JP5843299B1 - インバータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組み付け性の向上を図ることが可能なインバータ駆動装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明のインバータ駆動装置を適用したモータ駆動装置１０は、インバータ回路２１に用いられる複数のＩＧＢＴ２３及び各ＩＧＢＴを駆動するゲート駆動回路３１を備えたスイッチング素子実装部品１６と、ＩＧＢＴ２３を制御する電源制御基板６０とがコネクタ部１５により接続される。また、モータ駆動装置１０には、電源制御基板６０からの電力を電磁結合によってゲート駆動回路３１に伝達する電力供給部４０と、電源制御回路６０からの制御信号を電磁結合によってゲート駆動回路３１に伝達する信号伝達部５０と、が備えられている。コネクタ部１５は、電力供給部４０と信号伝達部５０とで構成されて、スイッチング素子実装部品１６と電源制御基板６０とを空間ギャップＧを介して結合する。【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ回路に用いられる複数のスイッチング素子をオンオフするインバータ駆動装置に関する。

従来、この種のインバータ駆動装置として、複数のスイッチング素子を備えたスイッチング素子実装部品と、スイッチング素子をオンオフ制御する電源制御基板と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１３０９６７号公報（段落［００５３］、図２）

ところで、上述した従来のインバータ駆動装置では、電源制御基板からの信号線とスイッチング素子実装部品の接続端子とが半田付け等によって接続されていた。しかしながら、スイッチング素子の数が多くなると、それに伴って接続箇所が多くなると共に、信号線と接続端子との位置合わせも困難となり、組み付けが困難になるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、組み付け性の向上を図ることが可能なインバータ駆動装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るインバータ駆動装置は、インバータ回路に用いられる複数のスイッチング素子を備えたスイッチング素子実装部品と、スイッチング素子を制御する電源制御基板と、スイッチング素子実装部品と電源制御基板とを結合するコネクタ部と、を備えたインバータ駆動装置であって、スイッチング素子実装部品には、電源制御基板で生成された電力及び制御信号を受けて各スイッチング素子を駆動する駆動回路が複数備えられると共に、電源制御基板からの電力を、電磁結合によって複数の駆動回路に伝達する複数の電力供給部と、電源制御回路からの制御信号を、電磁結合又は光空間伝送によって複数の駆動回路に伝達する複数の信号伝達部と、を備え、各電力供給部は、電源制御基板に備えた送電側コア及びその送電側コアに巻回された送電コイルを有する電力伝送用トランスミッタと、スイッチング素子実装部品に備えた受電側コア及びその受電側コアに巻回された受電コイルを有する電力伝送用レシーバと、で構成されると共に、各信号伝達部は、送電側コアに巻回された送信用コイルを有する信号伝達用トランスミッタと、受電側コアに巻回された受信用コイルを有する信号伝達用レシーバと、で構成され、コネクタ部は、複数の電力供給部と複数の信号伝達部とで構成されて、スイッチング素子実装部品と電源制御基板とを空間ギャップを介して結合し、電源制御基板には、電力伝送用トランスミッタ及び信号伝達用トランスミッタを覆う第１シールドが送電側コアに対応して複数設けられると共に、スイッチング素子実装部品には、電力伝送用レシーバ及び信号伝達用レシーバを覆う第２シールドが受電側コアに対応して複数設けられ、第１シールド及び第２シールドには、互いに当接して空間ギャップを一定に保持する対向当接部が形成されたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のインバータ駆動装置において、電力伝送用トランスミッタと、電力伝送用レシーバと、送電側コアと受電側コアとの間の空間と、で構成される第１の共振系の共振周波数と、信号伝達用トランスミッタと、信号伝達用レシーバと、送電側コアと受電側コアとの間の空間と、で構成される第２の共振系の共振周波数と、を異ならせたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項２に記載のインバータ駆動装置において、第２の共振系の共振周波数は、第１の共振系における応答レベルと第２の共振系における応答レベルとの差が４０ｄＢ以上となる周波数に設定されたところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のうち何れか１の請求項に記載のインバータ駆動装置において、電源制御基板には、送電コイルに生じる電圧を検出し、その検出された電圧に基づいて電力伝送用トランスミッタに入力される電力信号の周波数を制御するフィードバック回路が備えられたところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のうち何れか１の請求項に記載のインバータ駆動装置において、スイッチング素子はトランジスタであって、駆動回路は、トランジスタのゲートとソースとに接続されると共に、信号伝達部からの制御信号に基づいて、トランジスタのゲートソース間電圧を制御するように構成され、ゲートに直列に接続され且つゲート側にカソードが配置された１次側ダイオードと、回生用送電コイルと、を並列に接続して備えると共に、トランジスタの寄生コンデンサに蓄積された電気エネルギーが解放される際に回生用送電コイルに電流が流れたときに、誘導起電力を発生させて駆動回路に電力を供給する回生用受電コイルを備えたところに特徴を有する。

［請求項１〜３の発明］
請求項１の発明では、各スイッチング素子を駆動する駆動回路をスイッチング素子実装部品に備え、電源制御基板で生成された電力を電磁結合により駆動回路に伝達する電力供給部と、電源制御基板で生成された制御信号を電磁結合又は光空間伝送により駆動回路に伝達する信号伝達部とによって、スイッチング素子実装部品と電源制御基板とを空間ギャップを介して結合するコネクタ部が構成されている。このように、本発明の構成によれば、スイッチング素子実装部品と電源制御基板は、非接触状態で結合されるので、両基板を半田付け等によって接続する必要がなくなり、組み付け性の向上を図ることが可能となる。

また、本発明では、電力供給部の送電側コアと受電側コアとに信号伝達部の送信用コイルと受信用コイルを巻回した構成となっているので、電力供給部及び信号伝達部のコンパクト化が図られる。
さらに、本発明によれば、電力供給部及び信号伝達部の外部ノイズによる影響を抑えることが可能となる。また、スイッチング素子実装部品と電源制御基板との間の間隔が一定に保持されるので、間隔のばらつきによる電力供給やスイッチング素子の制御への影響を抑えることも可能となる。

また、本発明において、請求項２の発明のように、電力伝送用トランスミッタと、電力伝送用レシーバと、送電側コアと受電側コアとの間の空間と、で構成される第１の共振系の共振周波数と、信号伝達用トランスミッタと、信号伝達用レシーバと、送信側コアと受信側コアとの間の空間と、で構成される第２の共振系の共振周波数と、を異ならせた構成とすれば、電力供給部と信号伝達部とが相互に妨害することが抑制される。なお、その際、第２の共振系の共振周波数を、第１の共振系における応答レベルと第２の共振系における応答レベルとの差が４０ｄＢ以上となる周波数に設定することが好ましい（請求項３の発明）。

［請求項４の発明］
請求項４の発明によれば、フィードバック回路によって電力伝送用トランスミッタに入力される電力信号の周波数を調整するので、空間ギャップの僅かな変化によって電力伝搬効率が不安定になることが抑えられる。

［請求項５の発明］
請求項５の発明では、スイッチング素子としてのトランジスタがオンするときには、１次側ダイオードを通ってゲートへ電流が流れる。一方、トランジスタがオフするときには、トランジスタの寄生コンデンサに蓄積された電気エネルギーが解放されてゲートから回生用送電コイルに電流が流れる。このとき、回生用受電コイルに誘導起電力が発生して、駆動回路に電力が供給される。このように、本発明によれば、ゲートソース間に充電された電力を駆動回路に回生することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置の回路構成を示すブロック図 （Ａ）第１のゲート駆動回路のブロック図、（Ｂ）第２のゲート駆動回路のブロック図 （Ａ）第１のゲート駆動回路の抵抗電流の変化を示す図、（Ｂ）第２のゲート駆動回路の抵抗電流の変化を示す図 電力供給部の構成を示すブロック図 信号伝達部の構成を示すブロック図 （Ａ）電力供給部と信号伝搬部の伝搬特性を示すグラフ、（Ｂ）電力供給部と信号伝達部の伝搬特性を示すグラフ （Ａ）スイッチング素子実装部品と電源制御基板の接続構造を示す図、（Ｂ）従来のモータ駆動装置におけるスイッチング素子実装部品と電源制御基板の接続構造を示す図 モータ制御基板及びＩＧＢＴ制御基板の断面図 参考例に係るモータ駆動装置の回路構成を示すブロック図

以下、本発明の「インバータ駆動装置」を、電気自動車やハイブリット自動車のモータを駆動制御するモータ駆動装置に適用した一実施形態を、図１〜図８に基づいて説明する。図１には、本実施形態に係るモータ制御装置１０の回路構成が示されている。同図に示すように、三相交流モータ１１（以下、単に「モータ１１」という。）を制御するモータ駆動装置１０は、ＩＧＢＴモジュール２０と、ＩＧＢＴ制御基板３０と、電源制御基板６０とを備えている。

ＩＧＢＴモジュール２０には、本発明に係るスイッチング素子としてのＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いて直流を３相交流に変換するインバータ回路２１が形成されている。本実施形態では、インバータ回路２１は、例えば、６つのＩＧＢＴ２３を備えてなり、インバータ回路２１における各アーム２２Ｕ〜２２Ｗは、２つのＩＧＢＴ２３を並列させて構成されている。

インバータ回路２１では、高圧電源１２から直流電圧が印加され、三相交流に変換される。モータ１１が電気自動車やハイブリッド自動車の動力用モータである場合、インバータ回路２１には数百ボルトの直流電圧が入力される。インバータ回路２１からは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のモータ駆動電流が出力される。

電源制御基板６０には、高圧電源１２よりも低い電圧で動作する電源制御回路６１が形成されている。電源制御回路６１は、車両の運行を制御する制御部（図示せず）の指令に従ってモータ１１を制御し、具体的には、インバータ回路２１における各アーム２２Ｕ〜２２ＷのＩＧＢＴ２３を制御する駆動制御信号を生成する。ここで、ＩＧＢＴ２３の制御端子はゲート端子になっているので、以下では、ＩＧＢＴ２３を制御する駆動制御信号のことを「ゲート駆動信号」と呼ぶことにする。

ＩＧＢＴ制御基板３０には、各ＩＧＢＴ２３ごとに、電源制御回路６１で生成されたゲート駆動信号に基づいてＩＧＢＴ２３を駆動するゲート駆動回路３１（本発明の「駆動回路」に相当する。）が形成されている。図１の例では、上述したように、インバータ回路２１の各アーム２２Ｕ〜２２ＷにＩＧＢＴ２３が２つずつ備えられているので、ゲート駆動回路３１が６つ備えられている。

また、モータ駆動装置１０には、各ゲート駆動回路３１ごとに、電源制御回路６１で生成された定電圧の直流電源の電力をゲート駆動回路３１に供給する電力供給部４０と、上述のゲート駆動信号をゲート駆動回路３１に伝達する信号伝達部５０とが備えられている。

図４に示すように、電力供給部４０は、電源制御基板６０に備えられた電力伝送用トランスミッタ４０Ｔと、ＩＧＢＴ制御基板３０に備えられた電力伝送用レシーバ４０Ｒと、が空間ギャップＧを挟んで配置された構成となっていて、電源制御回路６１で生成された電力は、空間ギャップＧを介してＩＧＢＴ制御基板３０に伝送される。即ち、本実施形態では、電源制御基板６０とＩＧＢＴ制御基板３０との絶縁が保たれた状態で、電源制御回路６１で生成された電力がゲート駆動回路３１に供給される。

電力伝送用トランスミッタ４０Ｔは、送電側コア４２と、送電側コア４２に巻回された送電コイル４１Ａと、送電コイル４１Ａに直列に接続されたコンデンサ８５と、を有している。また、電力伝送用レシーバ４０Ｒは、受電側コア４３と、受電側コア４３に巻回された受電コイル４１Ｂと、受電コイル４１Ｂに直列に接続されたコンデンサ４４と、を有している。そして、電力伝送用トランスミッタ４０Ｔに入力された電圧に応じた電圧が電力伝送用レシーバ４０Ｒに出力され、その出力電圧がゲート駆動回路３１に供給されるようになっている。なお、本実施形態では、電力伝送用トランスミッタ４０Ｔ、電力伝送用レシーバ４０Ｒ及び空間ギャップＧによって本発明に係る第１の共振系４５が構成されている。

電力伝送用トランスミッタ４０Ｔへの電圧の入力は以下のようにして行われる。即ち、電力供給用発振器８０が、スイッチ８１，８１のオンオフ制御によって一定周期の矩形波電圧を出力し、電力伝送用トランスミッタ４０Ｔに入力する。なお、電力供給用発振器８０の出力電圧の発振周波数は、１００〜２００ｋＨｚが好ましく、本実施形態では、１２５ｋＨｚとなっている。

一方、電力伝送用レシーバ４０Ｒの出力電圧は、整流回路４６を介してゲート駆動回路３１に入力される。なお、整流回路４６とゲート駆動回路３１との間には、平滑用のコンデンサ４７と、定電圧回路４８とが備えられている。なお、本実施形態では、定電圧回路４８の出力電圧は１５Ｖとなっている。

ところで、空間ギャップＧが変化すると、その変化が僅かなものであっても、電力伝送用トランスミッタ４０Ｔと電力伝送用レシーバ４０Ｒとの間の電力伝搬が不安定になってしまう。このような電力伝搬の不安定化を防ぐべく、本実施形態のモータ駆動装置１０では、フィードバック回路８２を備えている。このフィードバック回路８２は、送電コイル４１Ａに生じる電圧を検出し、その検出電圧に基づいて電力供給用発振器８０の発振周波数を最適な周波数に制御する。より具体的には、送電コイル４１Ａに生じる電圧のピーク電圧を監視し、電力供給用発振器８０の周波数をピーク周波数となるように制御する。これにより、電力伝搬の安定化を図ることが可能となる。

次に、ゲート駆動回路３１について説明する。図２（Ａ）には、ゲート駆動回路３１の一例として、第１のゲート駆動回路３１Ａが示されている。また、図２（Ｂ）には、ゲート駆動回路３１の別の例として、第２のゲート駆動回路３１Ｂが示されている。第１のゲート駆動回路３１Ａは、従来のモータ駆動装置に備えられているものと同様の構成となっていて、第２のゲート駆動回路３１Ｂは、第１のゲート駆動回路３１Ａを変形したものである。以下では、まず、第１のゲート駆動回路３１Ａについて説明し、その後、第２のゲート駆動回路３１Ｂについて説明する。

図２（Ａ）に示すように、第１のゲート駆動回路３１Ａは、直列に接続された第１スイッチ３２Ａ及び第２スイッチ３２Ｂと、それらスイッチ群３２Ａ，３２Ｂに並列に接続されたコンデンサ３３とを有している。そして、第１スイッチ３２Ａと第２スイッチ３２Ｂとの結合点であるスイッチ間結合点Ｐ１が、抵抗３４を介してＩＧＢＴ２３のゲートに接続されると共に、それらスイッチ群３２Ａ，３２Ｂとコンデンサ３３との結合点Ｐ２，Ｐ３の間に、定電圧回路４８（図４参照）の出力電圧がかかるようになっている。また、第１スイッチ３２Ａと第２スイッチ３２Ｂとは、信号伝達部５０により伝達されたゲート駆動信号に基づいて、スイッチ群３２Ａ，３２Ｂのうち一方のスイッチがオンしたときに他方のスイッチがオフするように制御される。

第１のゲート駆動回路３１Ａの動作は以下のようになっている。即ち、第１のゲート駆動回路３１Ａでは、ＩＧＢＴ２３をオンする場合、第１スイッチ３２Ａがオンされ、且つ、第２スイッチ３２Ｂがオフされる。すると、結合点Ｐ１の電位が、コンデンサ３３の電圧分だけ結合点Ｐ３よりも高くなり、抵抗３４に、結合点Ｐ１からＩＧＢＴ２３のゲートへ向かう電流が流れる。そして、ＩＧＢＴ２３のゲートソース間に電圧がかかり、ＩＧＢＴ２３がオンされる。一方、ＩＧＢＴ２３をオフする場合には、第１スイッチ３２Ａがオフされ、且つ、第２スイッチ３２Ｂがオンされる。すると、結合点Ｐ１の電位が、結合点Ｐ３と等しくなる。このとき、ＩＧＢＴ２３のゲートソース間の電圧が引き抜かれてＩＧＢＴ２３の寄生コンデンサに溜まったエネルギーが解放され、抵抗３４には、ＩＧＢＴ２３のゲートから結合点Ｐ１へ向かう電流が流れて、ＩＧＢＴ２３がオフされる。

図２（Ｂ）に示すように、第２のゲート駆動回路３１Ｂは、第１のゲート駆動回路３１Ａとは、スイッチ間結合点Ｐ１とＩＧＢＴ２３のゲートとの間の構成と、スイッチ群３２Ａ，３２Ｂと定電圧回路４８（図４参照）との間の構成が異なっている。

具体的には、第２のゲート駆動回路３１Ｂは、スイッチ間結合点Ｐ１とＩＧＢＴ２３のゲートとの間に、抵抗３４に直列に接続されるダイオード３５、及び、抵抗３４に並列に接続される回生用送電コイル３６Ａを有している。ここで、１次側ダイオード３５のカソードは、ＩＧＢＴ２３のゲート側に配置されている。従って、ＩＧＢＴ２３のゲートソース間に電圧がかかるときには、抵抗３４に電流が流れ、ＩＧＢＴ２３のゲートソース間の電圧が引き抜かれて寄生コンデンサに溜まったエネルギーが解放されるときには、ゲートソース間の電圧が引き抜かれるときには、回生用送電コイル３６Ａに電流が流れる。

また、第１スイッチ３２Ａとコンデンサ３３との結合点Ｐ２と、定電圧回路４８（図４参照）との間には、回生用送電コイル３６Ａと電磁結合する回生用受電コイル３６Ｂと、２次側ダイオード３７とが直列に接続されている。２次側ダイオード３７のカソードは、結合点Ｐ２側に配置されている。そして、上述した回生用送電コイル３６Ａと回生用受電コイルとによって、回生用トランス３６が構成されている。

第２のゲート駆動回路３１Ｂの動作は以下のようになっている。即ち、第２のゲート駆動回路３１Ａでは、ＩＧＢＴ２３をオンする場合、第１スイッチ３２Ａがオンされ、且つ、第２スイッチ３２Ｂがオフされる。すると、結合点Ｐ１の電位が、コンデンサ３３の電圧Ｖだけ結合点Ｐ３よりも高くなり、抵抗３４に、結合点Ｐ１からＩＧＢＴ２３のゲートへ向かう電流が流れる。そして、ＩＧＢＴ２３のゲートソース間に電圧Ｖがかかり、ＩＧＢＴ２３がオンされる。なお、このとき、回生用送電コイル３６Ａには電流が流れない。

一方、ＩＧＢＴ２３をオフする場合には、第１スイッチ３２Ａがオフされ、且つ、第２スイッチ３２Ｂがオンされる。すると、結合点Ｐ１の電位が、結合点Ｐ３と等しくなる。このとき、ＩＧＢＴ２３のゲートから結合点Ｐ１へ向かう電流が、回生用送電コイル３６Ｂに流れ、ＩＧＢＴ２３のゲートソース間の電圧が引き抜かれ、ＩＧＢＴ２３がオフされる。ここで、回生用送電コイル３６Ａに電流が流れると、回生用受電コイルに誘導電流が発生し、第２のゲート駆動回路３１Ａ自身に電力が回生される。このように、本実施形態によれば、ＩＧＢＴ２３のゲートソース間に充電された電力を第２のゲート駆動回路３１に回生することが可能となる。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）には、第１と第２のゲート駆動回路３１Ａ，３１ＢにおけるＩＧＢＴ２３のゲートソース間電圧Ｖの変化と、抵抗３４に流れる電流Ｉの変化とが示されている。図３（Ａ）と図３（Ｂ）に比較から分かるように、第２のゲート駆動回路３１Ｂでは、第１のゲート駆動回路３１Ａと比較して、ＩＧＢＴ２３がオフする（即ち、第１スイッチ３２がオフし且つ第２スイッチ３２Ｂがオンする）ときに抵抗３４に流れる電流が小さくなっている。従って、第２のゲート駆動回路３１Ｂの方が第１のゲート駆動回路３１Ａよりも、電力供給部４０からの供給電力が少ないことは明らかである。なお、電流Ｉの符号は、ＩＧＢＴ２３側へ流れる方向がプラスとなっている。

次に、信号伝達用回路５０について説明する。図５に示すように、信号伝達部５０は、電源制御基板６０に備えられた信号伝達用トランスミッタ５０Ｔと、ＩＧＢＴ制御基板３０に備えられた信号伝達用レシーバ５０Ｒと、が空間ギャップＧを挟んで配置された構成となっていて、電源制御回路６１で生成されたゲート駆動信号は、空間ギャップＧを介してＩＧＢＴ制御基板３０に伝達される。即ち、本実施形態では、電源制御基板６０とＩＧＢＴ制御基板３０との絶縁が保たれた状態で、電源制御回路６１で生成されたゲート駆動信号がゲート駆動回路３１に供給される。

信号伝達用トランスミッタ５０Ｔは、上述した送電側コア４２と、送電側コア４２に巻回された送信用コイル５１Ａと、送信用コイル５１Ａに直列に接続されたコンデンサ７３と、を有している。また、電力伝送用レシーバ４０Ｒは、上述した受電側コア４３と、受電側コア４３に巻回された受信用コイル５１Ｂと、受信用コイル５１Ｂに直列に接続されたコンデンサ５４と、を有している。そして、信号伝達用トランスミッタ５０Ｔに入力された電圧に応じた電圧が信号伝達用レシーバ５０Ｒに出力され、その出力電圧がゲート駆動回路３１に入力されるようになっている。なお、本実施形態では、信号伝達用トランスミッタ５０Ｔ、信号伝達用レシーバ５０Ｒ及び空間ギャップＧによって本発明に係る第２の共振系５５が構成されている。

詳細には、信号伝達部５０の送信側では、信号伝達用発振器７０が変調回路７１にてＰＷＭ信号を所定周波数の信号に重畳して送信信号を生成し、その送信信号がバッファ回路７２を介して信号伝達用トランスミッタ５１Ｔに入力される。なお、信号伝達用発振器７０の発振周波数は、１０ＭＨｚ以上であること好ましく、本実施形態では３０ＭＨｚとなっている。

信号伝達部５０の受信側では、受信用コイル５１Ｂの出力信号が、バッファ回路５７を介して復調回路５８によって復調され、コンパレータ５９を介してＰＷＭ信号として出力される。

ここで、本実施形態のモータ駆動装置１０では、送信用コイル５１Ａが、送電コイル４１Ａが巻回された送電側コア４２に巻回され、受信用コイル５１Ｂが、受電コイル４１Ｂが巻回された受電側コア４３に巻回される。即ち、本実施形態では、送電コイル４１Ａと送信用コイル５１Ａとが共通のコア（送電側コア４２）に巻回されると共に、受電コイル４１Ｂと受信用コイル５１Ｂとが共通のコア（受電側コア４３）に巻回された構成になっていて、電力供給部４０と信号伝達部５０のコンパクト化が図られている。なお、送信用コイル５１Ａ及び受信用コイル５１Ｂの巻数は、数ターンになっていて、送電コイル４１Ａ及び受電コイル４１Ｂの巻数よりも少なくなっている。

ところで、電力伝達用の送電コイル４１Ａ及び受電コイル４１Ｂと、信号伝達用の送信用コイル５１Ａ及び受信用コイル５１Ｂとのコアが共通になると、電力伝達用のコイルと信号伝達用のコイルとが相互に妨害するという問題が生じ得る。このような相互妨害の問題を回避するために、本実施形態のモータ駆動装置１０では、電力供給部４０に形成された第１の共振系４５の共振周波数と、信号伝達部５０に形成された第２の共振系５５の共振周波数とが、それら共振系４５，５５が相互に干渉しない周波数に設定されている。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）には、第１の共振系４５及び第２の共振系５５の伝搬特性が示されている。両図のグラフにおいて、横軸は周波数であり、縦軸は応答レベル（入力に対する出力の比の対数）である。また、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の低周波数領域を拡大したものである。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）から、第１の共振系４５の共振周波数は約１００ｋＨｚとなっていて、電力供給用発振器８０の発振周波数（１２５ｋＨｚ）と同じオーダーであることが分かる。また、第２の共振系５５の共振周波数は約１０．５ＭＨｚとなっていて、信号伝達用発振器７０の発振周波数（３０ＭＨｚ）と同じオーダーであることが分かる。さらに、第１の共振系４５の共振周波数（約１００ｋＨｚ）付近では、第２の共振系５５の伝搬特性が低くなっていて、第２の共振系５５の共振周波数（約１０ＭＨｚ）付近では、第１の共振系４５の伝搬特性が低くなっている。特に、第２の共振系５５の共振周波数では、２つの共振系４５，５５の応答レベルの差（レベル差）が４０ｄＢ以上となっていて、信号伝達部５０が電力伝達部４０の影響をほとんど受けていないことが分かる。

図７（Ａ）に示すように、本実施形態では、ＩＧＢＴモジュール２０と、ＩＧＢＴ制御基板３０とで本発明に係るスイッチング素子実装部品１６が構成されている。そして、このスイッチング素子実装部品１６と電源制御基板６０とが、電力供給部４０及び信号伝達部５０で構成されたコネクタ部１５によって空間ギャップＧを介して結合されている。

ここで、図７（Ｂ）には、従来のモータ駆動装置１が参考として示されている。従来のモータ駆動装置１では、電源制御基板６０に電力供給部４０と信号伝達部５０とＩＧＢＴ制御基板３０が実装され、ＩＧＢＴモジュール２０によってスイッチング素子実装部品１６が構成されている。そして、従来のモータ駆動装置１では、ＩＧＢＴモジュール２０の複数のＩＧＢＴ２３から延びた複数のピン９０が半田９１によって電源制御基板６０の接続端子に接続されている。なお、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）の例では、ＩＧＢＴモジュール２０にＩＧＢＴ２３を冷却するための放熱板２０Ｔが固定されている。

図８には、ＩＧＢＴ制御基板３０と電源制御基板６０との接続構造の詳細が示されている。同図に示すように、ＩＧＢＴ制御基板３０と電源制御基板６０とは、表裏の一方側の第１面３０Ａ，６０Ａ同士が対向するように配置され、それら第１面３０Ａ，６０Ａ同士の間に空間ギャップＧが形成されている。なお、ＩＧＢＴ制御基板３０は、スイッチング素子実装部品１６に備えた支持ベース９０に支持されて水平に配置され、電源制御基板６０は、上下方向でＩＧＢＴ制御基板３０に対向配置されている。

送電コイル４１Ａ、送電側コア４２及び送信用コイル５１Ａは全て、電源制御基板６０の表裏の他方側の第２面６０Ｂに実装されている。そして、電源制御基板６０には、第２面６０Ｂ側から送電コイル４１Ａ、送電コア４２及び送信用コイル５１Ａを覆う第１シールド１７が設けられている。また、受電コイル４１Ｂ、受電側コア４３及び受信用コイル５１Ｂは全て、ＩＧＢＴ制御基板の表裏の他方側の第２面３０Ｂに実装されている。そして、ＩＧＢＴ制御基板３０には、受電コイル４１Ｂ、受電コア４３及び受信用コイル５１Ｂを覆う第２シールド１８が設けられている。

第１シールド１７及び第２シールド１８は共に、箱状をなし、各制御基板３０，６０に支持される脚部壁１７Ｋ，１８Ｋ（本発明の「対向当接部」に相当する。）を有している。脚部壁１７Ｋ，１８Ｋは、各制御基板３０，６０を貫通して、両制御基板３０，６０の間で互い当接する。これにより、電源制御基板６０とＩＧＢＴ制御基板３０との間の空間ギャップＧの大きさが一定に保持されるようになっている。なお、本実施形態では、第１シールド１７及び第２シールド１８は、複数の信号伝達部５０（電力供給部４０）のそれぞれに対応して設けられている。

本実施形態のモータ駆動装置１０の構成に関する説明は以上である。次に、モータ駆動装置１０の作用効果について説明する。

本実施形態のモータ駆動装置１０では、各ＩＧＢＴ２３を駆動するゲート駆動回路３１をスイッチング素子実装部品１６に備え、電源制御基板６０で生成された電力を電磁結合によりゲート駆動回路３１に伝達する電力供給部４０と、電源制御基板６０で生成された制御信号を電磁結合によりゲート駆動回路３１に伝達する信号伝達部５０とによって、スイッチング素子実装部品１６と電源制御基板６０とを接続するコネクタ部１５が構成されている。このように、本実施形態によれば、スイッチング素子実装部品１６と電源制御基板６０が空間ギャップＧを介して結合されるので、スイッチング素子実装部品１６と電源制御基板６０とを半田付け等によって接続する必要がなくなり、組み付け性の向上を図ることが可能となる。

また、本実施形態では、電力供給部４０の送電コイル４１Ａ及び受電コイル４１Ｂと、信号伝達部５０の送信用コイル５１Ａ及び受信用コイル５１Ｂとが、共通の送電側コア４２及び受電側コア４３に巻回された構成になっているので、電力供給部４０及び信号伝達部５０のコンパクト化が図られる。しかも、電力供給部４０に形成された第１の共振系４５の共振周波数と、信号伝達部５０に形成された第２の共振系５５の共振周波数とが、それら共振系４５，５５が相互に干渉しない周波数に設定されているので、電力伝達部４０と信号伝達部５０とが相互妨害することが抑えられる。

［参考例］
以下、本発明の技術的範囲には属しないが、上記実施形態のうち回生用トランス３６を主たる特徴とする参考例について、図９に基づいて説明する。図９に示すように、本参考例に係るモータ駆動装置１００では、図７（Ｂ）に示した従来のモータ駆動装置１と同様に、ゲート駆動回路３１、電力供給部４０及び信号伝達部５０が電源制御基板６０に備えられている。従って、モータ駆動装置１００では、スイッチング素子実装部品１６と電源制御基板６０とが半田付け等によって接続されている。

本参考例のゲート駆動回路３１の構成は、上記実施形態で説明した第２のゲート駆動回路３１Ｂ（図２（Ｂ）参照）と同様になっている。従って、本参考例によれば、回生トランス３６によって、ＩＧＢＴ２３のゲートソース間に充電された電力を第２のゲート駆動回路３１に回生することが可能となる。なお、その他のモータ駆動装置１００の構成については、上記実施形態のモータ駆動装置１０と同様になっているので、同一符号を付すことで説明を省略する。

［他の実施形態］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では、本発明に係るスイッチング素子がＩＧＢＴであったが、電界効果型、ＭＯＳ型などのトランジスタであってもよい。

（２）上記実施形態において、信号伝達部５０をフォトカプラで構成してもよい。具体的には、発光素子からの光をレンズで集光し、発光素子と受光素子とを他の信号源と干渉しない距離に配置する。

（３）空間ギャップＧは、電源制御基板６０とＩＧＢＴ制御基板３０との間に、例えば、ゴム等の絶縁材料を挟んで形成されてもよい。

（４）上記実施形態では、モータ駆動装置１０が１つのモータ１１を駆動する例を示したが、複数のモータを駆動してもよい。この場合、スイッチング素子（ＩＧＢＴ２３）の数が多くなり、本発明の恩恵をより多く受けることが可能となる。

（５）上記実施形態では、本発明をモータ駆動装置に適用した例を示したが、高圧電源の直流を交流に変換するインバータ回路を含むものであれば、他のインバータ駆動装置であってもよい。

１０ モータ駆動装置（インバータ駆動装置）
１１ 三相交流モータ
１６ スイッチング素子実装部品
２３ ＩＧＢＴ（スイッチング素子）
３１ ゲート駆動回路（駆動回路）
４０ 電力供給部
４０Ｔ 電力伝送用トランスミッタ
４０Ｒ 電力伝送用レシーバ
５０ 信号伝達部
５０Ｔ 信号伝達用トランスミッタ
５０Ｒ 信号伝達用レシーバ
６０ 電源制御基板

Claims (5)

1. インバータ回路に用いられる複数のスイッチング素子を備えたスイッチング素子実装部品と、
   前記スイッチング素子を制御する電源制御基板と、
   前記スイッチング素子実装部品と前記電源制御基板とを結合するコネクタ部と、を備えたインバータ駆動装置であって、
   前記スイッチング素子実装部品には、前記電源制御基板で生成された電力及び制御信号を受けて、各前記スイッチング素子を駆動する駆動回路が複数備えられると共に、
   前記電源制御基板からの電力を、電磁結合によって複数の前記駆動回路に伝達する複数の電力供給部と、
   前記電源制御回路からの制御信号を、電磁結合又は光空間伝送によって複数の前記駆動回路に伝達する複数の信号伝達部と、を備え、
   各前記電力供給部は、前記電源制御基板に備えた送電側コア及びその送電側コアに巻回された送電コイルを有する電力伝送用トランスミッタと、前記スイッチング素子実装部品に備えた受電側コア及びその受電側コアに巻回された受電コイルを有する電力伝送用レシーバと、で構成されると共に、
   各前記信号伝達部は、前記送電側コアに巻回された送信用コイルを有する信号伝達用トランスミッタと、前記受電側コアに巻回された受信用コイルを有する信号伝達用レシーバと、で構成され、
   前記コネクタ部は、複数の前記電力供給部と複数の前記信号伝達部とで構成されて、前記スイッチング素子実装部品と前記電源制御基板とを空間ギャップを介して結合し、
   前記電源制御基板には、前記電力伝送用トランスミッタ及び前記信号伝達用トランスミッタを覆う第１シールドが前記送電側コアに対応して複数設けられると共に、前記スイッチング素子実装部品には、前記電力伝送用レシーバ及び前記信号伝達用レシーバを覆う第２シールドが前記受電側コアに対応して複数設けられ、
   前記第１シールド及び前記第２シールドには、互いに当接して前記空間ギャップを一定に保持する対向当接部が形成されたことを特徴とするインバータ駆動装置。
2. 前記電力伝送用トランスミッタと、前記電力伝送用レシーバと、前記送電側コアと前記受電側コアとの間の空間と、で構成される第１の共振系の共振周波数と、
   前記信号伝達用トランスミッタと、前記信号伝達用レシーバと、前記送電側コアと前記受電側コアとの間の空間と、で構成される第２の共振系の共振周波数と、を異ならせたことを特徴とする請求項１に記載のインバータ駆動装置。
3. 前記第２の共振系の共振周波数は、前記第１の共振系における応答レベルと前記第２の共振系における応答レベルとの差が４０ｄＢ以上となる周波数に設定されたことを特徴とする請求項２に記載のインバータ駆動装置。
4. 前記電源制御基板には、前記送電コイルに生じる電圧を検出し、その検出された電圧に基づいて前記電力伝送用トランスミッタに入力される電力信号の周波数を制御するフィードバック回路が備えられたことを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか１の請求項に記載のインバータ駆動装置。
5. 前記スイッチング素子はトランジスタであって、
   前記駆動回路は、
   前記トランジスタのゲートとソースとに接続されると共に、前記信号伝達部からの制御信号に基づいて、前記トランジスタのゲートソース間電圧を制御するように構成され、
   前記ゲートに直列に接続され且つ前記ゲート側にカソードが配置された１次側ダイオードと、回生用送電コイルと、を並列に接続して備えると共に、前記トランジスタの寄生コンデンサに蓄積された電気エネルギーが解放される際に前記回生用送電コイルに電流が流れたときに、誘導起電力を発生させて前記駆動回路に電力を供給する回生用受電コイルを備えたことを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか１の請求項に記載のインバータ駆動装置。