
前記第２コントローラは、前記第１通信部および前記第２通信部との間の無線通信を介して、前記コネクタ間距離を前記第１コントローラに送信し、
前記第１コントローラおよび前記第２コントローラは、
前記コネクタ間距離に応じて、それぞれ、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スイッチング状態を制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
１次巻線と、信号用１次巻線とを備える第１コネクタに結合する第２コネクタであって、前記１次巻線に結合する２次巻線と、前記信号用１次巻線に結合する信号用２次巻線とを備える第２コネクタと、
前記２次巻線に接続されたスイッチング回路と、
前記信号用２次巻線に接続され前記スイッチング回路をスイッチングするコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記信号用１次巻線および前記信号用２次巻線を介して取得される同期信号に基づくタイミングで、前記スイッチング回路をスイッチングし、
前記同期信号の大きさに基づいて、前記第１コネクタと前記第２コネクタとの間のコネクタ間距離を測定することを特徴とする電力変換器。
【請求項４】
請求項３に記載の電力変換器であって、
前記コントローラは、
前記コネクタ間距離に応じて、前記スイッチング回路のスイッチング状態を制御することを特徴とする電力変換器。
【請求項５】
請求項４に記載の電力変換器であって、
前記コントローラは、
前記コネクタ間距離に応じて、前記２次巻線に印加される電圧または前記２次巻線に流れる電流を調整することを特徴とする電力変換器。
【請求項６】
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換器であって、
前記コントローラは、
前記スイッチング回路における電圧または電流を表す物理量と目標値との差異に基づき求められた制御値の大きさが、所定の閾値を超えた場合には、前記スイッチング回路のスイッチングを停止することを特徴とする電力変換器。
【請求項７】
２次巻線と、信号用２次巻線とを備える第２コネクタに結合する第１コネクタであって、前記２次巻線に結合する１次巻線と、前記信号用２次巻線に結合する信号用１次巻線とを備える第１コネクタと、
前記１次巻線に接続されたスイッチング回路と、
前記信号用１次巻線に接続され前記スイッチング回路をスイッチングするコントローラと、
前記コントローラに接続される通信部と、を備え、
前記コントローラは、
前記スイッチング回路のスイッチングタイミングを示す同期信号を前記信号用１次巻線に出力し、
前記通信部を介して取得され、前記第１コネクタと前記第２コネクタとの間の距離を示すコネクタ間距離であって、前記第２コネクタを備える第２電力変換器から送信されたコネクタ間距離を取得し、
前記コネクタ間距離に応じて、前記スイッチング回路のスイッチング状態を制御することを特徴とする電力変換器。
【請求項８】
請求項７に記載の電力変換器であって、
前記コントローラは、
前記コネクタ間距離に応じて、前記１次巻線に印加される電圧または前記１次巻線に流れる電流を調整することを特徴とする電力変換器。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の電力変換器であって、
前記コントローラは、
前記第２電力変換器から送信され、前記通信部を介して取得された制御値であって、前記第２電力変換器における電圧または電流を表す物理量と目標値との差異に基づき求められた制御値の大きさが所定の閾値を超えた場合には、前記スイッチング回路のスイッチングを停止することを特徴とする電力変換器。
【請求項１０】
請求項３または請求項７に記載の電力変換器であって、
前記コントローラは、
前記コネクタ間距離が所定の距離閾値以上となったときは、前記スイッチング回路のスイッチングを停止することを特徴とする電力変換器。

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電力変換器に関し、特に、スイッチング回路を備える装置および機器に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
２つのスイッチング回路をトランスによって結合した電力変換装置が広く用いられている。２次側のスイッチング回路には、例えば、電気自動車に搭載される電気回路が接続され、１次側のスイッチング回路には、例えば、商用電源が接続される。１次側のスイッチング回路と２次側のスイッチング回路とがトランスによって電気的に絶縁されているので、高出力電圧のバッテリが搭載されている場合であっても、商用電源の取り扱いが容易になる。
【０００３】
このような電力変換装置には、以下の特許文献１、非特許文献１および２に示されているように、１次側のスイッチング回路をスイッチングする位相と、２次側のスイッチング回路をスイッチングする位相との差異に応じて、１次側から２次側に伝送される電力が定まるものがある。
【０００４】
また、トランスの１次巻線が設けられた第１スイッチング回路と、トランスの２次巻線が設けられた第２スイッチング回路とを個別に構成し、１次巻線を備える第１コネクタと、２次巻線を備える第２コネクタとを着脱自在としたものもある。この構成では、第１コネクタと第２コネクタとが結合することでトランスが構成され、第１スイッチング回路と第２スイッチング回路との間で電力伝送が行われる。特許文献２～４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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２２－１６００９３号公報
米国特許５３４１０８３号明細書
米国特許公開公報２０１７／１７９７６５号明細書
特開２０２１－２７２８１号公報
【非特許文献】
【０００６】
日下佳祐, 伊東淳一, Dual Active Bridge Converter動作を応用した非共振形非接触給電システムの基礎検証, 電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌）, 2016, 136 巻, 2 号, p. 189-197
K. Ishikawa, M. Ishigaki, K. Tahara, M. Kusakabe and T. Sugiyama, "Time Synchronization and an Encoded Wireless Gate-signal Transfer Method for a High-power and Bi-directional Contactless Power Transfer System for Vehicle-to-Grid Applications," 2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2019, pp. 6768-6774
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
第１コネクタと第２コネクタによってトランスを構成した電力変換装置では、第１コネクタと第２コネクタとが離れた状態にある場合、第１スイッチング回路または第２スイッチング回路に過大な電圧が現れたり、過大な電流が流れたりすることがある。また、１次巻線または２次巻線からノイズ電磁波が放射されることがある。
【０００８】
本発明の目的は、それぞれが巻線を備える複数のコネクタによってトランスを構成した電力変換装置について、互いに離脱した各コネクタから発せられるノイズ電磁波を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、１次巻線および信号用１次巻線を備える第１コネクタと、前記１次巻線に結合する２次巻線、および前記信号用１次巻線に結合する信号用２次巻線を備える第２コネクタと、前記１次巻線に接続された第１スイッチング回路と、前記２次巻線に接続された第２スイッチング回路と、前記信号用１次巻線に接続され、前記第１スイッチング回路をスイッチングする第１コントローラと、前記信号用２次巻線に接続され、前記第２スイッチング回路をスイッチングする第２コントローラと、を備え、前記第１コントローラは、前記信号用１次巻線および前記信号用２次巻線を介して、同期信号を前記第２コントローラに送信し、前記第２コントローラは、前記同期信号に基づいて、前記第１スイッチング回路のスイッチングに同期させて、前記第２スイッチング回路をスイッチングし、前記同期信号の大きさに基づいて、前記第１コネクタと前記第２コネクタとの間のコネクタ間距離を測定することを特徴とする。
【００１０】
望ましくは、前記第１コントローラに接続される第１通信部と、前記第２コントローラに接続され、前記第１通信部との間で無線通信をする第２通信部と、を備え、前記第２コントローラは、前記第１通信部および前記第２通信部との間の無線通信を介して、前記コネクタ間距離を前記第１コントローラに送信し、前記第１コントローラおよび前記第２コントローラは、前記コネクタ間距離に応じて、それぞれ、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スイッチング状態を制御する。
（【００１１】以降は省略されています）

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