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公開番号2025098970
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-02
出願番号2024219023
出願日2024-12-13
発明の名称中電圧システムのスイッチ駆動のための無線電源供給装置及びその製造方法
出願人ソウル市立大学産学協力団
代理人TRY国際弁理士法人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250625BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】25kVの中電圧システムのスイッチ駆動に必要な絶縁された電源を供給する。
【解決手段】一実施形態による中電圧システムのスイッチ駆動のための無線電源供給装置は、入力電源を交流電源に変換するための高周波変換部と、前記高周波変換部と連結されて交流電源を用いて交流磁場を生成するための給電コイルと、前記給電コイルを包む第1の絶縁構造物と、前記給電コイルと所定間隔だけ離間して前記絶縁コイルから放射される交流磁場によって交流電力を生成するための集電コイルと、前記集電コイルを包む第2の絶縁構造物と、前記集電コイルに連結されて交流電力を直流電力に整流及び変換するための電力変換部と、を含み、前記第1及び第2の絶縁構造物は、前記給電コイルおよび前記集電コイルを絶縁材で包む第1のモールド部と、前記第1のモールド部の表面に導電性物質によって塗布される第1の導電性コーティング層と、を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
入力電源（１１）を交流電源に変換するための高周波変換部（１０）と、
前記高周波変換部（１０）と連結されて交流電源を用いて交流磁場を生成するための給電コイル（２０）と、
前記給電コイル（２０）を包む第１の絶縁構造物（３０）と、
前記給電コイル（２０）と所定間隔だけ離間して絶縁コイルから放射される交流磁場によって交流電力を生成するための集電コイル（４０）と、
前記集電コイル（４０）を包む第２の絶縁構造物（５０）と、
前記集電コイル（４０）に連結されて交流電力を直流電力に整流及び変換するための電力変換部（６０）と、を含んでなり、
前記第１及び第２の絶縁構造物（５０）は、
前記給電コイル（２０）及び前記集電コイル（４０）を絶縁材で包む第１のモールド部（３１）（５１）と、
前記第１のモールド部（３１）（５１）の表面に導電性物質によって塗布される第１の導電性コーティング層と、を含んでなることを特徴とする、中電圧システムのスイッチ駆動のための無線電源供給装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記給電コイル（２０）及び前記集電コイル（４０）は、
Ｉ字形の第１及び第２のコア（２１）（４１）と、
前記第１及び第２のコア（２１）（４１）に巻線される第１及び第２のコイル（２３）（４３）と、を含んでなり、
前記第１及び第２のコア（２１）（４１）は、フェライトコア、鉄心コア及び磁性粉末コアのいずれか一つで構成され、
前記第１及び第２のコイル（２３）（４３）は、リッツ線またはマグネットワイヤで構成されることを特徴とする、請求項１に記載の中電圧システムのスイッチ駆動のための無線電源供給装置。
【請求項３】
前記給電コイル（２０）と前記集電コイル（４０）との間の間隙は２ｃｍであることを特徴とする、請求項１に記載の中電圧システムのスイッチ駆動のための無線電源供給装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の絶縁構造物（３０）（５０）の第１のモールド部（３１）（５１）には、前記給電コイル（２０）と前記高周波変換部（１０）とを連結し、前記集電コイル（４０）と前記電力変換部（６０）とを連結するための第１及び第２の引き出し部（２９）（４９）がモールドされることを特徴とする、請求項１に記載の中電圧システムのスイッチ駆動のための無線電源供給装置。
【請求項５】
前記第２の絶縁構造物（５０）は、前記集電コイル（４０）の第２の引き出し部（４９）が延びるように前記集電コイル（４０）の第１のモールド部（５１）を包む第２のモールド部（５３）をさらに含み、
前記第２のモールド部（５３）の表面は、導電性物質を塗布して形成される第２の導電性コーティング層を含むことを特徴とする、請求項４に記載の中電圧システムのスイッチ駆動のための無線電源供給装置。
【請求項６】
前記第２のモールド部（５３）には、前記集電コイル（４０）の第２の引き出し部（４９）を支持するための支持部材（５３ａ）がさらに具備されることを特徴とする、請求項５に記載の中電圧システムのスイッチ駆動のための無線電源供給装置。
【請求項７】
前記第２の絶縁構造物（５０）は、前記第２のモールド部（５３）に連結され、前記集電コイル（４０）の第２の引き出し部（４９）の長さに沿って形成される第３のモールド部（５５）をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の中電圧システムのスイッチ駆動のための無線電源供給装置。
【請求項８】
前記第３のモールド部（５５）の端部には前記集電コイル（４０）の第２の引き出し部（４９）が露出する銅板（５７）がさらに具備されることを特徴とする、請求項７に記載の中電圧システムのスイッチ駆動のための無線電源供給装置。
【請求項９】
給電コイル（２０）及び集電コイル（４０）のための第１及び第２の絶縁構造物（３０、５０）の成形による無線電源供給装置の製造方法であって、
（ａ）給電コイル（２０）および集電コイル（４０）を絶縁材で包む第１のモールド部（３１、５１）を成形するための１次モールド段階（Ｓ１００）と、
（ｂ）前記給電コイル（２０）及び前記集電コイル（４０）の第１のモールド部（３１、５１）の表面に導電性物質を塗布して第１の導電性コーティング層を形成するための１次塗布段階（Ｓ２００）と、
（ｃ）前記集電コイル（４０）に結合される第２の引き出し部（４９）が延び、前記第１のモールド部（５１）を絶縁材で包む第２のモールド部（５３）を成形するための２次モールド段階（Ｓ３００）と、
（ｄ）前記第２のモールド部（５３）の表面に導電性物質を塗布して第２の導電性コーティング層を形成するための２次塗布段階（Ｓ４００）と、
（ｅ）前記第２のモールド部（５３）に絶縁材が連結され、前記第２の引き出し部（４９）の長さに沿って第３のモールド部（５５）を成形するための３次モールド段階（Ｓ５００）と、
を含んでなることを特徴とする中電圧システムのスイッチ駆動のための無線電源供給装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第３のモールド部（５５）の端部には、前記集電コイル（４０）の第２の引き出し部（４９）が露出する銅板（５７）がさらに具備されることを特徴とする、請求項９に記載の中電圧システムのスイッチ駆動のための無線電源供給装置の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理的に離間している給電コイル及び集電コイルを用いることで、中電圧、すなわち７０ｋＶ水準の高い絶縁耐力を確保することにより、２５ｋＶの中電圧システムのスイッチ駆動に必要な絶縁された電源を供給することができる中電圧システムのスイッチ駆動のための無線電源供給装置及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
電力変換に用いられるＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子を駆動するためには、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴのゲート（Ｇａｔｅ）電圧を制御することができるスイッチ駆動装置（回路）が用いられる。
【０００３】
一般に、スイッチ駆動回路の電気的基準電位は、半導体スイッチング素子のソース（Ｓｏｕｒｃｅ）端子の電位に連結される。スイッチのＯｎ／Ｏｆｆ状態によってスイッチング素子のソース端子の電位は速やかに変わることができる。したがって、スイッチ駆動回路には独立した絶縁電圧が必要である。
【０００４】
従来のスイッチング駆動回路に供給される絶縁電圧源は、絶縁型変圧器を用いたＤＣ／ＤＣコンバーターを介して供給される。これに用いられる変圧器は、一次、二次側変圧器の巻線（あるいは通常の変圧器の巻線の役割をするＰＣＢのパターン）の間に変圧器コアを介在して発生する寄生キャパシタンスを有するが、該寄生キャパシタンスは、変圧器の一次側電圧と二次側電圧のコモンモード電圧（ＣｏｍｍｏｎＭｏｄｅＶｏｌｔａｇｅ）によるコモンモード電流（ＣｏｍｍｏｎＭｏｄｅＣｕｒｒｅｎｔ）が流れる経路として作用する。
【０００５】
コモンモード電流は、スイッチ駆動回路で半導体スイッチング素子を駆動する信号の歪みを発生させることができる。スイッチング信号の歪みは、半導体スイッチング素子の誤動作を引き起こすようになって半導体スイッチング素子を焼損させる恐れがある。
【０００６】
近年、電力用半導体技術の発達に伴い、ＳｉＣ半導体スイッチング素子の商用化が急激に行われている。ＳｉＣ半導体スイッチング素子は、従来のＳｉ半導体スイッチング素子に比べて高い耐電圧特性及び低い導通抵抗などの特性を有する。したがって、ＳｉＣ半導体スイッチング素子は、スイッチング損失と導通損失の点からＳｉ半導体スイッチング素子に比べて非常に良好な特性を有する。
【０００７】
しかしながら、ＳｉＣ半導体スイッチング素子の高速スイッチング特性は、高い単位時間あたりの電圧変化量（高いｄＶ／ｄｔ特性）を有するようになり、これはＳｉＣ半導体素子の駆動回路の点からは前述した一次側、二次側巻線の間の寄生キャパシタンスを介してコモンモード電流が多く流れることができるというデメリットとして現れる。
【０００８】
スイッチ駆動回路においてコモンモード電流を減らすためには、絶縁型変圧器の一次側、二次側両端に認められる寄生キャパシタンスを最小化しなければならない。したがって、変圧器の一次側、二次側の寄生キャパシタンスを減らすための変圧器の設計に関する研究が盛んに発表されつつある。
【０００９】
半導体スイッチング素子を駆動するスイッチ駆動回路において、絶縁電圧を供給するための絶縁型変圧器の寄生キャパシタンスを減らす最も一般的な方法は、一次側、二次側巻線と変圧器コアとの間隔を最大限伸ばすことである。巻線とコアとの間の面積を減らすとともに、一次側巻線と二次側巻線との間の距離も最大限大きく設計する。
【００１０】
このようなアプローチは、絶縁型変圧器の大きさを増加させてしまう不可避的結果をもたらし、変圧器の大きさの増加は、スイッチ駆動回路の大きさを増加させるようになり、これはコストとシステムの信頼性の面で不利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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