JP6775293B2

JP6775293B2 - 電源装置

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Publication number: JP6775293B2
Application number: JP2015214589A
Authority: JP
Inventors: 大津川; 山上　滋春; 滋春山上
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2020-10-28
Anticipated expiration: 2035-10-30
Also published as: JP2017085848A

Description

本発明は、電源装置に関するものである。

従来より以下のような搬送波回復システムが知られている。このシステムでは、残留側波帯（ＶＳＢ）フォーマットで送信されてきたＨＤＴＶ信号を処理するテレビジョン信号受信装置は、タイミング回復ネットワークと搬送波回復ネットワークによって共有される入力複素フィルタを備えている。フィルタ・ネットワークは、ＶＳＢ信号の上側および下側バンドエッジのまわりにミラーイメージされており、抑圧副搬送波ＡＭ出力信号を出力する一対の上側および下側バンドエッジ・フィルタを含んでいる。タイミング回復ネットワークは位相検出器を含み、２つのフィルタから得られたＡＭ信号に応答して、システム・クロック（ＣＬＫ）を同期化する。搬送波回復ネットワークも位相検出器を含み、フィルタの一方または両方からの出力に応答してＶＳＢ信号の位相／周波数オフセットを表す出力誤差信号（Δ）を出力する。この誤差信号はオフセットを低減または除去するために使用され、回復されたベースバンドまたはベースバンド付近の信号が得られる。後続のイコライザは、回復された信号にある残留位相オフセットを除去する。

特表平０９−５１０８４２号公報

しかしながら上記の搬送波回復方式を用いて、少なくとも２つ以上周波数の交流電力を伝送する場合、伝送する電力の交流成分を、通信用の周波数帯もしくは、伝送する複数の交流周波数帯から分離しなければならず、伝送効率が低いという問題があった。また特定の周波数の定在波が複数のスイッチング電源出力間から出力されると、電力伝送線への負荷が大きくなる可能性があった。

本発明が解決しようとする課題は、電力伝送線の負荷を軽減しつつ、電力を効率よく送ることができる電源装置を提供することである。

本発明は、複数の電源から入力された電力を複数の交流電力にそれぞれ変換する複数の電力変換回路と、複数の電力変換回路の交流出力側にそれぞれ電気的に接続され、負荷に電気的に接続された電力伝送線とを備え、複数の交流電力の周波数を互いに異なる周波数に設定し、電力伝送線を介して負荷に供給するための伝送電力を、複数の交流電力を重畳させて伝送させる。また、重畳伝送した交流波形を分離するフィルタ回路を電力伝送線と、電力変換回路もしくは負荷の間に挿入することで上記課題を解決する。

本発明によれば、配線または電源等に効率よく電力を供給できる周波数を設定できる。その結果として、本発明は、電力を効率よく送る電源装置を提供することである。

本実施形態に係る電源装置の回路図である。図１の回路図において、フィルタの回路図の例を（ａ）に、フィルタの特性図の例を（ｂ）に示す。図１に示す電源装置において、重畳された交流波形のスペクトルを（ａ）に示し、２次電源装置の変調波の特性を（ｂ）に示し、及び、電力伝送線５を伝搬する交流波形（変調波形）の例を（ｃ）に示す。図１に示す電源装置において、変調波の振幅と、被変調波の振幅との関係を示すグラフである。図１の回路図において、フィルタの回路例を（ａ）に、フィルタの特性図の例（ｂ）に示す。本発明の第２の実施形態に係る電源装置の回路図である。本発明の第３の実施形態に係る電源装置の回路図である。本発明の第４の実施形態に係る電源装置の回路図である。図８に示す電源装置において、重畳された交流波形のスペクトルを示す図である。図８に示す回路図において、周波数を分離するフィルタ回路の例を示し、（ａ）に示し、フィルタ特性の例を（ｂ）に示す。本発明の変形例の実施形態に係る電源装置の回路図である。本発明の変形例の実施形態に係る電源装置の回路図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《第１実施形態》

図１は、本実施形態に係る電源装置の回路図である。本実施形態に係る電源装置は、複数の電源を用いて負荷に対して電力を供給するための装置である。電源装置の構成のうち、少なくとも一部の構成は、車両に設けられている。車両には、家電製品などの負荷に接続可能なコンセントが設けられている。車両は、車両用電源を備えている。そして、車両が外部電源に接続された状態で、電源装置は外部電源の電力と車両用電源の電力を利用して、コンセントに接続されて負荷に対して、電力を供給する。以下に説明する実施形態において、交流電源１が外部電源に対応し、バッテリ２が車両用電源に相当し、負荷８がコンセントに相当する。なお、電源装置は、車両に限らず他のシステム（例えば定置用電源システム）に用いてもよい。

電源装置は、交流電源１と、バッテリ２と、リレー３と、コンデンサ４と、電力伝送線５と、遮断器６と、第１フィルタ７と、負荷８と、１次電源回路１０と、２次電源回路２０と、負荷制御回路３０とを備えている。

交流電源１は、１次電源回路２０に対して交流電力を出力する電源である。交流電源１には例えば家庭用の電源が利用される。交流電源１は、１次電源回路１０及び２次電源回路２０を介してバッテリ２に接続されている。バッテリ２を充電する際に、交流電源１は、１次電源回路１０及び２次電源回路２０を介して電力をバッテリ２に供給する。すなわち、交流電源１は、バッテリ２を充電する際の電力源として機能する。また、交流電源１は、負荷に対して電力を供給するための電源である。交流電源１は、１次電源回路１０、電力伝送線５及び負荷制御回路３０を介して負荷８に接続されている。

バッテリ２は、複数の二次電池を並列又は直列に接続することで構成される蓄電池である。バッテリ２の正極及び負極は、２次電源回路２０の正極負極端子にそれぞれ接続されている。バッテリ２は、直流負荷Ｘ１の他に、負荷８に電力を供給するための電力源としても利用可能である。バッテリ２は、２次電源回路２０、電力伝送線５、及び負荷制御回路３０を介して、負荷８に接続されている。

リレー３は、バッテリ２とコンデンサ４の間に接続されている。リレー３は、バッテリ２と２次電源回路の間の電気的な導通及び遮断を切り替えるスイッチである。コンデンサ４はバッテリ２の出力を平滑する素子であって、一対の電源ラインの間に接続されている。

電力伝送線５は、１次電源回路１０の出力電力及び２次電源回路２０の出力電力を負荷８に供給するための配線である。電力伝送線５の一端は、１次電源回路１０の交流出力及び２次電源回路の交流出力側にそれぞれ電気的に接続されている。電力伝送線５の他端は、負荷８に電気的に接続されている。

遮断器６は、１次電源回路１０及び２次電源回路２０と、負荷制御回路３０との間の電気的な導通及び遮断を切り替えるためのスイッチである。遮断器６は電力伝送線５に接続されている。遮断器６は、リレースイッチ、又は、接触器などである。例えば、１次電源回路１０または２次電源回路２０の回路異常により、高周波数成分の電流が電力伝送線５に流れる可能性がある場合、又は、異常電圧が負荷８に印加される可能性がある場合には、遮断器６がオフ状態になる。これにより、電力伝送線５や負荷８に印加されるサージ電圧を抑制しつつ、電力伝送に関係のない周波数成分におけるノイズの漏洩を防ぐことができる。

第１フィルタ７は、電力伝送線５に接続されており、負荷制御回路３０と遮断器６との間に接続されている。第１フィルタ７は、電力伝送線を伝搬する伝搬信号のうち、特定の周波数の成分を取り出すための回路である。伝搬信号は、交流電源１及びバッテリ２から供給される電力を供給するための信号である。特定の周波数は、負荷８への供給電力の基本波周波数である。

図２に、第１フィルタ７の回路図（図２（ａ））と、第１フィルタ７の特性図（図２（ｂ））を示す。図２（ａ）に示すように、第１フィルタ７は、コンデンサと抵抗により構成されたパッシブ型ローパスフィルタの例を示したものである。図２（ｂ）に示すように、第１フィルタ７は、遮断周波数（Ｆｃ）以下の成分を通過させる。カットオフ周波数（Ｆｃ）は、負荷８への供給電力の基本波周波数よりも高い値に設定されている。

負荷８は負荷制御回路３０を介して電力伝送線５に接続されている。図１の例では、負荷８をコンセントとしているが、当該コンセントに接続された機器が電力供給先となる。

１次電源回路１０は、入力回路１１及び第１スイッチング回路１２を有している。入力回路１１は、１次電源回路１０の入力側に配置されている。入力回路１１は、ダイオードブリッジと平滑回路により構成された力率改善回路である。第１スイッチング回路１２は、入力回路１１から出力された電力を交流に変換するＤＣＡＣ変換回路である。第１スイッチング回路１２は、１次電源回路１０の出力側に配置されている。第１スイッチング回路１２は、平滑用のコンデンサと、スイッチング素子のブリッジ回路で構成されている。

２次電源回路２０は、平滑素子２１及び第２スイッチング回路２２を有している。平滑素子２１は、第２スイッチング回路２２の出力波形を平滑するための素子であって、例えばリアクトルである。平滑素子２１は、２次電源回路の入力側に配置されている。第２スイッチング回路２２は、バッテリ２から出力された電力を交流電力に変換する回路である。第２スイッチング回路２２は、スイッチング素子等を有する。第２スイッチング回路２２は、２次電源回路１０の入力側に配置されている。

負荷制御回路３０は、第３スイッチング回路３１及び第２フィルタ３２（ＬＣフィルタ）を有している。第３スイッチング回路３１は、第１フィルタ７からの出力電力を、負荷８への供給電力に変換する回路である。第３スイッチング回路３１は、スイッチング素子等を有する。第３スイッチング回路３１は、負荷制御回路３０の入力側に配置されている。第２フィルタ３２は、第３スイッチング回路３１から出力される交流を整流するための回路である。第２フィルタ３２は、負荷制御回路３０の出力側に配置されている。

なお、１次電源回路１０、２次電源回路２０、及び負荷制御回路３０に含まれるスイッチング素子、リレー３、及び遮断器６は、図示しないコントローラにより制御される。

次に、負荷８への供給電力の生成方法を説明する。１次電源回路１０の出力電力の周波数をｆ_１とし、２次電源回路２０の出力電力の周波数をｆ_２とする。また負荷８に対して供給する電力の周波数を、商用周波数とする。ただし、周波数ｆ_１及び周波数ｆ_２は互いに異なる周波数に設定されており、例えば周波数ｆ_１（３００Ｈｚ）は、周波数ｆ_２（２５０Ｈｚ）よりも高い条件とする。

１次電源回路１０に含まれるスイッチング素子のスイッチング周波数は、１次電源回路１０が周波数（ｆ_１）の交流を出力するように、適宜選択される。また、２次電源回路２０に含まれるスイッチング素子のスイッチング周波数は、２次電源回路２０が周波数（ｆ_２）の交流を出力するように、適宜選択される。

１次電源回路１０の交流出力と２次電源回路２０の交流出力は、電力伝送線５に出力され、互いの交流電力が電力伝送線５で重畳される。周波数ｆ_１及び周波数ｆ_２は互いに異なる周波数に設定されており、１次電源回路の交流出力は搬送波となり、２次電源回路の交流出力は変調波として作用する。

図３に重畳された交流波形のスペクトル、２次電源装置の変調波の特性、及び、電力伝送線５を伝搬する交流波形（変調波形）の特性を示す。図３（ａ）の横軸は周波数を示し、縦軸は電圧を示す。図３（ｂ）及び図３（ｃ）の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。

電力伝送線５で重畳された交流波形は、差周波数（ｆ₁−ｆ₂）の成分及び加算周波数（ｆ_１＋ｆ_２）の成分を多く含んでおり、スペクトルは、図３（ａ）に示すように、差周波数（ｆ₁−ｆ₂）と加算周波数（ｆ_１＋ｆ_２）でピークになる。差周波数（ｆ₁−ｆ₂）のピーク値は、加算周波数（ｆ_１＋ｆ_２）のピーク値よりも高い。そして、図３（ｂ）に示す変調波と、搬送波とを重畳した交流波形は、図３（ｃ）で示す特性となる。すなわち、１次電源回路の搬送波に対して、２次電源回路の変調波が重畳されることで、差周波数（ｆ₁−ｆ₂）をもつ交流成分が搬送波により搬送されることで、当該交流成分が電力伝送線５内で伝搬される。そして、この差周波数（ｆ₁−ｆ₂）が商用周波数（５０Ｈｚ）に設定されている。これにより、負荷８に対して、商用周波数（５０Ｈｚ）をもつ電力を供給することができる。

また本実施形態に係る電源装置では、２次電源回路の出力電力の振幅を制御することで、負荷８への供給される電圧を制御することもできる。図４は、変調波の振幅と、被変調波の振幅との関係を示すグラフである。被変調波は、変調後の波であり、差周波数（ｆ₁−ｆ₂）をもつ波であって、負荷８へ供給される電力の交流波形に相当する。

図４に示すように、搬送波の位相と振幅を変えず、かつ、変調波の位相を変えずに、変調波の振幅を大きくすると、商用周波数成分の強度が大きくなる。すなわち、１次電源回路１０から出力される交流の周波数（ｆ_１）と２次電源回路２０から出力される交流の周波数（ｆ_２）は維持された状態で、２次電源回路２０の出力電圧が高くなるほど、負荷８への出力電圧は高くなる。これにより、２次電源回路２０の出力電圧（周波数（ｆ_２）をもつ交流波形の振幅）を制御することで、負荷８への供給電圧を調整できる。

また変調波の周波数及び搬送波の周波数は、１次電源回路１０及び２次電源回路２０の制御周波数を変えることで任意に設定できる。そのため、バッテリ２への供給される交流の周波数も、５０Ｈｚに限らず、任意の周波数に設定できる。例えば、電力伝送線５の設計により、商用周波数とは異なる周波数で伝送損失が低くなる場合には、差周波数が伝送損失の低い周波数に設定される。そして、電力伝送線５を伝搬した交流波の周波数が、第３スイッチング回路３１の電力変換によってシフトして、商用周波数になる。

ここで、電力伝送線５の伝送損失について、式を用いて説明する。電力伝送線５を流れる電流の最大値をＩ_０とし、当該電流の各周波数をωとすると、電力伝送線５を伝搬する交流電圧（Ｖ（ω））は下記式（１）で表される。

電力伝送線５が内部抵抗のない理想的な配線であると仮定すると、以下の関係が成り立つ。

ただし、ｊは虚数単位を示し、Ｌは電力伝送線５の寄生インダクタンスであり、Ｒは抵抗成分である。

電力伝送線５内における波形伝搬により電力伝送を行う場合に、出力の関係は下記式（３）で表される。

そして、式（３）より、Ｚ（インピーダンス）が小さいほど、周波数成分（ω）における出力は大きくなる。すなわち、理想的には、ある固定周波数でみると、ωが小さいほど、電力伝送線５における伝送効率は高くなる。また、配線の抵抗が小さいほど、伝送効率は高くなる。従って、配線の抵抗成分又は直流の影響を鑑みると、ある程度の低周波帯域を電力伝送の帯域に用いることで、電力線への負荷を軽減しつつ、伝送効率の向上が見込まれる。第１フィルタ７の周波数帯域は伝送効率のよい周波数帯域を含むように、カットオフ周波数が設定される。

すなわち、伝送効率の高い状態で、負荷８に対して商用周波数の電力を供給するためには、商用周波数よりも高い周波数を差周波数に設定し、かつ１次電源回路１０と、２次電源回路２０の出力電圧の位相を適切に設定された状態を維持することにより、電力伝送線５の電力線への負荷を軽減しつつ、高効率の状態で、第３スイッチング回路３１の入力に電力伝送することができる。その結果、第３スイッチング回路３１の電力変換により、力率を向上することができる。

また本実施形態に係る電源装置は、交流電源１から電力が供給できない状態であっても、以下に説明するように、バッテリ２の電力を利用して負荷８に電力を供給することができる。

２次電源回路２０に接続されたバッテリ２に蓄電されている場合、１次電源回路１０に電力が供給されていない状態でも、電力伝送線５を経由して、負荷８へ電力を伝送することができる。

１次電源回路１０の出力電力の周波数をｆ_１とし、２次電源回路２０の出力電力の周波数をｆ_２として、差周波数（ｆ_２−ｆ_１）の電力を、電力伝送線５を経由して伝送することができる。この場合、２次電源回路２０の出力周波数ｆ_２を、１次電源回路１０の出力周波数ｆ_１より高い周波数に設定することで、２次電源回路２０の電力を使って、第１スイッチング回路１２に接続されたコンデンサに蓄電しながら、第１スイッチング回路１２に含まれる電流還流ルートを介して出力電圧を制御することができる。これにより、バッテリ２から負荷８に電源供給するような場合においても、発明の効果を実現することができる。

上記のように本実施形態に係る電源装置は、複数の電源から入力された電力を複数の交流電力にそれぞれ変換する複数の電源回路と、複数の電源回路の交流出力側にそれぞれ電気的に接続され、負荷８に電気的に接続された電力伝送線５とを備え、複数の交流電力の周波数を互いに異なる周波数に設定し、電力伝送線を介して負荷に供給するための伝送電力を、複数の交流電力を重畳することで生成する。これにより、配線または電源等に効率よく電力を供給できる周波数を設定することができ、電力を効率よく伝搬できる。

また本実施形態では、負荷８に供給される電力の基本周波数を、差周波数とする。これにより、負荷８を動作させる周波数を、周波数（ｆ_１、ｆ_２）から作り出すことができる。

また本実施形態では、負荷８への供給電力の基本周波数成分を取り出すための第１フィルタ７を備えている。これにより、負荷８への供給したい周波数成分を、その他の周波数帯から分離することができる。また、１次電源回路１０及び２次電源回路２０から出力される電力波形に歪みが含まれる場合に、第１フィルタ７を挿入することで、電圧サージ及びノイズを抑制できる。その結果として、電力伝送線５への負荷を軽減しつつ、負荷８へ出力される電力の品質を向上させることができる。

なお本実施形態の変形例として、第１フィルタ７はローパス型のアクティブフィルタでもよい。図５（ａ）はアクティブフィルタの回路図を示し、図５（ｂ）はフィルタの特性図である。図５（ｂ）の横軸は周波数を、縦軸はゲインを示す。Ｆｃはカットオフ周波数である。例えば、２次電源回路２０が平滑素子２１を有さない場合には、２次電源回路２０の出力が方形波になる。そのため、変形例では、負荷８への出力波形を交流波形にするために、第１フィルタ７をアクティブフィルタで構成する。これにより、方形波によるオーバーシュートを抑制できる。また、負荷８への出力波形を交流波形にすることができる。

上記の１次電源回路１０及び２次電源回路２０が本発明の「電力変換回路」に相当する。

《第２実施形態》
図６は、発明の第２の実施形態に係る電源装置の回路図である。本例では上述した第１実施形態に対して、絶縁トランス４０を備える点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、その記載を援用する。

図６に示すように、２次電源回路は、交流出力側に絶縁トランス４０を有している。２次電源回路２０はバッテリ２と接続されている、そのため、第２スイッチング回路２２を動作させた時に、高調波成分が電力伝送線５を流れ、負荷８に流れる可能性がある。本実施形態では、電力伝送線５と第２スイッチング回路２２との間に、絶縁トランス４０を接続している。これにより、第２スイッチング回路２２の動作により発生する高調波成分が負荷８に流れることを抑制できる。また、１次電源回路１０の交流出力と２次電源回路２０の交流出力が絶縁トランス４０により絶縁分離される。これにより、電力伝送線５への負荷を低減しつつ、負荷８に供給する電力伝送効率向上をできる。また、電力伝送線５から負荷８までの回路においてサージ電圧が発生することを防ぎつつ、ノイズの漏洩を抑制するといった複合的な効果も得られる。

なお本実施形態の変形例として、図６に示す絶縁トランス４０の代わりに、図７に示すような、励磁巻線４１を有した絶縁トランス４０を設けてもよい。図７は、変形例に係る電源装置の回路図である。励磁巻線４１は、１次電源回路１０の交流出力と、電力伝送線５の一端との間に接続されている。電力伝送線５の一端は、トランス４０に接続される接続点である。また図７に示す絶縁トランス４０において、１次側と２次側との間の結合は、図６に示した絶縁トランス４０の結合よりも大きい。

なお、図６及び図７に示す絶縁トランス４０は、第１実施形態において説明した平滑素子２１と組み合わせてもよい。具体的には、平滑素子２１の入力側又は出力側に、絶縁トランス４０を接続すればよい。またトランスを内蔵したリアクトル（平滑回路）としてもよい。

《第３実施形態》
図８は、発明の第３の実施形態に係る電源装置の回路図である。本例では上述した第１実施形態に対して、電力供給先として負荷８に加えて、負荷６０を追加している点が異なる。交流電源１及びバッテリ２から第１負荷８に供給される供給ラインの回路は、第１実施形態で示した回路と同様であり、その記載を援用する。なお、第３実施形態の説明では、便宜上、負荷８を第１負荷８とし、負荷６０を第２負荷と、負荷制御回路３０を第１負荷制御回路３０と称し、負荷制御回路６２を第２負荷制御回路と称す。

本実施形態に係る電源装置は、交流電源１等に加えて、第２負荷６０、フィルタ６１、及び第２負荷制御回路６２を備えている。第２負荷６０は、二次電池である。第２負荷６０は、例えば、バッテリ２より出力電力の低い電池やバッテリ２を電源として作動する機器があげられる。

電力伝送線５は、第１負荷８に供給するための第１伝送線５１と、第２負荷６０に供給するための第２伝送線５２に分岐されている。第１伝送線５１の一端は遮断器６に接続されており、第２伝送線５２の他端は第１フィルタ７を介して負荷制御回路３０に接続されている。第２伝送線５２の一端は遮断器６に接続されており、第２伝送線５２の他端はフィルタ６１を介して第２負荷制御回路６２に接続されている。

フィルタ６１は、第２伝送線５２を伝搬する伝搬信号のうち、特定の周波数の成分を取り出すための回路である。フィルタ６１の通過周波数帯域は、第１負荷８への供給電力の基本波周波数を含まないように設計されている。すなわち、フィルタのゲイン設定として、第１負荷８への供給電力の基本波周波数成分のゲインを、他の周波数帯域のゲインよりも低くしている。これにより、第１負荷８及び第２負荷６０に対して、適切な電力を供給することができる。

図８の負荷制御回路６２の例として、整流ブリッジ及び降圧回路を示す。整流ブリッジによりフィルタ６１から入力された交流を整流された電力をスイッチング回路によって、負荷６０の出力電圧を降圧して制御する。

図９に、電力伝送線５において、重畳された交流波形のスペクトルを示す。スペクトルは、図９に示すように、差周波数（ｆ_１−ｆ_２）と加算周波数（ｆ_１＋ｆ_２）でピークになる。

そして、差周波数（ｆ_１−ｆ_２）を商用周波数に設定し、加算周波数（ｆ_１＋ｆ_２）を第２負荷制御回路６２の制御周波数に設定する。第２負荷制御回路６２の制御周波数は、整流ブリッジで整流作用のある周波数である。これにより、負荷８及び負荷６０に対して適切な電力を供給できる。

図１０に、フィルタ６１の回路図（図１０（ａ））と、フィルタ６１の特性図（図１０（ｂ））を示す。図１０（ａ）に示すように、フィルタ６１は、バンドストップ用のＴ型ノッチフィルタである。また、図１０（ａ）のＶ_ｉｎは交流の入力電圧を表しており、Ｖ_ｏｕｔが出力電圧を表している。また図１０（ｂ）はＶ_ｏｕｔのボード線図である。図１０（ｂ）のグラフａ_１及びａ_２はゲイン特性を示し、グラフｂは位相特性を示す。

例えば、第２負荷６０よりも負荷８に対して優先的に電力を供給する場合には、Ｖ_ｏｕｔのゲイン特性がグラフａ_１で示す特性になるように、カットオフの中心周波数を商用周波数に設定する。

また、第１負荷８及び第２負荷６０に必要電力を供給する場合には、Ｖ_ｏｕｔのゲイン特性がグラフａ_２で示す特性になるように、ノッチフィルタの減衰のバンド幅を広くすることで、減衰ゲインの帯域幅を調整する。これにより、第１負荷８及び第２負荷６０に対して適切な周波数の電力を供給できる。

上記のように、本実施形態では、電力伝送線５を伝送する電力を、負荷８及び負荷６０に供給する。これにより、複数の負荷に対して電力を供給できる。

また本実施形態では、第１伝送線５１にフィルタ６１を接続し、負荷７への供給電力の基本周波数成分のゲインを、他の周波数帯域のゲインより低くなるようにフィルタ６１を設計する。これにより、複数の負荷に対して電力を供給できる。

また本実施形態では、第２負荷制御回路６２により第１伝送線５１を介して入力される交流電力を直流電力に変換して、当該直流電力を第２負荷６０に出力する。これにより、直流の負荷であっても、電力を供給できる。

また本実施形態では、フィルタ６１と第２負荷６０との間に整流ブリッジを有する。これにより、直流の負荷であっても、電力を供給できる。

また本実施形態では、２次電源回路２０の出力電力の周波数ｆ_２を、１次電源回路２０の出力電力の周波数ｆ_１よりも高くする。これにより、電力の伝送効率を向上させることができる。また、電力伝送線５の反射等を軽減し、ノイズや電圧サージの低減を可能とする。

なお、本実施形態において、２次電源回路２０から出力される交流電力の振幅を、１次電源回路１０から出力される交流電力の振幅よりも大きくすることで、第１負荷８及び第２負荷６０への供給電力を調整してもよい。これにより、複数の負荷に対して電力を供給できる。

なお、本実施形態の変形例として、図１１に示すように、電源装置は交流負荷である第２負荷６０に電力を供給してもよい。図１１は、変形例に係る電源装置の回路図である。図１１に示すように、第２負荷制御回路６２は入力される交流電力を直流電力に変換する回路であり、ダイオードブリッジ、平滑コンデンサ及び、ＤＣＡＣコンバータで構成されている。また、ＤＣＡＣコンバータの電力変換により、入力交流電力とは異なる周波数又は異なる位相をもつ交流出力を生成できる。

なお、本実施形態の変形例として、図１２に示すように、電源装置は直流負荷である第１負荷８に電力を供給してもよい。図１２は、変形例に係る電源装置の回路図である。図１２に示すように、負荷制御回路３０は入力される交流電力を直流電力に変換する回路であり、ダイオードブリッジ、ＡＣＤＣコンバータ７１及び遮断手段７２で構成されている。これにより、複数の直流電源に対して、独立して電力を供給できる。また、電圧の異なる直流電源が複数ある場合にも、複数の直流電源に対して、適切な電力を供給できる。

上記の第１負荷制御回路３０及び第２負荷制御回路６２が本発明の「制御用電力変換回路」に相当する。

１…交流電源
２…バッテリ
４…コンデンサ
５…電力伝送線
６…遮断器
７…フィルタ
８…負荷
１０…１次電源回路
１１…入力回路
１２…第１スイッチング回路
２０…２次電源回路
２１…平滑素子
２２…第２スイッチング回路
３０…負荷制御回路
３１…第３スイッチング回路
３２…フィルタ
４０…トランス
５１…第１伝送線
５２…第２伝送線
６０…負荷
６１…フィルタ
６２…負荷制御回路
７１…コンバータ
７２…遮断手段

Claims

複数の電源から入力された電力を複数の交流電力にそれぞれ変換する複数の電力変換回路と、
前記複数の電力変換回路の交流出力側にそれぞれ電気的に接続され、負荷に電気的に接続された電力伝送線と、
前記電力伝送線に接続されたフィルタとを備え、
前記複数の交流電力の周波数は互いに異なっており、
前記電力伝送線を介して前記負荷に供給される伝送電力は、前記複数の交流電力を重畳することで生成され、
前記フィルタは、前記負荷への供給電力の基本周波数成分を取り出すためのローパスフィルタである
電源装置。
前記基本周波数は、前記互いに異なる周波数の差周波数である
請求項１記載の電源装置。
複数の電源から入力された電力を複数の交流電力にそれぞれ変換する複数の電力変換回路と、
前記複数の電力変換回路の交流出力側にそれぞれ電気的に接続され、負荷に電気的に接続された電力伝送線と、
前記電力伝送線に接続されたフィルタとを備え、
前記複数の交流電力の周波数は互いに異なっており、
前記電力伝送線を介して前記負荷に供給される伝送電力は、前記複数の交流電力を重畳することで生成され、
前記フィルタは、前記複数の交流電力が重畳された交流波形から所定の周波数成分を分離させ、
前記電力伝送線は、前記伝送電力を伝送する複数の伝送線を有し、
前記複数の伝送線のうち一の伝送線を介して供給される電力の基本周波数は、前記互いに異なる周波数の差周波数であり、
前記複数の伝送線のうち他の伝送線を介して供給される電力の基本周波数は、前記互いに異なる周波数を加算した加算周波数である
電源装置。
前記フィルタは、前記差周波数を取り出すためのローパスフィルタである
請求項２記載の電源装置。
前記複数の電力変換回路のうち少なくとも１つの電力変換回路は交流出力側にトランスを有する請求項１〜４のいずれかに記載の電源装置。
複数の電源から入力された電力を複数の交流電力にそれぞれ変換する複数の電力変換回路と、
前記複数の電力変換回路の交流出力側にそれぞれ電気的に接続され、負荷に電気的に接続された電力伝送線と、
前記電力伝送線に接続されたフィルタとを備え、
前記複数の交流電力の周波数は互いに異なっており、
前記電力伝送線を介して前記負荷に供給される伝送電力は、前記複数の交流電力を重畳することで生成され、
前記フィルタは、前記複数の交流電力が重畳された交流波形から所定の周波数成分を分離させ、
前記伝送電力は、前記電力伝送線を介して直流負荷と交流負荷に供給され、
前記電力伝送線は、前記伝送電力を前記直流負荷に出力する直流用電力伝送線を含み、
前記直流用電力伝送線に前記フィルタを接続し、
前記フィルタは、前記交流負荷への供給電力の基本周波数成分のゲインを、他の周波数帯域のゲインより低くして設計されている
電源装置。
前記フィルタはノッチフィルタである
請求項６記載の電源装置。
前記直流用電力伝送線と前記直流負荷との間に接続され、前記直流負荷を制御する制御用電力変換回路をさらに備え、
前記制御用電力変換回路は、前記直流用電力伝送線を介して入力される交流電力を直流に変換して、変換された電力を前記直流負荷に出力する
請求項６又は７記載の電源装置。
前記フィルタと前記直流負荷との間に、整流ブリッジを接続した
請求項６〜８のいずれか一項に記載の電源装置。
複数の電源から入力された電力を複数の交流電力にそれぞれ変換する複数の電力変換回路と、
前記複数の電力変換回路の交流出力側にそれぞれ電気的に接続され、負荷に電気的に接続された電力伝送線と、
前記電力伝送線に接続されたフィルタとを備え、
前記複数の交流電力の周波数は互いに異なっており、
前記電力伝送線を介して前記負荷に供給される伝送電力は、前記複数の交流電力を重畳することで生成され、
前記フィルタは、前記複数の交流電力が重畳された交流波形から所定の周波数成分を分離させ、
前記複数の電源は、直流電源及び交流電源を含み、
前記複数の電力変換回路のうち一の電力変換回路は前記交流電源に電気的に接続され、
前記複数の電力変換回路のうち他の電力変換回路は前記直流電源に電気的に接続され、
前記他の電力変換回路から出力される交流電力の周波数は、前記一の電力変換回路から出力される交流電力の周波数より高い
電源装置。
複数の電源から入力された電力を複数の交流電力にそれぞれ変換する複数の電力変換回路と、
前記複数の電力変換回路の交流出力側にそれぞれ電気的に接続され、負荷に電気的に接続された電力伝送線と、
前記電力伝送線に接続されたフィルタとを備え、
前記複数の交流電力の周波数は互いに異なっており、
前記電力伝送線を介して前記負荷に供給される伝送電力は、前記複数の交流電力を重畳することで生成され、
前記フィルタは、前記複数の交流電力が重畳された交流波形から所定の周波数成分を分離させ、
前記複数の電源は、直流電源及び交流電源を含み、
前記複数の電力変換回路のうち一の電力変換回路は前記交流電源に電気的に接続され、
前記複数の電力変換回路のうち他の電力変換回路は前記直流電源に電気的に接続され、
前記他の電力変換回路から出力される交流電力の振幅は、前記一の電力変換回路から出力される交流電力の振幅より大きい
電源装置。
複数の電源から入力された電力を複数の交流電力にそれぞれ変換する複数の電力変換回路と、
前記複数の電力変換回路の交流出力側にそれぞれ電気的に接続され、負荷に電気的に接続された電力伝送線と、
前記電力伝送線に接続されたフィルタとを備え、
前記複数の交流電力の周波数は互いに異なっており、
前記電力伝送線を介して前記負荷に供給される伝送電力は、前記複数の交流電力を重畳することで生成され、
前記フィルタは、前記複数の交流電力が重畳された交流波形から所定の周波数成分を分離させ、
前記複数の電力変換回路のうち一の電力変換回路は、前記複数の電力変換回路のうち他の電力変換回路の交流出力側に交流電力を出力し、
前記他の電力変換回路は、コンデンサを有し、前記一の電力変換回路から入力された電力を変換し、変換した電力によりコンデンサを充電し、前記充電されたコンデンサの電力を変換電力として変換し、前記変換電力を前記交流出力側から出力し、
前記伝送電力は、前記一の電力変換回路から出力された交流電力と前記変換電力とを重畳することで生成される
電源装置。
前記伝送電力は、前記電力伝送線を介して、複数の直流負荷又は複数の交流負荷に供給される
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電源装置。