JP2015162965A - 給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】体格やコストの増大を抑制しつつ、給電装置から蓄電装置４０に出力される電圧の調整範囲を拡大できる給電装置を提供する。
【解決手段】給電装置は、接続端子１１、第１整流部５０及びコンバータ７０を介して交流電源４１から蓄電装置４０に給電する接触給電モードと、非接触受電部２０、第１整流部５０及びコンバータ７０を介して交流電源４２から蓄電装置４０に給電する非接触給電モードとを切り替え可能に構成されている。給電装置は、さらに、非接触給電モードで給電されている場合のコンバータ７０の出力電圧が取り得る最大値を増大させるべく、非接触給電モードで給電されている場合において、リアクトル６０ａを用いた力率改善動作を停止させてリアクトル６０ａを出力電圧の増大のために流用可能に構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外部の交流電源から給電対象に給電可能に構成された給電装置に関する。

この種の給電装置としては、下記特許文献１に見られるように、交流電源から受電端子を介して蓄電装置に接触充電（コンダクティブ充電）する構成と、交流電源から蓄電装置に非接触で充電（インダクティブ充電）する構成とを備えるものが知られている。詳しくは、この装置は、交流電源から受電端子を介して蓄電装置に充電可能に構成された充電器と、交流電源から非接触で受電可能に構成された非接触受電部とを備えている。

充電器は、受電端子から入力された交流電圧を直流電圧に変換して出力する第１の整流部と、第１の整流部から出力された直流電圧を交流電圧に変換して絶縁トランスの１次巻線に印加するインバータと、絶縁トランスの２次巻線から出力された交流電圧を直流電圧に変換して蓄電装置に印加する第２の整流部とを備えている。また、充電器は、非接触受電部から出力された交流電圧を直流電圧に変換して第２の整流部に出力する第３の整流部を備えている。こうした構成によれば、接触充電時に用いられる第２の整流部を、非接触充電時に要求される構成の一部として流用することができる。これにより、給電装置の部品数を削減することができる。

また、下記特許文献１に記載された装置では、第３の整流部の出力側と第２の整流部とを接続する電気経路に昇圧用リアクトルが設けられている。このリアクトルと、第２の整流部を構成するスイッチング素子とにより、非接触充電時において、第３の整流部から出力された直流電圧を昇圧することもできる。

特許第４９０９４４６号公報

ここで、非接触充電時において、交流電源から蓄電装置への充電制御を適切に行うためには、充電器から蓄電装置に出力される電圧の調整範囲を拡大することが要求される。ただし、充電器の出力電圧の調整範囲を拡大するために、給電装置に上記昇圧用リアクトルを追加する構成を採用すると、給電装置の体格やコストの増大を招くこととなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、体格やコストの増大を抑制しつつ、給電装置から給電対象に出力される電圧の調整範囲を拡大することができる給電装置を提供することにある。

上記目的を達成すべく、本発明は、外部の交流電源（４１，４２）から給電対象（４０）に給電可能に構成された給電装置であって、前記交流電源（４１）に電気的に接続可能に構成された接続端子（１１）と、リアクトル（６０ａ；６１ａ；６２ａ，６２ｂ；６３ａ，６３ｂ）と、一対の端子（Ｔ３，Ｔ４）と、前記接続端子から入力された電力を元にオン操作によって前記リアクトルにエネルギを蓄積させ、オフ操作によって前記リアクトルに蓄積されたエネルギを放出させて前記一対の端子から出力可能となるように設けられた改善用スイッチ（６０ｂ；６１ｃ；６２ｅ，６２ｆ；６３ｇ，６３ｈ）とを有し、前記接続端子から入力された交流電圧を直流電圧に変換する整流動作と、前記改善用スイッチのオンオフ操作による前記リアクトルを用いた力率改善動作とを実行可能に構成された入力部（５０，６０；５０，５１，６０；５０，６１；５１，６２；５１，６３）と、１次巻線（７１ａ，７２ａ；７４ａ）及び２次巻線（７１ｂ，７２ｂ；７４ｂ）を構成部品とするトランス（７２；７４）、前記一対の端子から出力された直流電圧を交流電圧に変換して前記１次巻線に印加可能に設けられた変換用スイッチ（Ｓｔ１，Ｓｔ２；Ｓａ〜Ｓｄ）、並びに前記２次巻線から出力された交流電圧を直流電圧に変換して前記給電対象に印加可能に設けられた出力側整流部（７０ａ，７０ｂ；７５）を有する電力変換部（７０；７３）と、前記交流電源（４２）に電気的に接続された送電コイル（４３ａ）を介して前記交流電源から非接触で受電可能に構成された受電コイル（２１ａ）を有し、前記受電コイルから出力された交流電圧を前記入力部の整流動作によって直流電圧に変換可能なように前記入力部に接続された非接触受電部（２０）と、を備え、当該給電装置は、前記入力部及び前記電力変換部を動作させることにより、前記接続端子、前記入力部及び前記電力変換部を介して前記交流電源から前記給電対象に給電する接触給電モードと、前記入力部及び前記電力変換部を動作させることにより、前記非接触受電部、前記入力部及び前記電力変換部を介して前記交流電源から前記給電対象に給電する非接触給電モードとを切り替え可能に構成され、当該給電装置は、さらに、前記非接触給電モードで給電されている場合に前記出力側整流部の出力電圧が取り得る最大値を、前記接触給電モードで前記入力部及び前記電力変換部を動作させつつ前記非接触受電部から前記給電対象に給電すると仮定した場合に前記出力側整流部の出力電圧が取り得る最大値よりも増大させるべく、前記非接触給電モードで給電されている場合において、前記リアクトルを用いた力率改善動作を停止させて、前記リアクトルを前記出力電圧の増大のために流用可能に構成されていることを特徴とする。

上記発明では、非接触給電モードによって給電されている場合において、リアクトルを用いた力率改善動作を停止させ、出力側整流部の出力電圧を増大させるためにリアクトルを流用する。このため、給電装置の体格やコストの増大を抑制しつつ、給電装置の出力電圧の調整範囲を拡大することができる。

第１実施形態にかかる車載給電装置の全体構成図。 接触給電モードにおける給電装置の動作態様を示す回路図。 非接触給電モードにおける給電装置の動作態様を示す回路図。 非接触給電モードにおける給電装置の動作態様を示すタイムチャート。 非接触給電モードにおける第１モードの等価回路。 非接触給電モードにおける第２モードの等価回路。 非接触給電モードにおける第３モードの等価回路。 第２実施形態にかかる車載給電装置の全体構成図。 第３実施形態にかかる車載給電装置の全体構成図。 第４実施形態にかかる車載給電装置の全体構成図。 第５実施形態にかかる車載給電装置の全体構成図。 第６実施形態にかかる車載給電装置の全体構成図。 第７実施形態にかかる車載給電装置の全体構成図。

（第１実施形態）
以下、本発明にかかる給電装置を車両用給電装置として具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、車両は、接触式充電器１０と、非接触受電部２０と、接触式充電器１０を制御対象とする制御装置３０と、給電対象としての蓄電装置４０とを備えている。なお、蓄電装置４０としては、例えば、蓄電池（ニッケル水素蓄電池，リチウムイオン蓄電池）や、大容量のキャパシタを用いることができる。

接触式充電器１０は、接続端子１１、第１整流部５０、ＰＦＣ回路６０、絶縁型コンバータ７０、及びＬＣフィルタ８０を備えている。接続端子１１は、車両外部の交流電源４１から接触充電を行うためのインターフェースである。接続端子１１は、交流電源４１の図示しない電源コンセント等に電気的に接続可能に構成されている。なお、本実施形態において、第１整流部５０が「入力側整流部」又は「第１入力側整流部」に相当する。また、コンバータ７０が「電力変換部」に相当する。

第１整流部５０は、第１，第２端子Ｔ１，Ｔ２を介して接続端子１１から入力された交流電圧を直流電圧に変換する整流動作を行い、第１〜第４整流ダイオード５０ａ〜５０ｄを備えている。詳しくは、第１整流ダイオード５０ａのアノードには、第２整流ダイオード５０ｂのカソードが接続され、これらダイオード５０ａ，５０ｂの接続点には、第１端子Ｔ１が接続されている。第３整流ダイオード５０ｃのアノードには、第４整流ダイオード５０ｄのカソードが接続され、これらダイオード５０ｃ，５０ｄの接続点には、第２端子Ｔ２が接続されている。第１整流ダイオード５０ａのカソードには、第３整流ダイオード５０ｃのカソードが接続され、第２整流ダイオード５０ｂのアノードには、第４整流ダイオード５０ｄのアノードが接続されている。

第１整流部５０の出力側には、ＰＦＣ回路６０の入力側が接続されている。ＰＦＣ回路６０は、リアクトル６０ａ、改善用スイッチング素子６０ｂ、改善用ダイオード６０ｃ、第１コンデンサ８２ａ、及び第１切替スイッチ８１ａを備えている。本実施形態では、改善用スイッチング素子６０ｂとして、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。リアクトル６０ａの第１端には、改善用スイッチング素子６０ｂのドレインが接続され、リアクトル６０ａの第２端には、第１，第３整流ダイオード５０ａ，５０ｃの接続点が接続されている。改善用スイッチング素子６０ｂのソースには、第２，第４整流ダイオード５０ｂ，５０ｄの接続点と、ＰＦＣ回路６０の第４端子Ｔ４とが接続されている。リアクトル６０ａ及び改善用スイッチング素子６０ｂの接続点には、改善用ダイオード６０ｃのアノードが接続され、カソードには、ＰＦＣ回路６０の第３端子Ｔ３が接続されている。第３端子Ｔ３と第４端子Ｔ４とは、第１コンデンサ８２ａ及び第１切替スイッチ８１ａの直列接続体によって接続されている。第１切替スイッチ８１ａは、オン操作によって自身の一対の主端子（入出力端子）間を電気的に導通状態とし、オフ操作によって一対の主端子間を電気的に遮断状態とする機能を有する。ここで、第１切替スイッチ８１ａとしては、例えば半導体スイッチング素子（例えば、電圧制御形のスイッチング素子であり、より詳しくはＭＯＳＦＥＴ）を用いればよい。

ＰＦＣ回路６０の第３，第４端子Ｔ３，Ｔ４には、コンバータ７０の入力側が接続されている。コンバータ７０は、第１，第２変換用スイッチング素子Ｓｔ１，Ｓｔ２、第１，第２トランス７１、７２、及び第１，第２変換用ダイオード７０ａ，７０ｂを備えるプッシュプル型のコンバータである。コンバータ７０は、入力された直流電圧を所定の直流電圧に変換して出力する機能を有する。本実施形態では、各変換用スイッチング素子Ｓｔ１，Ｓｔ２として、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。

第１トランス７１（絶縁トランス）を構成する第１の１次巻線７１ａの第１端には、第３端子Ｔ３が接続され、第２端には、第１変換用スイッチング素子Ｓｔ１を介して第４端子Ｔ４が接続されている。第２トランス７２（絶縁トランス）を構成する第２の１次巻線７２ａの第１端には、第３端子Ｔ３が接続され、第２端には、第２変換用スイッチング素子Ｓｔ２を介して第４端子Ｔ４が接続されている。第１トランス７１を構成する第１の２次巻線７１ｂの第１端には、第５端子Ｔ５が接続され、第２端には、第１変換用ダイオード７０ａのカソードに接続されている。第１変換用ダイオード７０ａのアノードには、第６端子Ｔ６が接続されている。第２トランス７２を構成する第２の２次巻線７２ｂの第１端には、第５端子Ｔ５が接続され、第２端には、第２変換用ダイオード７０ｂのカソードが接続されている。第２変換用ダイオード７０ｂのアノードには、第６端子Ｔ６が接続されている。なお、本実施形態において、各変換用ダイオード７０ａ，７０ｂが「出力側整流部」を構成する。

ここで、本実施形態では、第１の１次巻線７１ａの第１端側に極性が正となる電圧が印加された場合、第１の２次巻線７１ｂの第１端側の極性が正となるように第１トランス７１が構成されている。また、第２の１次巻線７２ａの第２端側に極性が正となる電圧が印加された場合、第２の２次巻線７２ｂの第２端側の極性が正となるように第２トランス７２が構成されている。また、各第１巻線７１ａ，７２ａ同士の巻数Ｎ１は同一に設定され、各第２巻線７１ｂ，７２ｂ同士の巻数Ｎ２も同一に設定されている。各第１巻線７１ａ，７２ａの巻数Ｎ１は、各第２巻線７１ｂ，７２ｂの巻数Ｎ２よりも高く設定されている。これにより、コンバータ７０は、入力電圧を降圧して出力する機能を有する。

コンバータ７０の第５端子Ｔ５には、蓄電装置４０の正極端子が接続され、第６端子Ｔ６には、蓄電装置４０の負極端子が接続されている。なお、コンバータ７０の出力側と蓄電装置４０との間には、フィルタ用リアクトル８０ａ及びフィルタ用コンデンサ８０ｂを有するＬＣフィルタ８０が設けられている。

第５端子Ｔ５と第６端子Ｔ６とは、第２コンデンサ８２ｂ及び第２切替スイッチ８１ｂの直列接続体によって接続されている。第２切替スイッチ８１ｂは、第１切替スイッチ８１ａと同様の機能を有する。ここで、第２切替スイッチ８１ｂとしては、例えば半導体スイッチング素子を用いればよい。

非接触受電部２０は、受電パッド２１と、フィルタ２２とを備えている。受電パッド２１は、車両外部の交流電源４２に電気的に接続された送電コイル４３ａを介して交流電源４２から非接触で受電可能に構成された受電コイル２１ａを備えている。ここでは、例えば、送電コイル４３ａと受電コイル２１ａとが磁気結合することにより、交流電源４２から非接触で受電可能な構成を用いることができる。受電パッド２１は、さらに、受電側共振回路を備えている。本実施形態では、受電側共振回路として、受電コイル２１ａに並列接続されたコンデンサ２１ｂを用いている。フィルタ２２は、受電パッド２１から出力された交流からノイズを除去する。送電パッド４３は、送電コイル４３ａと、送電側共振回路とを備えている。本実施形態では、送電側共振回路として、送電コイル４３ａに並列接続されたコンデンサ４３ｂを用いている。

受電コイル２１ａの第１端には、フィルタ２２及び第３切替スイッチ８１ｃ（「入力側スイッチ」に相当）を介して第１端子Ｔ１が接続され、受電コイル２１ａの第２端には、フィルタ２２を介して第２端子Ｔ２が接続されている。第１端子Ｔ１には、第４切替スイッチ８１ｄを介して接続端子１１が接続されている。第３，第４切替スイッチ８１ｃ，８１ｄは、第１切替スイッチ８１ａと同様の機能を有する。ここで、第３，第４切替スイッチ８１ｃ，８１ｄとしては、例えば半導体スイッチング素子を用いればよい。

制御装置３０は、交流電源４１から接続端子１１を介して蓄電装置４０に給電する接触給電モードで給電装置を動作させるべく、接触式充電器１０を操作する。また、制御装置３０は、交流電源４２から非接触受電部２０を介して蓄電装置４０に給電する非接触給電モードで給電装置を動作させるべく、接触式充電器１０を操作する。なお、本実施形態では、接触給電モードと非接触給電モードとを同時に実行しない構成としている。このため、制御装置３０は、これらモードのうち一方のモードを選択して実行する。

図２を用いて、接触給電モードについて説明する。なお、図２では、改善用スイッチング素子６０ｂと各変換用スイッチング素子Ｓｔ１，Ｓｔ２とを簡略化して図示している。

接触給電モードにおいては、第３切替スイッチ８１ｃがオフ操作され、第４切替スイッチ８１ｄがオン操作されている。これにより、非接触受電部２０と接触式充電器１０との間を電気的に遮断する。また、このモードにおいては、第１切替スイッチ８１ａがオン操作され、第２切替スイッチ８１ｂがオフ操作されている。

こうした操作を前提として、改善用スイッチング素子６０ｂのオンオフ操作によって力率改善動作を行う。また、コンバータ７０の出力電圧（第５，第６端子Ｔ５，Ｔ６から蓄電装置４０への印加電圧）を目標電圧に制御すべく、第１，第２変換用スイッチング素子Ｓｔ１，Ｓｔ２を交互にオンオフ操作する降圧動作を行う。具体的には、目標電圧が低いほど、各変換用スイッチング素子Ｓｔ１，Ｓｔ２に対するデューティ比が低く設定される。ここで、デューティ比とは、スイッチング素子のオンオフ操作１周期（スイッチング周期Ｔｓｗ）に対するオン操作時間Ｔｏｎの比率「Ｔｏｎ／Ｔｓｗ」のことである。

続いて、図３〜図７を用いて、非接触給電モードについて説明する。

本実施形態では、改善用スイッチング素子６０ｂをオフ操作固定し（すなわち、改善用スイッチング素子６０ｂの操作状態の切り替えを停止し）、ＰＦＣ回路６０の力率改善動作を停止させた状態で、コンバータ７０の動作モードを電圧型コンバータモードから電流型コンバータモードに切り替え可能とされている。これにより、コンバータ７０に昇圧動作機能を付与する。本実施形態では、非接触給電モードが行われる期間においてコンバータ７０を常に電流型コンバータモードで動作させず、この期間において動作モードの切り替え要求があると制御装置３０によって判断された場合に動作モードを切り替える。

非接触給電モードにおいては、図３に示すように、第３切替スイッチ８１ｃがオン操作され、第４切替スイッチ８１ｄがオフ操作されている。これにより、交流電源４１と接触式充電器１０との間を電気的に遮断する。また、このモードにおいては、第１切替スイッチ８１ａがオフ操作され、第２切替スイッチ８１ｂがオン操作されている。こうした操作を前提として、図４に示すように、第１〜第３モードｍｏｄｅ１〜ｍｏｄｅ３で各変換用スイッチング素子Ｓｔ１，Ｓｔ２を操作する。ここで、図４（ａ）は、第１変換用スイッチング素子Ｓｔ１の操作状態の推移を示し、図４（ｂ）は、第２変換用スイッチング素子Ｓｔ２の操作状態の推移を示す。また、図４（ｃ）は、第１の２次巻線７１ｂの端子間電圧Ｖｔ１の推移を示し、図４（ｄ）は、第２の２次巻線７２ｂの端子間電圧Ｖｔ２の推移を示し、図４（ｅ）は、リアクトル６０ａに流れる電流ＩＬの推移を示す。

まず、第１モードｍｏｄｅ１について説明する。なお、図５では、第１整流部５０の出力側を、直流電源４４を用いて示した。図５に示すように、第１モードｍｏｄｅ１は、第１変換用スイッチング素子Ｓｔ１がオン操作され、第２変換用スイッチング素子Ｓｔ２がオフ操作されるモードである。このモードでは、コンバータ７０の１次側において、直流電源４４、リアクトル６０ａ、第１の１次巻線７１ａ及び第１変換用スイッチング素子Ｓｔ１を含む閉回路が形成され、この閉回路に電流が流れる。これにより、コンバータ７０の２次側において、第１の２次巻線７１ｂから蓄電装置４０側に電流が流れる。

続いて、図６に示すように、第２モードｍｏｄｅ２は、第１，第２変換用スイッチング素子Ｓｔ１，Ｓｔ２の双方がオン操作されるモードである。このモードでは、コンバータ７０の１次側において、直流電源４４、リアクトル６０ａ、第１の１次巻線７１ａ及び第１変換用スイッチング素子Ｓｔ１を含む閉回路と、直流電源４４、リアクトル６０ａ、第２の１次巻線７２ａ及び第２変換用スイッチング素子Ｓｔ２を含む閉回路とが形成され、これら閉回路に電流が流れる。これにより、リアクトル６０ａには、磁気エネルギが蓄積される。

続いて、図７に示すように、第３モードｍｏｄｅ３は、第１変換用スイッチング素子Ｓｔ１がオフ操作され、第２変換用スイッチング素子Ｓｔ２がオン操作されるモードである。このモードでは、コンバータ７０の１次側において、直流電源４４、リアクトル６０ａ、第２の１次巻線７２ａ及び第２変換用スイッチング素子Ｓｔ２を含む閉回路が形成され、この閉回路に電流が流れる。これにより、コンバータ７０の２次側において、第２の２次巻線７２ｂから蓄電装置４０側に電流が流れる。

このように、本実施形態では、非接触給電モードが行われる場合において、ＰＦＣ回路６０の力率改善動作を停止させ、ＰＦＣ回路６０を構成するリアクトル６０ａを用いてコンバータ７０を電流型コンバータとして動作させることができる。このため、昇圧用にリアクトルを追加することなく、非接触給電モードにおいてコンバータ７０の出力電圧が取り得る最大値を、ＰＦＣ回路６０に力率改善動作をさせてかつコンバータ７０に降圧動作をさせている状態で受電コイル２１ａから蓄電装置４０へと給電する場合にコンバータ７０の出力電圧が取り得る最大値よりも増大させることができる。これにより、給電装置の体格やコストの増大を抑制しつつ、コンバータ７０の目標出力電圧の調整範囲を拡大することができる。さらに、本実施形態では、非接触受電部２０及び蓄電装置４０の間に介在する昇圧用の回路を１段で構成できる。このため、接触式充電器１０における損失を低減でき、ひいては非接触給電モードによる蓄電装置４０への電力伝送効率を向上させることもできる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。図８に、本実施形態にかかる給電装置の構成を示す。なお、図８において、先の図１に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。また、図８では、先の図１に示した部材と同一の部材について、図示を省略したものもある。

本実施形態では、フィルタ２２と接触式充電器１０との間を、第５〜第８整流ダイオード５１ａ〜５１ｄを備える第２整流部５１（「第２入力側整流部」に相当）によって接続した。本実施形態において、第２整流部５１は、第１整流部５０と同様の構成である。第５，第７整流ダイオード５１ａ，５１ｃのカソードには、リアクトル６０ａの第２端が接続され、第６，第８整流ダイオード５１ｂ，５１ｄのアノードには、改善用スイッチング素子６０ｂのソースが接続されている。第２整流部５１は、接触式充電器１０側からフィルタ２２側への電流の流通を阻止する機能を有する。このため、本実施形態によれば、先の図１に示した第３切替スイッチ８１ｃを給電装置から除去することができる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。図９に、本実施形態にかかる給電装置の構成を示す。なお、図９において、先の図１に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。

本実施形態では、ＰＦＣ回路の構成を変更する。詳しくは、ＰＦＣ回路６１は、第１，第２リアクトル６１ａ，６１ｂ、改善用スイッチング素子６１ｃ、及び第１，第２改善用ダイオード６１ｄ，６１ｅを備えている。なお、本実施形態では、各リアクトル６１ａ，６１ｂのインダクタンスを互いに同一に設定している。

第１リアクトル６１ａの第１端には、改善用スイッチング素子６１ｃのドレインが接続され、第１リアクトル６１ａの第２端には、第１，第３整流ダイオード５０ａ，５０ｃの接続点が接続されている。改善用スイッチング素子６１ｃのソースには、第２リアクトル６１ｂを介して第２，第４整流ダイオード５０ｂ，５０ｄの接続点が接続されている。第１リアクトル６１ａ及び改善用スイッチング素子６１ｃの接続点には、第１改善用ダイオード６１ｄのアノードが接続され、カソードには、第３端子Ｔ３が接続されている。第２リアクトル６１ｂ及び改善用スイッチング素子６１ｃの接続点には、第２改善用ダイオード６１ｅのアノードが接続され、カソードには、第４端子Ｔ４が接続されている。

以上説明した本実施形態によれば、非接触給電モードにおいて、第１，第２リアクトル６１ａ，６１ｂを電流型コンバータの一部として流用することができる。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、先の第１，第２実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。図１０に、本実施形態にかかる給電装置の構成を示す。なお、図１０において、先の図１，図８に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。

本実施形態では、ＰＦＣ回路の構成を変更する。詳しくは、ＰＦＣ回路６２は、第１，第２リアクトル６２ａ，６２ｂ、第１，第２ダイオード６２ｃ，６２ｄ（「第１，第２整流素子」に相当）、及び第１，第２スイッチング素子６２ｅ，６２ｆを備えるブリッジレスＰＦＣ回路である。本実施形態では、各スイッチング素子６２ｅ，６２ｆとして、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。

第１ダイオード６２ｃのアノードには、第１スイッチング素子６２ｅのドレインが接続され、第２ダイオード６２ｄのアノードには、第２スイッチング素子６２ｆのドレインが接続されている。第１ダイオード６２ｃのドレインには、第２ダイオード６２ｄのドレインが接続され、第１スイッチング素子６２ｅのソースには、第２スイッチング素子６２ｆのソースが接続されている。第１，第２ダイオード６２ｃ，６２ｄのカソードには、第３端子Ｔ３が接続されている。第１，第２スイッチング素子６２ｅ，６２ｆのドレインには、第４端子Ｔ４が接続されている。

第１ダイオード６２ｃと第１スイッチング素子６２ｅとの接続点には、第１リアクトル６２ａの第１端が接続され、第１リアクトル６２ａの第２端には、第１端子Ｔ１が接続されている。第２ダイオード６２ｄと第２スイッチング素子６２ｆとの接続点には、第２リアクトル６２ｂの第１端が接続され、第２リアクトル６２ｂの第２端には、第２端子Ｔ２が接続されている。

続いて、本実施形態にかかる接触給電モードのうち、ＰＦＣ回路６２の力率改善動作について説明する。交流電源４１の出力電圧が正の極性を持つ期間においては、第２スイッチング素子６２ｆがオン操作される状況下、第１スイッチング素子６２ｅがオンオフ操作される。一方、交流電源４１の出力電圧が負の極性を持つ期間においては、第１スイッチング素子６２ｅがオン操作される状況下、第２スイッチング素子６２ｆがオンオフ操作される。

続いて、本実施形態にかかる非接触給電モードについて説明する。このモードでは、第４切替スイッチ８１ｄがオフ操作される。また、このモードでは、第１スイッチング素子６２ｅがオフ操作され、第２スイッチング素子６２ｆがオン操作される。これにより、第１，第２リアクトル６２ａ，６２ｂを電流型コンバータの一部として流用することができる。

（第５実施形態）
以下、第５実施形態について、先の第４実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。図１１に、本実施形態にかかる給電装置の構成を示す。なお、図１１において、先の図１０に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。

本実施形態では、ＰＦＣ回路の構成を変更する。詳しくは、ＰＦＣ回路６３は、第１，第２リアクトル６３ａ，６３ｂ、第１〜第４ダイオード６３ｃ〜６３ｆ、及び第１，第２スイッチング素子６３ｇ，６３ｈを備えている。本実施形態では、各スイッチング素子６３ｇ，６３ｈとして、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。

第１ダイオード６３ｃのアノードには、第２ダイオード６３ｄのカソードが接続され、第３ダイオード６３ｅのアノードには、第４ダイオード６３ｆのカソードが接続されている。第１ダイオード６３ｃのカソードには、第３ダイオード６３ｅのカソードが接続され、第２ダイオード６３ｄのアノードには、第４ダイオード６３ｆのアノードが接続されている。第１，第３ダイオード６３ｃ，６３ｅのカソードには、第３端子Ｔ３が接続されている。第２，第４ダイオード６３ｄ，６３ｆのアノードには、第４端子Ｔ４が接続されている。

第１ダイオード６３ｃと第２ダイオード６３ｄとの接続点には、第１リアクトル６３ａの第１端が接続され、第１リアクトル６３ａの第２端には、第１端子Ｔ１が接続されている。第３ダイオード６３ｅと第４ダイオード６３ｆとの接続点には、第２リアクトル６３ｂの第１端が接続され、第２リアクトル６３ｂの第２端には、第２端子Ｔ２が接続されている。第１リアクトル６３ａの第１端と第２リアクトル６３ｂの第１端とは、第１，第２スイッチング素子６３ｇ，６３ｈの直列接続体によって接続されている。第１スイッチング素子６３ｇのソースには、第２スイッチング素子６３ｈのドレインが接続されている。

続いて、本実施形態にかかる接触給電モードのうち、ＰＦＣ回路６３の力率改善動作について説明する。交流電源４１の出力電圧が正の極性を持つ期間及び負の極性を持つ期間の双方において、第１，第２スイッチング素子６３ｇ，６３ｈの双方が同時にオンオフ操作されることで力率改善動作が行われる。

続いて、本実施形態にかかる非接触給電モードについて説明する。このモードでは、第１，第２スイッチング素子６３ｇ，６３ｈの双方がオフ操作される。これにより、第１，第２リアクトル６３ａ，６３ｂを電流型コンバータの一部として流用することができる。

（第６実施形態）
以下、第６実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。図１２に、本実施形態にかかる給電装置の構成を示す。なお、図１２において、先の図１に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。

本実施形態では、コンバータとして、フルブリッジコンバータを用いる。コンバータ７３は、第１〜第４変換用スイッチング素子Ｓａ〜Ｓｄ、絶縁トランス７４、及び整流器７５（「出力側整流部」に相当）を備えている。本実施形態では、各変換用スイッチング素子Ｓａ〜Ｓｄとして、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。

第１変換用スイッチング素子Ｓａのソースには、第２変換用スイッチング素子Ｓｂのドレインが接続され、第３変換用スイッチング素子Ｓｃのソースには、第４変換用スイッチング素子Ｓｄのドレインが接続されている。第１変換用スイッチング素子Ｓａのドレインには、第３変換用スイッチング素子Ｓｃのドレインが接続され、第２変換用スイッチング素子Ｓｂのソースには、第４変換用スイッチング素子Ｓｄのソースが接続されている。第１，第２変換用スイッチング素子Ｓａ，Ｓｂの接続点には、トランス７４を構成する１次巻線７４ａの第１端が接続され、１次巻線７４ａの第２端には、第３，第４変換用スイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄの接続点が接続されている。トランス７４を構成する第２巻線７４ｂには、整流器７５が接続されている。整流器７５は、第２巻線７４ｂから出力される交流電圧を直流電圧に変換して第５，第６端子Ｔ５，Ｔ６から出力する。本実施形態では、整流器７５として、第１整流部５０と同じものを用いている。なお、第１巻線７４ａの巻数Ｎ３は、第２巻線７４ｂの巻数Ｎ４よりも高く設定されている。

続いて、本実施形態にかかる接触給電モードのうち、コンバータ７３の動作について説明する。本実施形態では、第１，第４変換用スイッチング素子Ｓａ，Ｓｄの組と、第２，第３変換用スイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄの組とを交互にオンオフ操作することにより、コンバータ７３の出力電圧を目標電圧に制御する。

続いて、本実施形態にかかる非接触給電モードについて説明する。

このモードでは、第１，第２変換用スイッチング素子Ｓａ，Ｓｂをオン操作してかつ第３，第４変換用スイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄをオフ操作する第１動作と、第２，第３変換用スイッチング素子Ｓｂ，Ｓｃをオフ操作してかつ第１，第４変換用スイッチング素子Ｓａ，Ｓｄをオン操作する（または、第１，第４変換用スイッチング素子Ｓａ，Ｓｄをオフ操作してかつ第２，第３変換用スイッチング素子Ｓｂ，Ｓｃをオン操作する）第２動作とを交互に繰り返すことで、コンバータ７３の出力電圧を目標電圧に制御する。ここでは、目標電圧が高いほど、デューティ比を高く設定する。本実施形態において、デューティ比は、スイッチング周期（第１，第２動作時間の合計値）に対する第１動作時間の比率である。

以上説明した本実施形態によっても、リアクトル６０ａを電流型コンバータの一部として流用することができる。

なお、非接触給電モードにおける第１，第２動作としては、以下に説明するものを採用してもよい。詳しくは、第１動作を、第１，第２変換用スイッチング素子Ｓａ，Ｓｂをオフ操作してかつ第３，第４変換用スイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄをオン操作する動作とする。また、第２動作を、第１，第４変換用スイッチング素子Ｓａ，Ｓｄをオフ操作してかつ第２，第３変換用スイッチング素子Ｓｂ，Ｓｃをオン操作する動作（または、第１，第４変換用スイッチング素子Ｓａ，Ｓｄをオン操作してかつ第２，第３変換用スイッチング素子Ｓｂ，Ｓｃをオフ操作する動作）とする。

（第７実施形態）
以下、第７実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。図１３に、本実施形態にかかる給電装置の構成を示す。なお、図１３において、先の図１に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。

本実施形態では、第１，第２切替スイッチ８１ａ，８１ｂと、第２コンデンサ８２ｂとが給電装置から除去されている。こうした構成において、本実施形態では、非接触給電モードにおいてＰＦＣ回路６０の動作モードの切り替え要求があると制御装置３０によって判断された場合、ＰＦＣ回路６０を、力率改善回路に代えて、昇圧動作を行う昇圧回路として機能させる。詳しくは、ＰＦＣ回路６０の出力電圧（第３，第４端子Ｔ３，Ｔ４から７０への印加電圧）を目標電圧に制御すべく、改善用スイッチング素子６０ｂをオンオフ操作する。ここでは、ＰＦＣ回路６０の目標電圧が高いほど、改善用スイッチング素子６０ｂに対するデューティ比を高く設定する。

こうした構成によれば、コンバータ７０の入力電圧が高くなることから、コンバータ７０の出力電圧が取り得る最大値を高くすることができる。このため、昇圧のためのリアクトルを追加することなく、コンバータ７０の出力電圧の調整範囲を拡大できる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記第３実施形態の図９において、上記第２実施形態の図８に示した第２整流部５１を適用してもよい。詳しくは、図９において、第１整流部５０とＰＦＣ回路６０との間に第２整流部５１の出力側を接続すればよい。

・上記各実施形態において、第２切替スイッチ８１ｂを除去し、第５，第６端子Ｔ５，Ｔ６間を第２コンデンサ８２ｂによって直接接続してもよい。この場合、接触給電モードにおいて、第２コンデンサ８２ｂは、サージ電圧吸収の役割を果たす。

・上記第２〜第５，第７実施形態のコンバータ７０を、上記第６実施形態のコンバータ７３に変更してもよい。

・上記第７実施形態では、非接触給電モードにおいて動作モードの切り替え要求があると判断された場合、ＰＦＣ回路６０の動作モードを昇圧動作モードに切り替えた。こうした切り替えを、上記第２〜第６実施形態やその他の実施形態で説明した給電装置に適用してもよい。具体的には例えば、図１０に示した給電装置に適用する場合、非接触給電モードにおいて、第１，第２スイッチング素子６２ｅ，６２ｆの双方のオン操作と、第１スイッチング素子６２ｅのみのオン操作とを交互に繰り返す動作を昇圧動作とすればよい。ここでは、双方のオン操作時間に対する第１スイッチング素子６２ｅのみのオン操作時間の比率（デューティ比）がＰＦＣ回路６２の目標出力電圧を制御するための操作量となる。

・上記第４実施形態において、各ダイオード６２ｃ，６２ｄを、同期整流可能な半導体スイッチング素子（例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴ）に変更してもよい。

・交流電源の給電対象としては、蓄電装置に限らず、例えば車載電子機器（例えば回転機）であってもよい。また、給電装置としては、車両に適用されるものに限らない。

１１…接続端子、２０…非接触受電部、４０…蓄電装置、４１，４２…交流電源、５０…第１整流部、６０…ＰＦＣ回路、７０…コンバータ。

Claims (13)

1. 外部の交流電源（４１，４２）から給電対象（４０）に給電可能に構成された給電装置であって、
   前記交流電源（４１）に電気的に接続可能に構成された接続端子（１１）と、
   リアクトル（６０ａ；６１ａ；６２ａ，６２ｂ；６３ａ，６３ｂ）と、一対の端子（Ｔ３，Ｔ４）と、前記接続端子から入力された電力を元にオン操作によって前記リアクトルにエネルギを蓄積させ、オフ操作によって前記リアクトルに蓄積されたエネルギを放出させて前記一対の端子から出力可能となるように設けられた改善用スイッチ（６０ｂ；６１ｃ；６２ｅ，６２ｆ；６３ｇ，６３ｈ）とを有し、前記接続端子から入力された交流電圧を直流電圧に変換する整流動作と、前記改善用スイッチのオンオフ操作による前記リアクトルを用いた力率改善動作とを実行可能に構成された入力部（５０，６０；５０，５１，６０；５０，６１；５１，６２；５１，６３）と、
   １次巻線（７１ａ，７２ａ；７４ａ）及び２次巻線（７１ｂ，７２ｂ；７４ｂ）を構成部品とするトランス（７２；７４）、前記一対の端子から出力された直流電圧を交流電圧に変換して前記１次巻線に印加可能に設けられた変換用スイッチ（Ｓｔ１，Ｓｔ２；Ｓａ〜Ｓｄ）、並びに前記２次巻線から出力された交流電圧を直流電圧に変換して前記給電対象に印加可能に設けられた出力側整流部（７０ａ，７０ｂ；７５）を有する電力変換部（７０；７３）と、
   前記交流電源（４２）に電気的に接続された送電コイル（４３ａ）を介して前記交流電源から非接触で受電可能に構成された受電コイル（２１ａ）を有し、前記受電コイルから出力された交流電圧を前記入力部の整流動作によって直流電圧に変換可能なように前記入力部に接続された非接触受電部（２０）と、
   を備え、
   当該給電装置は、前記入力部及び前記電力変換部を動作させることにより、前記接続端子、前記入力部及び前記電力変換部を介して前記交流電源から前記給電対象に給電する接触給電モードと、前記入力部及び前記電力変換部を動作させることにより、前記非接触受電部、前記入力部及び前記電力変換部を介して前記交流電源から前記給電対象に給電する非接触給電モードとを切り替え可能に構成され、
   当該給電装置は、さらに、前記非接触給電モードで給電されている場合に前記出力側整流部の出力電圧が取り得る最大値を、前記接触給電モードで前記入力部及び前記電力変換部を動作させつつ前記非接触受電部から前記給電対象に給電すると仮定した場合に前記出力側整流部の出力電圧が取り得る最大値よりも増大させるべく、前記非接触給電モードで給電されている場合において、前記リアクトルを用いた力率改善動作を停止させて、前記リアクトルを前記出力電圧の増大のために流用可能に構成されていることを特徴とする給電装置。
2. 当該給電装置は、前記非接触給電モードで給電されている場合において、前記改善用スイッチの操作状態の切り替えを停止させた状態で、前記変換用スイッチのオン操作によって前記変換用スイッチ、前記１次巻線及び前記リアクトルを含む閉回路を形成して前記受電コイルから前記入力部に入力された電力を元に前記リアクトルにエネルギを蓄積させる動作と、前記変換用スイッチのオフ操作によって前記リアクトルに蓄積されたエネルギを前記トランスを介して前記給電対象側に放出させる動作とを交互に繰り返す昇圧動作を実行可能に構成されている請求項１記載の給電装置。
3. オン操作によって自身の両端の間を電気的に導通状態とし、オフ操作によって自身の両端の間を遮断状態とする切替スイッチ（８１ａ）と、
   前記切替スイッチに直列接続された第１コンデンサ（８２ａ）と、
   前記出力側整流部の一対の端子間に接続された第２コンデンサ（８２ｂ）と、
   をさらに備え、
   前記切替スイッチ及び前記コンデンサの直列接続体は、前記入力部の一対の端子間に接続されている請求項２記載の給電装置。
4. 当該給電装置は、前記切替スイッチをオン操作した状態において前記接触給電モードで給電し、前記切替スイッチをオフ操作した状態において前記昇圧動作を実行可能に構成されている請求項３記載の給電装置。
5. 前記切替スイッチを第１切替スイッチとし、
   オン操作によって自身の両端の間を電気的に導通状態とし、オフ操作によって自身の両端の間を遮断状態とする第２切替スイッチ（８１ｂ）をさらに備え、
   前記出力側整流部の一対の端子間には、前記第２コンデンサ及び前記第２切替スイッチの直列接続体が接続されている請求項３又は４記載の給電装置。
6. 当該給電装置は、前記第１切替スイッチをオン操作してかつ前記第２切替スイッチをオフ操作した状態において前記接触給電モードで給電し、前記第１切替スイッチをオフ操作してかつ前記第２切替スイッチをオン操作した状態において、前記昇圧動作を実行可能に構成されている請求項５記載の給電装置。
7. 当該給電装置は、前記非接触給電モードで給電されている場合において、前記改善用スイッチのオン操作によって前記改善用スイッチ及び前記リアクトルを含む閉回路を形成して前記受電コイルから前記入力部に入力された電力を元に前記リアクトルにエネルギを蓄積させる動作と、前記改善用スイッチのオフ操作によって前記リアクトルに蓄積されたエネルギを放出させる動作とを交互に繰り返す昇圧動作を前記力率改善動作に代えて実行可能に構成されている請求項１記載の給電装置。
8. オン操作によって自身の両端の間を電気的に導通状態とし、オフ操作によって自身の両端の間を遮断状態とする入力側スイッチ（８１ｃ）をさらに備え、
   前記非接触受電部と前記入力部の入力側とは、前記入力側スイッチを介して接続されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の給電装置。
9. 前記入力部は、前記接続端子から入力された交流電圧を直流電圧に変換する第１入力側整流部（５０）と、前記受電コイルから出力された交流電圧を直流電圧に変換する第２入力側整流部（５１）と、を含む請求項１〜７のいずれか１項に記載の給電装置。
10. 前記入力部は、前記接続端子から入力された交流電圧及び前記受電コイルから出力された交流電圧を直流電圧に変換する整流動作を行う入力側整流部（５０）と、前記リアクトル（６０ａ）、前記リアクトルに直列接続された前記改善用スイッチ（６０ｂ）、及び改善用ダイオード（６０ｃ）を有し、前記入力側整流部の出力側に接続されて前記力率改善動作を行う昇圧チョッパ回路（６０）と、を含み、
    前記入力側整流部の一対の出力側同士は、前記リアクトル及び前記改善用スイッチの直列接続体を介して接続され、
    前記改善用ダイオードのカソードには、前記昇圧チョッパ回路の一対の端子のうち高電位側端子（Ｔ３）が接続され、アノードには、前記リアクトル及び前記改善用スイッチの接続点が接続され、
    前記改善用スイッチの両端のうち前記リアクトルが接続された側とは反対側には、前記昇圧チョッパ回路の一対の端子のうち低電位側端子（Ｔ４）が接続されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の給電装置。
11. 前記リアクトルを第１リアクトル（６１ａ）とし、
    前記改善用ダイオードを第１改善用ダイオード（６１ｄ）とし、
    前記昇圧チョッパ回路（６１）は、第２リアクトル（６１ｂ）及び第２改善用ダイオード（６１ｅ）をさらに有し、
    前記改善用スイッチ（６１ｃ）の両端のうち前記第１リアクトルが接続された側とは反対側と前記入力側整流部の出力側とは、前記第２リアクトルによって接続され、
    前記第２改善用ダイオードのアノードには、前記低電位側端子が接続され、カソードには、前記改善用スイッチ及び前記第２リアクトルの接続点が接続されている請求項１０記載の給電装置。
12. 前記入力部（６２）は、前記リアクトルとしての第１リアクトル（６２ａ）及び第２リアクトル（６２ｂ）と、前記改善用スイッチとしての第１改善用スイッチ（６２ｅ）及び第２改善用スイッチ（６２ｆ）と、前記第１改善用スイッチと直列接続された第１整流素子（６２ｃ）と、前記第２改善用スイッチと直列接続された第２整流素子（６２ｄ）と、を有し、
    前記第１整流素子の両端のうち前記第１改善用スイッチが接続された側とは反対側と、前記第２整流素子の両端のうち前記第２改善用スイッチが接続された側とは反対側とのそれぞれには、前記入力部の一対の端子のうち高電位側端子（Ｔ３）が接続され、
    前記第１改善用スイッチの両端のうち前記第１整流素子が接続された側とは反対側と、前記第２改善用スイッチの両端のうち前記第２整流素子が接続された側とは反対側とのそれぞれには、前記入力部の一対の端子のうち低電位側端子（Ｔ４）が接続され、
    前記第１整流素子は、自身の両端のうち前記第１改善用スイッチから前記高電位側端子へと向かう第１方向への電流の流通を許容し、前記第１方向とは逆方向への電流の流通を阻止する機能を有し、
    前記第２整流素子は、自身の両端のうち前記第２改善用スイッチから前記高電位側端子へと向かう第２方向への電流の流通を許容し、前記第２方向とは逆方向への電流の流通を阻止する機能を有し、
    前記第１改善用スイッチ及び前記第１整流素子の接続点には、前記第１リアクトルを介して前記接続端子が接続され、
    前記第２改善用スイッチ及び前記第２整流素子の接続点には、前記第２リアクトルを介して前記接続端子が接続されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の給電装置。
13. 前記２次巻線の巻数は、前記１次巻線の巻数よりも低く設定されている請求項１〜１２のいずれか１項に記載の給電装置。

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