充電装置
【課題】交流電源で直流のバッテリを充電するための充電装置を低コストで実現する。
【解決手段】車両１は、直流のバッテリ１０と、車両外部の交流電源２００から供給される交流でバッテリ１０を充電するための充電装置を備える。この充電装置は、整流機構２０、インレット３０から交流が供給される交流端子３１，３２、バッテリ１０の正極および負極にそれぞれ接続される正極端子１１および負極端子１２を含む。交流端子３１，３２、正極端子１１、負極端子１２はブラシ構造を有する。整流機構２０は、交流端子３１，３２および正極端子１１、負極端子１２の間に、これらの端子と接触するように配置される。整流機構２０は、交流電圧波形に同期して回転することによって、交流電源２００から供給される交流を直流に整流してバッテリ１０に供給することで、バッテリ１０を充電する。
【解決手段】車両１は、直流のバッテリ１０と、車両外部の交流電源２００から供給される交流でバッテリ１０を充電するための充電装置を備える。この充電装置は、整流機構２０、インレット３０から交流が供給される交流端子３１，３２、バッテリ１０の正極および負極にそれぞれ接続される正極端子１１および負極端子１２を含む。交流端子３１，３２、正極端子１１、負極端子１２はブラシ構造を有する。整流機構２０は、交流端子３１，３２および正極端子１１、負極端子１２の間に、これらの端子と接触するように配置される。整流機構２０は、交流電圧波形に同期して回転することによって、交流電源２００から供給される交流を直流に整流してバッテリ１０に供給することで、バッテリ１０を充電する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源を用いて直流のバッテリを充電するための充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−６５４３３号公報（特許文献１）には、車両外部の交流電源を用いて直流の車載バッテリを充電するために、交流電源と車載バッテリとの間にスイッチング素子などの半導体素子を有する電力変換装置を設ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−６５４３３号公報
【特許文献２】特開２００９−１０６０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示すように、従来においては、交流電源を用いて直流のバッテリを充電するためには、スイッチング素子などの半導体素子を有する電力変換装置が必要であったため、コストの増加に繋がっていた。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、交流電源を用いて直流のバッテリを充電するための充電装置を低コストで実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る充電装置は、交流電源を用いて直流のバッテリを充電するための充電装置であって、交流電源からの交流をバッテリに供給するための交流端子と、バッテリに接続された直流端子と、交流端子および直流端子の間に交流端子および直流端子と接触するように配置され、回転することによって交流端子から供給される交流を直流に整流して直流端子に供給する整流機構と、整流機構を回転させる回転装置とを備える。
【０００７】
好ましくは、交流端子は、複数存在する。直流端子は、バッテリの正極に接続される正極端子を含む。整流機構は、交流の電圧波形と同期して回転することによって、正極端子の接続先を複数の交流端子のうち電位がバッテリの負極の電池よりも高い交流端子に切り替える。
【０００８】
好ましくは、交流電源は、単相の交流を出力する。交流端子は、単相の交流電圧が供給される第１端子および第２端子を含む。直流端子は、バッテリの正極に接続される正極端子と、バッテリの負極に接続される負極端子とを含む。整流機構の状態は、回転装置に回転させられることによって、正極端子および負極端子の接続先がそれぞれ第１端子および第２端子となる第１状態と、正極端子および負極端子の接続先がそれぞれ第２端子および第１端子となる第２状態との間で、交互に切り替えられる。
【０００９】
好ましくは、回転装置は、交流の電圧波形の１周期のうち、第２端子の電位よりも第１端子の電位が高い期間は整流機構が第１状態となるように整流機構を回転させ、第１端子の電位よりも第２端子の電位が高い期間は整流機構が第２状態となるように整流機構を回転させる。
【００１０】
好ましくは、交流電源は、多相の交流を出力する。交流端子は、多相の各交流電圧がそれぞれ供給される複数の相端子を含む。直流端子は、バッテリの正極に接続される正極端子を含む。整流機構は、回転することによって、正極端子の接続先を複数の相端子のいずれかに周期的に切り替える。
【００１１】
好ましくは、回転装置は、複数の相端子のうち電位がバッテリの負極の電位よりも高い相端子に正極端子の接続先を切り替えるように整流機構を回転させる。
【００１２】
好ましくは、充電装置は、交流電源の中性点とバッテリの負極とを結ぶ接続線をさらに備える。接続線は、整流機構の外部に配置される。
【００１３】
好ましくは、回転装置は、交流で作動するモータで構成される。充電装置は、交流電源からの交流を受ける受電部と、受電部とモータとの通電および非通電を切り替える第１リレーと、受電部と交流端子との通電および非通電を切り替える第２リレーと、第１、第２リレーおよびモータを制御する制御装置とをさらに備える。制御装置は、交流電源を用いてバッテリを充電する場合、第１リレーを閉じてモータを作動させ、モータの回転速度が交流の電圧波形と同期した状態で第２リレーを閉じる。
【００１４】
好ましくは、バッテリおよび整流機構は、車両に備えられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、交流電源を用いて直流のバッテリを充電するための充電装置を低コストで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】充電装置を備えた車両の概略図（その１）である。
【図２】整流機構からバッテリに印加される電圧の波形を模式的に示す図（その１）である。
【図３】ＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】充電装置を備えた車両の概略図（その２）である。
【図５】接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗの配置の一例を示す図である。
【図６】整流機構からバッテリに印加される電圧の波形を模式的に示す図（その２）である。
【図７】整流機構にＬＣフィルタを設ける場合の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１８】
［実施の形態１］
図１は、本実施の形態１に従う充電装置を備えた車両１の概略図である。
【００１９】
車両１は、直流のバッテリ１０を備える。バッテリ１０は、代表的には、ニッケル水素またはリチウムイオン等の直流の二次電池から成る。車両１は、バッテリ１０に蓄えられた電力で図示しない走行用モータを駆動することによって走行する電動車両である。車両１は、駆動源としてモータのみを備える電気自動車であってもよいし、モータとエンジンとを備えるハイブリッド車両であってもよい。
【００２０】
車両１は、車両外部の交流電源２００からの交流を受電可能に構成される。なお、本実施の形態においては、交流電源２００が単相交流を出力する場合について説明する。
【００２１】
車両１は、交流電源２００から供給される交流でバッテリ１０を充電するための充電装置を備える。この充電装置は、整流機構２０、インレット３０、電力線Ｌ１，Ｌ２，Ｎ１，Ｎ２、交流端子３１，３２、モータ４０、ギヤ５０、正極端子１１、負極端子１２、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００を含む。
【００２２】
インレット３０は、交流電源２００から延びる充電ケーブルのコネクタ２１０に接続可能に構成され、交流電源２００からの交流電力を受ける。
【００２３】
コネクタ２１０がインレット３０に接続されると、交流電源２００からの交流電力が電力線Ｌ１，Ｎ１間に供給される。
【００２４】
交流端子３１は、電力線Ｌ１の端部に設けられる。交流端子３１は、ブラシ構造を有しており、整流機構２０の回転位置に応じて整流機構２０の接点板２１Ａおよび接点板２１Ｂのいずれかと接触する。
【００２５】
交流端子３２は、電力線Ｎ１の端部に設けられる。交流端子３２は、ブラシ構造を有しており、整流機構２０の回転位置に応じて整流機構２０の接点板２２Ａおよび接点板２２Ｂのいずれかと接触する。
【００２６】
電力線Ｌ２，Ｎ２は、それぞれ電力線Ｌ１，Ｎ１から分岐し、モータ４０に接続される。電力線Ｌ２上には、インレット３０とモータ４０との通電および非通電を切り替えるリレーＲＡが設けられる。電力線Ｌ１上には、インレット３０と交流端子３１との通電および非通電を切り替えるリレーＲＢが設けられる。
【００２７】
モータ４０は、電力線Ｌ２，Ｎ２を経由してインレット３０から供給される交流電力で作動される。モータ４０の出力トルクは、ギヤ５０を介して整流機構２０に伝達される。これにより、整流機構２０は、回転軸２５を中心として回転する。モータ４０の回転速度は、レゾルバ４１によって検出される。レゾルバ４１の検出結果はＥＣＵ１００に出力される。
【００２８】
ＥＣＵ１００は、電力線Ｌ２，Ｎ２を経由してインレット３０から交流電力がモータ４０に供給されると、モータ４０の回転速度を、整流機構２０をインレット３０からの交流電力の電圧波形と同期回転させる値（以下「基準速度」という）に制御する。なお、この制御は、ＥＣＵ１００ではなくモータ４０に組み込まれたドライブ回路が行なってもよい。モータ４０の回転速度が上述した基準速度に制御されることによって、整流機構２０は、交流電力の電圧波形と同期して回転される。たとえば、６０Ｈｚの交流電力である場合、モータ４０の回転速度が上述した基準速度に制御されることによって、整流機構２０も６０Ｈｚで回転される。
【００２９】
正極端子１１は、一方の端部がバッテリ１０の正極に固定接続される。正極端子１１の他方の端部は、ブラシ構造を有しており、整流機構２０の回転位置に応じて整流機構２０の接点板２３Ａおよび接点板２３Ｂのいずれかと接触する。
【００３０】
負極端子１２は、一方の端部がバッテリ１０の負極に固定接続される。負極端子１２の他方の端部は、ブラシ構造を有しており、整流機構２０の回転位置に応じて整流機構２０の接点板２４Ａおよび接点板２４Ｂのいずれかと接触する。
【００３１】
整流機構２０は、円筒形状を有し、回転軸２５を中心として回転可能に構成される。整流機構２０は、交流電圧波形に同期して回転することによって、交流電源２００から供給される交流を直流に整流してバッテリ１０に供給することで、バッテリ１０を充電する。以下、この点について詳細に説明する。
【００３２】
整流機構２０は、ブラシ構造を有する交流端子３１，３２および正極端子１１、負極端子１２の間に、これらの端子と接触するように配置される。整流機構２０は、回転することによって、正極端子１１および負極端子１２の接続先を、交流端子３１および交流端子３２の間で周期的に切り替える構成を有する。
【００３３】
整流機構２０は、交流端子３１，３２と対向する面（以下「交流対向面」ともいう）上に設けられた接点板２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂと、正極端子１１および負極端子１２と対向する面（以下「直流対向面」ともいう）上に設けられた接点板２３Ａ，２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂとを備える。
【００３４】
接点板２１Ａと接点板２１Ｂとは、交流対向面上における、回転軸２５を中心とする第１同心円上に配置される。接点板２２Ａと接点板２２Ｂとは、交流対向面上における、第１同心円よりも外側の第２同心円上に配置される。
【００３５】
接点板２３Ａと接点板２３Ｂとは、直流対向面上における、回転軸２５を中心とする第３同心円上に配置される。接点板２４Ａと接点板２４Ｂとは、直流対向面上における、第３同心円よりも外側の第４同心円上に配置される。
【００３６】
接点板２１Ａ，２２Ａはそれぞれ接点板２３Ａ，２４Ａと電気的に接続される。一方、接点板２１Ｂ，２２Ｂはそれぞれ接点板２４Ｂ，２３Ｂと電気的に接続される。
【００３７】
整流機構２０は、半回転ごとに、第１状態と第２状態との間で交互に切り替えられる。第１状態は、交流端子３１，３２がそれぞれ接点板２１Ａ，２２Ａと接触するとともに、正極端子１１および負極端子１２がそれぞれ接点板２３Ａ，２４Ａと接触する状態である。したがって、第１状態では、正極端子１１および負極端子１２の接続先がそれぞれ交流端子３１，３２となる（図１に示す状態）。一方、第２状態は、交流端子３１，３２がそれぞれ接点板２１Ｂ，２２Ｂと接触するとともに、正極端子１１および負極端子１２がそれぞれ接点板２３Ｂ，２４Ｂと接触する状態である。したがって、第２状態では、正極端子１１および負極端子１２の接続先が第１状態とは逆にそれぞれ交流端子３２，３１となる。
【００３８】
モータ４０は、交流の電圧波形と同期して回転することによって、交流の電圧波形の１周期のうち、交流端子３２の電位よりも交流端子３１の電位が高い期間は整流機構２０が上述の第１状態となるように整流機構２０を回転させ、交流端子３１の電位よりも交流端子３２の電位が高い期間は整流機構２０が上述の第２状態となるように整流機構２０を回転させる。これにより、交流電圧波形の位相に関わらず、正極端子１１の接続先が常に交流端子３１，３２のうちの電位が高い方となり、負極端子１２の接続先が常に電位の低い方となる。言い換えれば、正極端子１１（バッテリ１０の正極）の接続先が、交流端子３１，３２のうち電位がバッテリ１０の負極電位よりも高い方に切り替えられる。
【００３９】
図２は、整流機構２０を交流電圧波形と同期回転させた場合に整流機構２０からバッテリ１０に印加される電圧の波形を模式的に示す図である。整流機構２０が交流電圧波形と同期回転し整流機構２０の状態が半回転ごとに第１状態と第２状態との間で交互に切り替えられることによって、整流機構２０からバッテリ１０への印加される電圧の波形は、図２に示すように、交流電圧のうち負側の波形を正側に反転させた波形となる。その結果、整流機構２０からバッテリ１０に印加される電圧が直流電圧となり、バッテリ１０が充電される。
【００４０】
図３は、バッテリ１０を充電する場合のＥＣＵ１００の処理手順を示すフローチャートである。
【００４１】
Ｓ１０にて、ＥＣＵ１００は、コネクタ２１０がインレット３０に接続されたか否かを判定する。
【００４２】
コネクタ２１０がインレット３０に接続されると（Ｓ１０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、Ｓ１１にて、充電モードであるか否かを判定する。この判定は、たとえば、車両１が交流電源２００からの交流を受入可能な状態であるか否かに基づいて行なわれる。
【００４３】
充電モードであると（Ｓ１１にてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、Ｓ１２にてリレーＲＡを閉じる（オンする）。これにより、モータ４０にインレット３０から交流電力が供給され、モータ４０の作動が開始される。
【００４４】
その後、ＥＣＵ１００は、Ｓ１３にて、モータ４０の回転速度が上述した基準速度であるか否かを判定する。
【００４５】
モータ４０の回転速度が基準速度である場合（Ｓ１３にてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、Ｓ１４にてリレーＲＢを閉じる（オンする）。すなわち、ＥＣＵ１００は、リレーＲＡを閉じた後、モータ４０の回転速度が交流電圧波形と同期した状態でリレーＲＢを閉じる。これにより、整流機構２０が交流電圧波形と同期して回転している状態で、インレット３０からの交流を整流機構２０に供給することができる。そのため、整流機構２０からバッテリ１０に図２に示した直流電圧が印加され、バッテリ１０が充電される。
【００４６】
以上のように、実施の形態１に従う車両１は、交流電源２００からの単相交流を受けるインレット３０と直流のバッテリ１０とを結ぶ電力線上に、交流電圧波形に同期して回転する整流機構２０を備える。そして、その整流機構２０をモータ４０で交流電圧波形に同期して回転させることによって、単相交流を直流に整流してバッテリ１０を充電する。そのため、単相交流で直流のバッテリ１０を充電する大容量の充電装置をスイッチング素子などの半導体素子を用いることなく低コストで実現することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、交流端子３１，３２、正極端子１１、負極端子１２をブラシ構造として整流機構２０の各接点板に接触させる構成としたが、その逆に、整流機構２０の各接点板をブラシ構造として交流端子３１，３２、正極端子１１、負極端子１２に接触させるようにしてもよい。
【００４８】
また、本実施の形態では、充電装置を車両１に搭載する場合について説明したが、充電装置は必ずしも車両１に搭載されることに限定されない。たとえば、整流機構２０およびモータ４０を車両１の外部に設け、コネクタ２１０とインレット３０との間に接続するようにしてもよい。
【００４９】
［実施の形態２］
上述の実施の形態１では、単相の交流電源２００を用いてバッテリ１０を充電する充電装置について説明した。
【００５０】
これに対し、本実施の形態２では、多相（ここでは三相）の交流電源２００Ａを用いてバッテリ１０を充電する充電装置について説明する。
【００５１】
図４は、本実施の形態２に従う充電装置を備えた車両１Ａの概略図である。なお、車両１Ａの基本的な構造は、実施の形態１で説明した車両１と同じであるため、ここでの詳細な説明は繰り返さない。
【００５２】
車両１Ａは、三相の交流電源２００Ａを用いてバッテリ１０を充電するための充電装置として、整流機構２０Ａ、インレット３０Ａ、電力線ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１，ＬＵ２，ＬＶ２，ＬＷ２、中性線Ｎ３、交流相端子３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ、中性端子３２Ｎ、モータ４０Ａ、ギヤ５０、正極端子１１、負極端子１２、ＥＣＵ１００Ａを含む。
【００５３】
インレット３０Ａは、交流電源２００Ａから延びる充電ケーブルのコネクタ２１０Ａに接続可能に構成される。
【００５４】
コネクタ２１０Ａがインレット３０Ａに接続されると、交流電源２００Ａからの三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力がそれぞれ電力線ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１に供給される。
【００５５】
交流相端子３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗは、それぞれ電力線ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１の端部に設けられる。交流相端子３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗは、いずれもブラシ構造を有しており、それぞれ整流機構２０の接点板２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗのいずれかと常に接触する。
【００５６】
中性端子３２Ｎは、中性線Ｎ３の端部に設けられる。中性線Ｎ３および中性端子３２Ｎは、整流機構２０Ａの外部に配置される。中性端子３２Ｎは、負極端子１２に固定接続される。すなわち、本実施の形態では、負極端子１２の接続先（バッテリ１０の負極の接続先）を交流電源２００Ａの中性点に固定しておけばよいため、交流電源２００Ａの中性点とバッテリ１０の負極とを結ぶ接続線が整流機構２０Ａの外部に配置される。
【００５７】
電力線ＬＵ２，ＬＶ２，ＬＷ２は、それぞれ電力線ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１から分岐し、モータ４０Ａに接続される。電力線ＬＵ２，ＬＷ２上には、インレット３０Ａとモータ４０Ａとの通電および非通電を切り替えるリレーＲＡ１，ＲＡ２がそれぞれ設けられる。中性線Ｎ３上には、インレット３０Ａとバッテリ１０の負極との通電および非通電を切り替えるリレーＲＢＮが設けられる。
【００５８】
モータ４０Ａは、電力線ＬＵ２，ＬＶ２，ＬＷ２を経由してインレット３０Ａから供給される三相の交流電力で作動される。ＥＣＵ１００Ａは、モータ４０の回転速度を上述した基準速度に制御する。これにより、整流機構２０Ａは、交流電力の電圧波形と同期して回転される。
【００５９】
正極端子１１は、整流機構２０Ａの回転位置に応じて整流機構２０Ａの接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗのいずれかと接触する。
【００６０】
整流機構２０Ａは、円筒形状を有し、回転軸２５を中心として回転可能に構成される。整流機構２０Ａは、交流電圧波形に同期して回転することによって、交流電源２００Ａから供給される三相交流を直流に整流してバッテリ１０に供給することで、バッテリ１０を充電する。以下、この点について詳細に説明する。
【００６１】
整流機構２０Ａは、交流対向面上に設けられた接点板２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗと、直流対向面上に設けられた接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗとを備える。
【００６２】
交流相端子３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗは、ブラシ構造を有しており、整流機構２０Ａの回転位置に関わらずそれぞれ接点板２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗと常に接触するように配置される。
【００６３】
接点板２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗは、それぞれ接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗに電気的に接続される。
【００６４】
接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗは、整流機構２０Ａの回転位置に応じていずれか１つが正極端子１１に接触するように配置される。
【００６５】
図５は、接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗの配置の一例を示す図である。図５に示すように、接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗは、直流対向面上における、回転軸２５を中心とする同心円上に、略均等（略１２０度毎）に配置される。そして、整流機構２０Ａが回転することによって、正極端子１１の接続先は、接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗの順で順次切り替えられる。
【００６６】
図６は、整流機構２０Ａを交流電圧波形と同期回転させた場合に整流機構２０Ａからバッテリ１０に印加される電圧の波形を模式的に示す図である。整流機構２０Ａが交流電圧波形と同期回転し正極端子１１の接続先が接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗの順で順次切り替えられることによって、整流機構２０Ａからバッテリ１０への印加される電圧の波形は、図６に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相電圧（中性端子３２Ｎの電位を基準としたときの各交流相端子３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの相対電位）のうち正となる相電圧が選択されたような波形となる。その結果、整流機構２０Ａからバッテリ１０に印加される電圧が直流電圧となり、バッテリ１０が充電される。
【００６７】
なお、リレーＲＡ１，ＲＡ２，ＲＢＮの接続は、上述の実施の形態１と同様に行なえばよい。すなわち、コネクタ２１０Ａがインレット３０Ａに接続されると、まずリレーＲＡ１，ＲＡ２を閉じた後、モータ４０Ａの回転速度が交流電圧波形と同期した状態でリレーＲＢＮを閉じる。これにより、整流機構２０Ａが交流電圧波形と同期して回転している状態で、インレット３０Ａからの交流を整流機構２０Ａに供給することができる。
【００６８】
以上のように、本実施の形態２に従う車両１Ａは、交流電源２００Ａからの三相交流を受けるインレット３０Ａと直流のバッテリ１０とを結ぶ電力線上に、交流電圧波形に同期して回転する整流機構２０Ａを備える。そして、その整流機構２０Ａをモータ４０Ａで交流電圧波形に同期して回転させることによって、三相交流を直流に整流してバッテリ１０を充電する。そのため、三相交流で直流のバッテリ１０を充電する大容量の充電装置を低コストで実現することができる。
【００６９】
＜変形例＞
実施の形態１に従う整流機構２０あるいは実施の形態２に従う整流機構２０ＡにＬＣフィルタを設けるようにしてもよい。
【００７０】
図７は、実施の形態１に従う整流機構２０にＬＣフィルタ２６を設ける場合の構成を模式的に示す図である。このように、整流機構２０にＬＣフィルタ２６を設けることによって、バッテリ１０の充電時にバッテリ１０への突入電力を防止することができる。
【００７１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７２】
１，１Ａ 車両、１０ バッテリ、１１ 正極端子、１２ 負極端子、２０，２０Ａ 整流機構、２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ，２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗ，２４Ａ，２４Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂ 接点板、２５ 回転軸、２６ フィルタ、３０，３０Ａ インレット、３１，３２ 交流端子、３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ 交流相端子、３２Ｎ 中性端子、４０，４０Ａ モータ、５０ ギヤ、１００ ＥＣＵ、２００，２００Ａ 交流電源、２１０，２１０Ａ コネクタ、Ｌ１，Ｌ２，Ｎ１，Ｎ２，ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１，ＬＵ２，ＬＶ２，ＬＷ２ 電力線、Ｎ３ 中性線、ＲＡ，ＲＡ１，ＲＡ２，ＲＢ，ＲＢＮ リレー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源を用いて直流のバッテリを充電するための充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−６５４３３号公報（特許文献１）には、車両外部の交流電源を用いて直流の車載バッテリを充電するために、交流電源と車載バッテリとの間にスイッチング素子などの半導体素子を有する電力変換装置を設ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−６５４３３号公報
【特許文献２】特開２００９−１０６０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示すように、従来においては、交流電源を用いて直流のバッテリを充電するためには、スイッチング素子などの半導体素子を有する電力変換装置が必要であったため、コストの増加に繋がっていた。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、交流電源を用いて直流のバッテリを充電するための充電装置を低コストで実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る充電装置は、交流電源を用いて直流のバッテリを充電するための充電装置であって、交流電源からの交流をバッテリに供給するための交流端子と、バッテリに接続された直流端子と、交流端子および直流端子の間に交流端子および直流端子と接触するように配置され、回転することによって交流端子から供給される交流を直流に整流して直流端子に供給する整流機構と、整流機構を回転させる回転装置とを備える。
【０００７】
好ましくは、交流端子は、複数存在する。直流端子は、バッテリの正極に接続される正極端子を含む。整流機構は、交流の電圧波形と同期して回転することによって、正極端子の接続先を複数の交流端子のうち電位がバッテリの負極の電池よりも高い交流端子に切り替える。
【０００８】
好ましくは、交流電源は、単相の交流を出力する。交流端子は、単相の交流電圧が供給される第１端子および第２端子を含む。直流端子は、バッテリの正極に接続される正極端子と、バッテリの負極に接続される負極端子とを含む。整流機構の状態は、回転装置に回転させられることによって、正極端子および負極端子の接続先がそれぞれ第１端子および第２端子となる第１状態と、正極端子および負極端子の接続先がそれぞれ第２端子および第１端子となる第２状態との間で、交互に切り替えられる。
【０００９】
好ましくは、回転装置は、交流の電圧波形の１周期のうち、第２端子の電位よりも第１端子の電位が高い期間は整流機構が第１状態となるように整流機構を回転させ、第１端子の電位よりも第２端子の電位が高い期間は整流機構が第２状態となるように整流機構を回転させる。
【００１０】
好ましくは、交流電源は、多相の交流を出力する。交流端子は、多相の各交流電圧がそれぞれ供給される複数の相端子を含む。直流端子は、バッテリの正極に接続される正極端子を含む。整流機構は、回転することによって、正極端子の接続先を複数の相端子のいずれかに周期的に切り替える。
【００１１】
好ましくは、回転装置は、複数の相端子のうち電位がバッテリの負極の電位よりも高い相端子に正極端子の接続先を切り替えるように整流機構を回転させる。
【００１２】
好ましくは、充電装置は、交流電源の中性点とバッテリの負極とを結ぶ接続線をさらに備える。接続線は、整流機構の外部に配置される。
【００１３】
好ましくは、回転装置は、交流で作動するモータで構成される。充電装置は、交流電源からの交流を受ける受電部と、受電部とモータとの通電および非通電を切り替える第１リレーと、受電部と交流端子との通電および非通電を切り替える第２リレーと、第１、第２リレーおよびモータを制御する制御装置とをさらに備える。制御装置は、交流電源を用いてバッテリを充電する場合、第１リレーを閉じてモータを作動させ、モータの回転速度が交流の電圧波形と同期した状態で第２リレーを閉じる。
【００１４】
好ましくは、バッテリおよび整流機構は、車両に備えられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、交流電源を用いて直流のバッテリを充電するための充電装置を低コストで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】充電装置を備えた車両の概略図（その１）である。
【図２】整流機構からバッテリに印加される電圧の波形を模式的に示す図（その１）である。
【図３】ＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】充電装置を備えた車両の概略図（その２）である。
【図５】接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗの配置の一例を示す図である。
【図６】整流機構からバッテリに印加される電圧の波形を模式的に示す図（その２）である。
【図７】整流機構にＬＣフィルタを設ける場合の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１８】
［実施の形態１］
図１は、本実施の形態１に従う充電装置を備えた車両１の概略図である。
【００１９】
車両１は、直流のバッテリ１０を備える。バッテリ１０は、代表的には、ニッケル水素またはリチウムイオン等の直流の二次電池から成る。車両１は、バッテリ１０に蓄えられた電力で図示しない走行用モータを駆動することによって走行する電動車両である。車両１は、駆動源としてモータのみを備える電気自動車であってもよいし、モータとエンジンとを備えるハイブリッド車両であってもよい。
【００２０】
車両１は、車両外部の交流電源２００からの交流を受電可能に構成される。なお、本実施の形態においては、交流電源２００が単相交流を出力する場合について説明する。
【００２１】
車両１は、交流電源２００から供給される交流でバッテリ１０を充電するための充電装置を備える。この充電装置は、整流機構２０、インレット３０、電力線Ｌ１，Ｌ２，Ｎ１，Ｎ２、交流端子３１，３２、モータ４０、ギヤ５０、正極端子１１、負極端子１２、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００を含む。
【００２２】
インレット３０は、交流電源２００から延びる充電ケーブルのコネクタ２１０に接続可能に構成され、交流電源２００からの交流電力を受ける。
【００２３】
コネクタ２１０がインレット３０に接続されると、交流電源２００からの交流電力が電力線Ｌ１，Ｎ１間に供給される。
【００２４】
交流端子３１は、電力線Ｌ１の端部に設けられる。交流端子３１は、ブラシ構造を有しており、整流機構２０の回転位置に応じて整流機構２０の接点板２１Ａおよび接点板２１Ｂのいずれかと接触する。
【００２５】
交流端子３２は、電力線Ｎ１の端部に設けられる。交流端子３２は、ブラシ構造を有しており、整流機構２０の回転位置に応じて整流機構２０の接点板２２Ａおよび接点板２２Ｂのいずれかと接触する。
【００２６】
電力線Ｌ２，Ｎ２は、それぞれ電力線Ｌ１，Ｎ１から分岐し、モータ４０に接続される。電力線Ｌ２上には、インレット３０とモータ４０との通電および非通電を切り替えるリレーＲＡが設けられる。電力線Ｌ１上には、インレット３０と交流端子３１との通電および非通電を切り替えるリレーＲＢが設けられる。
【００２７】
モータ４０は、電力線Ｌ２，Ｎ２を経由してインレット３０から供給される交流電力で作動される。モータ４０の出力トルクは、ギヤ５０を介して整流機構２０に伝達される。これにより、整流機構２０は、回転軸２５を中心として回転する。モータ４０の回転速度は、レゾルバ４１によって検出される。レゾルバ４１の検出結果はＥＣＵ１００に出力される。
【００２８】
ＥＣＵ１００は、電力線Ｌ２，Ｎ２を経由してインレット３０から交流電力がモータ４０に供給されると、モータ４０の回転速度を、整流機構２０をインレット３０からの交流電力の電圧波形と同期回転させる値（以下「基準速度」という）に制御する。なお、この制御は、ＥＣＵ１００ではなくモータ４０に組み込まれたドライブ回路が行なってもよい。モータ４０の回転速度が上述した基準速度に制御されることによって、整流機構２０は、交流電力の電圧波形と同期して回転される。たとえば、６０Ｈｚの交流電力である場合、モータ４０の回転速度が上述した基準速度に制御されることによって、整流機構２０も６０Ｈｚで回転される。
【００２９】
正極端子１１は、一方の端部がバッテリ１０の正極に固定接続される。正極端子１１の他方の端部は、ブラシ構造を有しており、整流機構２０の回転位置に応じて整流機構２０の接点板２３Ａおよび接点板２３Ｂのいずれかと接触する。
【００３０】
負極端子１２は、一方の端部がバッテリ１０の負極に固定接続される。負極端子１２の他方の端部は、ブラシ構造を有しており、整流機構２０の回転位置に応じて整流機構２０の接点板２４Ａおよび接点板２４Ｂのいずれかと接触する。
【００３１】
整流機構２０は、円筒形状を有し、回転軸２５を中心として回転可能に構成される。整流機構２０は、交流電圧波形に同期して回転することによって、交流電源２００から供給される交流を直流に整流してバッテリ１０に供給することで、バッテリ１０を充電する。以下、この点について詳細に説明する。
【００３２】
整流機構２０は、ブラシ構造を有する交流端子３１，３２および正極端子１１、負極端子１２の間に、これらの端子と接触するように配置される。整流機構２０は、回転することによって、正極端子１１および負極端子１２の接続先を、交流端子３１および交流端子３２の間で周期的に切り替える構成を有する。
【００３３】
整流機構２０は、交流端子３１，３２と対向する面（以下「交流対向面」ともいう）上に設けられた接点板２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂと、正極端子１１および負極端子１２と対向する面（以下「直流対向面」ともいう）上に設けられた接点板２３Ａ，２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂとを備える。
【００３４】
接点板２１Ａと接点板２１Ｂとは、交流対向面上における、回転軸２５を中心とする第１同心円上に配置される。接点板２２Ａと接点板２２Ｂとは、交流対向面上における、第１同心円よりも外側の第２同心円上に配置される。
【００３５】
接点板２３Ａと接点板２３Ｂとは、直流対向面上における、回転軸２５を中心とする第３同心円上に配置される。接点板２４Ａと接点板２４Ｂとは、直流対向面上における、第３同心円よりも外側の第４同心円上に配置される。
【００３６】
接点板２１Ａ，２２Ａはそれぞれ接点板２３Ａ，２４Ａと電気的に接続される。一方、接点板２１Ｂ，２２Ｂはそれぞれ接点板２４Ｂ，２３Ｂと電気的に接続される。
【００３７】
整流機構２０は、半回転ごとに、第１状態と第２状態との間で交互に切り替えられる。第１状態は、交流端子３１，３２がそれぞれ接点板２１Ａ，２２Ａと接触するとともに、正極端子１１および負極端子１２がそれぞれ接点板２３Ａ，２４Ａと接触する状態である。したがって、第１状態では、正極端子１１および負極端子１２の接続先がそれぞれ交流端子３１，３２となる（図１に示す状態）。一方、第２状態は、交流端子３１，３２がそれぞれ接点板２１Ｂ，２２Ｂと接触するとともに、正極端子１１および負極端子１２がそれぞれ接点板２３Ｂ，２４Ｂと接触する状態である。したがって、第２状態では、正極端子１１および負極端子１２の接続先が第１状態とは逆にそれぞれ交流端子３２，３１となる。
【００３８】
モータ４０は、交流の電圧波形と同期して回転することによって、交流の電圧波形の１周期のうち、交流端子３２の電位よりも交流端子３１の電位が高い期間は整流機構２０が上述の第１状態となるように整流機構２０を回転させ、交流端子３１の電位よりも交流端子３２の電位が高い期間は整流機構２０が上述の第２状態となるように整流機構２０を回転させる。これにより、交流電圧波形の位相に関わらず、正極端子１１の接続先が常に交流端子３１，３２のうちの電位が高い方となり、負極端子１２の接続先が常に電位の低い方となる。言い換えれば、正極端子１１（バッテリ１０の正極）の接続先が、交流端子３１，３２のうち電位がバッテリ１０の負極電位よりも高い方に切り替えられる。
【００３９】
図２は、整流機構２０を交流電圧波形と同期回転させた場合に整流機構２０からバッテリ１０に印加される電圧の波形を模式的に示す図である。整流機構２０が交流電圧波形と同期回転し整流機構２０の状態が半回転ごとに第１状態と第２状態との間で交互に切り替えられることによって、整流機構２０からバッテリ１０への印加される電圧の波形は、図２に示すように、交流電圧のうち負側の波形を正側に反転させた波形となる。その結果、整流機構２０からバッテリ１０に印加される電圧が直流電圧となり、バッテリ１０が充電される。
【００４０】
図３は、バッテリ１０を充電する場合のＥＣＵ１００の処理手順を示すフローチャートである。
【００４１】
Ｓ１０にて、ＥＣＵ１００は、コネクタ２１０がインレット３０に接続されたか否かを判定する。
【００４２】
コネクタ２１０がインレット３０に接続されると（Ｓ１０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、Ｓ１１にて、充電モードであるか否かを判定する。この判定は、たとえば、車両１が交流電源２００からの交流を受入可能な状態であるか否かに基づいて行なわれる。
【００４３】
充電モードであると（Ｓ１１にてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、Ｓ１２にてリレーＲＡを閉じる（オンする）。これにより、モータ４０にインレット３０から交流電力が供給され、モータ４０の作動が開始される。
【００４４】
その後、ＥＣＵ１００は、Ｓ１３にて、モータ４０の回転速度が上述した基準速度であるか否かを判定する。
【００４５】
モータ４０の回転速度が基準速度である場合（Ｓ１３にてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、Ｓ１４にてリレーＲＢを閉じる（オンする）。すなわち、ＥＣＵ１００は、リレーＲＡを閉じた後、モータ４０の回転速度が交流電圧波形と同期した状態でリレーＲＢを閉じる。これにより、整流機構２０が交流電圧波形と同期して回転している状態で、インレット３０からの交流を整流機構２０に供給することができる。そのため、整流機構２０からバッテリ１０に図２に示した直流電圧が印加され、バッテリ１０が充電される。
【００４６】
以上のように、実施の形態１に従う車両１は、交流電源２００からの単相交流を受けるインレット３０と直流のバッテリ１０とを結ぶ電力線上に、交流電圧波形に同期して回転する整流機構２０を備える。そして、その整流機構２０をモータ４０で交流電圧波形に同期して回転させることによって、単相交流を直流に整流してバッテリ１０を充電する。そのため、単相交流で直流のバッテリ１０を充電する大容量の充電装置をスイッチング素子などの半導体素子を用いることなく低コストで実現することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、交流端子３１，３２、正極端子１１、負極端子１２をブラシ構造として整流機構２０の各接点板に接触させる構成としたが、その逆に、整流機構２０の各接点板をブラシ構造として交流端子３１，３２、正極端子１１、負極端子１２に接触させるようにしてもよい。
【００４８】
また、本実施の形態では、充電装置を車両１に搭載する場合について説明したが、充電装置は必ずしも車両１に搭載されることに限定されない。たとえば、整流機構２０およびモータ４０を車両１の外部に設け、コネクタ２１０とインレット３０との間に接続するようにしてもよい。
【００４９】
［実施の形態２］
上述の実施の形態１では、単相の交流電源２００を用いてバッテリ１０を充電する充電装置について説明した。
【００５０】
これに対し、本実施の形態２では、多相（ここでは三相）の交流電源２００Ａを用いてバッテリ１０を充電する充電装置について説明する。
【００５１】
図４は、本実施の形態２に従う充電装置を備えた車両１Ａの概略図である。なお、車両１Ａの基本的な構造は、実施の形態１で説明した車両１と同じであるため、ここでの詳細な説明は繰り返さない。
【００５２】
車両１Ａは、三相の交流電源２００Ａを用いてバッテリ１０を充電するための充電装置として、整流機構２０Ａ、インレット３０Ａ、電力線ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１，ＬＵ２，ＬＶ２，ＬＷ２、中性線Ｎ３、交流相端子３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ、中性端子３２Ｎ、モータ４０Ａ、ギヤ５０、正極端子１１、負極端子１２、ＥＣＵ１００Ａを含む。
【００５３】
インレット３０Ａは、交流電源２００Ａから延びる充電ケーブルのコネクタ２１０Ａに接続可能に構成される。
【００５４】
コネクタ２１０Ａがインレット３０Ａに接続されると、交流電源２００Ａからの三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力がそれぞれ電力線ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１に供給される。
【００５５】
交流相端子３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗは、それぞれ電力線ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１の端部に設けられる。交流相端子３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗは、いずれもブラシ構造を有しており、それぞれ整流機構２０の接点板２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗのいずれかと常に接触する。
【００５６】
中性端子３２Ｎは、中性線Ｎ３の端部に設けられる。中性線Ｎ３および中性端子３２Ｎは、整流機構２０Ａの外部に配置される。中性端子３２Ｎは、負極端子１２に固定接続される。すなわち、本実施の形態では、負極端子１２の接続先（バッテリ１０の負極の接続先）を交流電源２００Ａの中性点に固定しておけばよいため、交流電源２００Ａの中性点とバッテリ１０の負極とを結ぶ接続線が整流機構２０Ａの外部に配置される。
【００５７】
電力線ＬＵ２，ＬＶ２，ＬＷ２は、それぞれ電力線ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１から分岐し、モータ４０Ａに接続される。電力線ＬＵ２，ＬＷ２上には、インレット３０Ａとモータ４０Ａとの通電および非通電を切り替えるリレーＲＡ１，ＲＡ２がそれぞれ設けられる。中性線Ｎ３上には、インレット３０Ａとバッテリ１０の負極との通電および非通電を切り替えるリレーＲＢＮが設けられる。
【００５８】
モータ４０Ａは、電力線ＬＵ２，ＬＶ２，ＬＷ２を経由してインレット３０Ａから供給される三相の交流電力で作動される。ＥＣＵ１００Ａは、モータ４０の回転速度を上述した基準速度に制御する。これにより、整流機構２０Ａは、交流電力の電圧波形と同期して回転される。
【００５９】
正極端子１１は、整流機構２０Ａの回転位置に応じて整流機構２０Ａの接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗのいずれかと接触する。
【００６０】
整流機構２０Ａは、円筒形状を有し、回転軸２５を中心として回転可能に構成される。整流機構２０Ａは、交流電圧波形に同期して回転することによって、交流電源２００Ａから供給される三相交流を直流に整流してバッテリ１０に供給することで、バッテリ１０を充電する。以下、この点について詳細に説明する。
【００６１】
整流機構２０Ａは、交流対向面上に設けられた接点板２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗと、直流対向面上に設けられた接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗとを備える。
【００６２】
交流相端子３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗは、ブラシ構造を有しており、整流機構２０Ａの回転位置に関わらずそれぞれ接点板２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗと常に接触するように配置される。
【００６３】
接点板２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗは、それぞれ接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗに電気的に接続される。
【００６４】
接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗは、整流機構２０Ａの回転位置に応じていずれか１つが正極端子１１に接触するように配置される。
【００６５】
図５は、接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗの配置の一例を示す図である。図５に示すように、接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗは、直流対向面上における、回転軸２５を中心とする同心円上に、略均等（略１２０度毎）に配置される。そして、整流機構２０Ａが回転することによって、正極端子１１の接続先は、接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗの順で順次切り替えられる。
【００６６】
図６は、整流機構２０Ａを交流電圧波形と同期回転させた場合に整流機構２０Ａからバッテリ１０に印加される電圧の波形を模式的に示す図である。整流機構２０Ａが交流電圧波形と同期回転し正極端子１１の接続先が接点板２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗの順で順次切り替えられることによって、整流機構２０Ａからバッテリ１０への印加される電圧の波形は、図６に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相電圧（中性端子３２Ｎの電位を基準としたときの各交流相端子３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの相対電位）のうち正となる相電圧が選択されたような波形となる。その結果、整流機構２０Ａからバッテリ１０に印加される電圧が直流電圧となり、バッテリ１０が充電される。
【００６７】
なお、リレーＲＡ１，ＲＡ２，ＲＢＮの接続は、上述の実施の形態１と同様に行なえばよい。すなわち、コネクタ２１０Ａがインレット３０Ａに接続されると、まずリレーＲＡ１，ＲＡ２を閉じた後、モータ４０Ａの回転速度が交流電圧波形と同期した状態でリレーＲＢＮを閉じる。これにより、整流機構２０Ａが交流電圧波形と同期して回転している状態で、インレット３０Ａからの交流を整流機構２０Ａに供給することができる。
【００６８】
以上のように、本実施の形態２に従う車両１Ａは、交流電源２００Ａからの三相交流を受けるインレット３０Ａと直流のバッテリ１０とを結ぶ電力線上に、交流電圧波形に同期して回転する整流機構２０Ａを備える。そして、その整流機構２０Ａをモータ４０Ａで交流電圧波形に同期して回転させることによって、三相交流を直流に整流してバッテリ１０を充電する。そのため、三相交流で直流のバッテリ１０を充電する大容量の充電装置を低コストで実現することができる。
【００６９】
＜変形例＞
実施の形態１に従う整流機構２０あるいは実施の形態２に従う整流機構２０ＡにＬＣフィルタを設けるようにしてもよい。
【００７０】
図７は、実施の形態１に従う整流機構２０にＬＣフィルタ２６を設ける場合の構成を模式的に示す図である。このように、整流機構２０にＬＣフィルタ２６を設けることによって、バッテリ１０の充電時にバッテリ１０への突入電力を防止することができる。
【００７１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７２】
１，１Ａ 車両、１０ バッテリ、１１ 正極端子、１２ 負極端子、２０，２０Ａ 整流機構、２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ，２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗ，２４Ａ，２４Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂ 接点板、２５ 回転軸、２６ フィルタ、３０，３０Ａ インレット、３１，３２ 交流端子、３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ 交流相端子、３２Ｎ 中性端子、４０，４０Ａ モータ、５０ ギヤ、１００ ＥＣＵ、２００，２００Ａ 交流電源、２１０，２１０Ａ コネクタ、Ｌ１，Ｌ２，Ｎ１，Ｎ２，ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１，ＬＵ２，ＬＶ２，ＬＷ２ 電力線、Ｎ３ 中性線、ＲＡ，ＲＡ１，ＲＡ２，ＲＢ，ＲＢＮ リレー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を用いて直流のバッテリを充電するための充電装置であって、
前記交流電源からの交流を前記バッテリに供給するための交流端子と、
前記バッテリに接続された直流端子と、
前記交流端子および前記直流端子の間に前記交流端子および前記直流端子と接触するように配置され、回転することによって前記交流端子から供給される前記交流を直流に整流して前記直流端子に供給する整流機構と、
前記整流機構を回転させる回転装置とを備える、充電装置。
【請求項２】
前記交流端子は、複数存在し、
前記直流端子は、前記バッテリの正極に接続される正極端子を含み、
前記整流機構は、前記交流の電圧波形と同期して回転することによって、前記正極端子の接続先を複数の前記交流端子のうち電位が前記バッテリの負極の電池よりも高い交流端子に切り替える、請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記交流電源は、単相の交流を出力し、
前記交流端子は、前記単相の交流電圧が供給される第１端子および第２端子を含み、
前記直流端子は、前記バッテリの正極に接続される正極端子と、前記バッテリの負極に接続される負極端子とを含み、
前記整流機構の状態は、前記回転装置に回転させられることによって、前記正極端子および前記負極端子の接続先がそれぞれ前記第１端子および前記第２端子となる第１状態と、前記正極端子および前記負極端子の接続先がそれぞれ前記第２端子および前記第１端子となる第２状態との間で、交互に切り替えられる、請求項１に記載の充電装置。
【請求項４】
前記回転装置は、前記交流の電圧波形の１周期のうち、前記第２端子の電位よりも前記第１端子の電位が高い期間は前記整流機構が前記第１状態となるように前記整流機構を回転させ、前記第１端子の電位よりも前記第２端子の電位が高い期間は前記整流機構が前記第２状態となるように前記整流機構を回転させる、請求項３に記載の充電装置。
【請求項５】
前記交流電源は、多相の交流を出力し、
前記交流端子は、前記多相の各交流電圧がそれぞれ供給される複数の相端子を含み、
前記直流端子は、前記バッテリの正極に接続される正極端子を含み、
前記整流機構は、回転することによって、前記正極端子の接続先を前記複数の相端子のいずれかに周期的に切り替える、請求項１に記載の充電装置。
【請求項６】
前記回転装置は、前記複数の相端子のうち電位が前記バッテリの負極の電位よりも高い相端子に前記正極端子の接続先を切り替えるように前記整流機構を回転させる、請求項５に記載の充電装置。
【請求項７】
前記充電装置は、前記交流電源の中性点と前記バッテリの負極とを結ぶ接続線をさらに備え、
前記接続線は、前記整流機構の外部に配置される、請求項５に記載の充電装置。
【請求項８】
前記回転装置は、交流で作動するモータで構成され、
前記充電装置は、
前記交流電源からの前記交流を受ける受電部と、
前記受電部と前記モータとの通電および非通電を切り替える第１リレーと、
前記受電部と前記交流端子との通電および非通電を切り替える第２リレーと、
前記第１、第２リレーおよび前記モータを制御する制御装置とをさらに備え、
前記制御装置は、前記交流電源を用いて前記バッテリを充電する場合、前記第１リレーを閉じて前記モータを作動させ、前記モータの回転速度が前記交流の電圧波形と同期した状態で前記第２リレーを閉じる、請求項１に記載の充電装置。
【請求項９】
前記バッテリおよび前記整流機構は、車両に備えられる、請求項１に記載の充電装置。
【請求項１】
交流電源を用いて直流のバッテリを充電するための充電装置であって、
前記交流電源からの交流を前記バッテリに供給するための交流端子と、
前記バッテリに接続された直流端子と、
前記交流端子および前記直流端子の間に前記交流端子および前記直流端子と接触するように配置され、回転することによって前記交流端子から供給される前記交流を直流に整流して前記直流端子に供給する整流機構と、
前記整流機構を回転させる回転装置とを備える、充電装置。
【請求項２】
前記交流端子は、複数存在し、
前記直流端子は、前記バッテリの正極に接続される正極端子を含み、
前記整流機構は、前記交流の電圧波形と同期して回転することによって、前記正極端子の接続先を複数の前記交流端子のうち電位が前記バッテリの負極の電池よりも高い交流端子に切り替える、請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記交流電源は、単相の交流を出力し、
前記交流端子は、前記単相の交流電圧が供給される第１端子および第２端子を含み、
前記直流端子は、前記バッテリの正極に接続される正極端子と、前記バッテリの負極に接続される負極端子とを含み、
前記整流機構の状態は、前記回転装置に回転させられることによって、前記正極端子および前記負極端子の接続先がそれぞれ前記第１端子および前記第２端子となる第１状態と、前記正極端子および前記負極端子の接続先がそれぞれ前記第２端子および前記第１端子となる第２状態との間で、交互に切り替えられる、請求項１に記載の充電装置。
【請求項４】
前記回転装置は、前記交流の電圧波形の１周期のうち、前記第２端子の電位よりも前記第１端子の電位が高い期間は前記整流機構が前記第１状態となるように前記整流機構を回転させ、前記第１端子の電位よりも前記第２端子の電位が高い期間は前記整流機構が前記第２状態となるように前記整流機構を回転させる、請求項３に記載の充電装置。
【請求項５】
前記交流電源は、多相の交流を出力し、
前記交流端子は、前記多相の各交流電圧がそれぞれ供給される複数の相端子を含み、
前記直流端子は、前記バッテリの正極に接続される正極端子を含み、
前記整流機構は、回転することによって、前記正極端子の接続先を前記複数の相端子のいずれかに周期的に切り替える、請求項１に記載の充電装置。
【請求項６】
前記回転装置は、前記複数の相端子のうち電位が前記バッテリの負極の電位よりも高い相端子に前記正極端子の接続先を切り替えるように前記整流機構を回転させる、請求項５に記載の充電装置。
【請求項７】
前記充電装置は、前記交流電源の中性点と前記バッテリの負極とを結ぶ接続線をさらに備え、
前記接続線は、前記整流機構の外部に配置される、請求項５に記載の充電装置。
【請求項８】
前記回転装置は、交流で作動するモータで構成され、
前記充電装置は、
前記交流電源からの前記交流を受ける受電部と、
前記受電部と前記モータとの通電および非通電を切り替える第１リレーと、
前記受電部と前記交流端子との通電および非通電を切り替える第２リレーと、
前記第１、第２リレーおよび前記モータを制御する制御装置とをさらに備え、
前記制御装置は、前記交流電源を用いて前記バッテリを充電する場合、前記第１リレーを閉じて前記モータを作動させ、前記モータの回転速度が前記交流の電圧波形と同期した状態で前記第２リレーを閉じる、請求項１に記載の充電装置。
【請求項９】
前記バッテリおよび前記整流機構は、車両に備えられる、請求項１に記載の充電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−３８９０５（Ｐ２０１３−３８９０５Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７２７２５（Ｐ２０１１−１７２７２５）
【出願日】平成２３年８月８日（２０１１．８．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月８日（２０１１．８．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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