(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低高調波の３相受電機器のための統合型磁気デバイスであって、
各磁気サブアセンブリが空隙の無い一つの磁気コア、三つ以上の巻線分岐部及び少なくとも五つの巻線を備えた、互いに磁気的に結合された三つの磁気サブアセンブリと、
３相電力網と接続可能な三つの電流入力と、
電流入力当たり三つの電流出力が有り、これらの電流出力が前記の三つの電流入力と電気的に接続されるとともに、負荷と接続可能である少なくとも九つの電流出力と、
を備えるとともに、
前記の三つの磁気サブアセンブリを磁気的に結合する少なくとも一つの第一の共通ヨークと少なくとも一つの第二の共通ヨークの一方又は両方と、
前記の三つの磁気サブアセンブリと前記の第一の共通ヨーク又は前記の第二の共通ヨークの間の少なくとも一つの空隙と、
を有する統合型磁気デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の統合型磁気デバイスにおいて、
当該の三つの磁気サブアセンブリの各々が、一つの第一のヨークと一つの第二のヨークを有し、
当該の空隙の無い磁気コアが、当該の三つの巻線分岐部、当該の第一のヨーク及び当該の第二のヨークから構成される、
統合型磁気デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の統合型磁気デバイスにおいて、
当該の三つの磁気サブアセンブリの各々が、当該の空隙の無い磁気コアに取り付けられた三つの巻枠を備えている統合型磁気デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載の統合型磁気デバイスにおいて、
当該の三つの磁気サブアセンブリと当該の少なくとも一つの第一の共通ヨークの間の第一の空隙と、当該の三つの磁気サブアセンブリと当該の少なくとも一つの第二の共通ヨークの間の第二の空隙の二つの空隙を有する統合型磁気デバイス。
【請求項５】
請求項１に記載の統合型磁気デバイス（１）において、
第一の共通ヨークと第二の共通ヨークを備えており、
前記の第一の共通ヨークと前記の第二の共通ヨークが三角形、環状又は多角形の形状を有し、当該の三つの磁気サブアセンブリが、三角形、環状又は多角形の形態で配置されており、
本デバイスが穴を有する、
統合型磁気デバイス。
【請求項６】
請求項１に記載の統合型磁気デバイスにおいて、
第一の共通ヨークと第二の共通ヨークを備えており、
前記の第一の共通ヨークと前記の第二の共通ヨークが長方形の形状を有し、当該の三つの磁気サブアセンブリが整列して配置されている、
統合型磁気デバイス。
【請求項７】
請求項１に記載の統合型磁気デバイスと、
逆並列のダイオードを備えた１８個の制御スイッチのセットと、
を備えた、３相電力線とＤＣ電源又はＤＣ負荷の間に接続可能な、低高調波の双方向式受電側３相電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、片方向又は双方向式に構成できる低高調波の３相受電機器用統合型磁気デバイス及びそのようなデバイスを備えた低高調波の双方向式受電側３相電力変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーエレクトロニクス機器が広く使用されていることは、電力線の高調波による悪影響を最小限にする必要性を増大させている。高調波電流の主要な発生源は非線形の電力負荷である。重要な非線形の電力負荷は、大部分の３相機器用の受電設備として広く使用されている６パルス整流器である。
【０００３】
高調波電流を効率的に最小化できなければ、幾つかの問題が起こる可能性が有る。第一に、高調波は、公衆電力の供給電圧の品質を劣化させ、供給電圧の低品質は、公衆電力網から電力を供給される多くの様々な電気機器の誤動作及び／又は故障を引き起こす可能性が有る。更に、高調波は、変圧器、電力線などの電力網の構成要素に過大な損失を引き起こす可能性も有る。更に、高調波は、可聴周波数を有し、高調波から悪影響を受けた電力線がオーディオ機器の近くに有ると、音の歪みを発生させる可能性が有る。
【０００４】
従来技術では、この高調波の問題に対処するために、様々な設備が使用されてきた。マルチパルス整流器、即ち、１２パルス整流器は、電流波形を改善する簡単なインタフェースとして広く使用されている。それらは、高調波電流を低減して、非常に信頼できるが、幾つかの欠点が有り、第一に、それらは、電気絶縁を実現するために大きく高価な線路周波数入力電力変圧器を必要とし、更に、それは、電圧の不平衡に影響され易い。
【０００５】
高調波を抑える高調波フィルターを備えた６パルス整流器を使用することも知られている。この高調波フィルターは、受動式又は能動式に構成することができる。受動式フィルターは、電力損失は低いが、高価であり、サイズが大きく、重量が重い。能動式フィルターは、信頼性が低いと考えられており、電力損失とスイッチング歪みが大きく、極めて高価である。
【０００６】
別の周知の設備は、能動式制御スイッチ、ダイオード及び高周波線路リアクタを備えた能動式受電機器である。そのサイズと重量が魅力的であり、そのコストが他の設備よりも低くても、それには幾つかの欠点が有り、特に、信頼性が低いと考えられ、望ましくないスイッチング歪みを発生させる。
【０００７】
一般的に、より多くのパルスを整流器に採用することによって、より高次の高調波を抑制することができる。１２パルス整流器によって、簡単な６パルス整流器で除去できない５次と７次の高調波の抑制が可能であるが、１８パルス整流器で抑制できる１１次と１３次の高調波に対しては効果が無い。しかし、パルスの数を増やすと、デバイスの複雑さとコストが加わることとなる。
【０００８】
図１Ａに模式的に図示された周知の回路は、三つの磁気デバイスによって構成された第一のスプリッタ又はプリスプリッタ３１０とそれと直列の第二のスプリッタ又はポストスプリッタ３２０とが後に続くインダクタ４００を備えている。このインダクタ４００の前には、３相電力線又は電力網１００が有り、これらのデバイス３１０，３２０は、モータ駆動部、例えば、ＤＣ／ＡＣ又はＤＣ／ＤＣ変換器、或いは一般的な抵抗から構成できる一般的なＤＣ負荷に電力を供給する１８パルス整流器と接続されており、以下において、ＤＣリンクと称する。ＤＣリンクは、キャパシタ又はインダクタを備えることができる。１８パルス整流器と図示されていない一般的なＤＣ負荷から構成される図１Ａの負荷２００は、非線形型であり、その場合、電力線に高調波が生じる。高調波の問題に対処するために、図１Ｂに図示されたインダクタ４００と四つの磁気デバイス３１０，３２０が使用されており、このインダクタ４００の主な機能は、より高次の（例えば、１７次以上の）高調波を抑制することであり、（図１Ｃと１Ｄに図示された）これらの四つの磁気デバイス３１０，３２０Ａ〜Ｃの主な機能は電流を分割することである。
【０００９】
図１Ａでは、デバイス３２０は、電気的に相互接続された三つの巻線の各々に対して三つのスプリッタを備えている。巻線の様々な数と組合せが可能である。
【００１０】
３相インダクタ４００とプリスプリッタ３１０の側面図が、図１Ｂと１Ｃに図示されており、インダクタ４００は、二つのヨーク４０５、三つの巻線分岐部４０３及び空隙４０２，４０４を備えているため、エネルギーを保存することができ、プリスプリッタ３１０は、空隙の無い磁気コアと三つの巻線分岐部を備えている。
【００１１】
従来技術による三つの磁気デバイス３２０の側面図が図１Ｄに図示されている。各デバイス３２０Ａ，３２０Ｂ及び３２０Ｃは、空隙を備えておらず、三つの垂直な分岐部を備えており、この中央の分岐部は、巻線３０２を収容する巻線分岐部となっている。
【００１２】
特許文献１と２は、変圧器を省略できるシステムと、主に１２パルス整流器を取り扱う四つの磁気デバイスを用いてサイズと重量を軽減する方法とを記載している。
【００１３】
特許文献３〜９は、周知の低高調波の多相システムを記載している。
【００１４】
そして、図１Ａに図示されている従来技術による変換器で使用されている磁気デバイスの総数は、少なくとも五つである、即ち、一つの３相インダクタ４００と四つの磁気デバイス３１０，３２０である。
【００１５】
図２に図示されている通り、そのインダクタ４００は、３相電力網又は電力線１００と接続可能な三つの電流入力を備えており、インダクタ４００の後に続くデバイス３１０は、六つの電流出力、即ち、電流入力毎に二つの電流出力を備えている。これらの電流出力は、電気的に三つの電流入力と接続されるとともに、負荷２００と接続可能である。負荷が抵抗である場合、基本周波数位相ベクトルに関して、この回路を精密に分析することができる。
【００１６】
３相電力網１００は、１２０°位相のずれた、ほぼ正弦波の三つの電圧を供給する。そして、図３Ａに図示されている通り、三つの電流入力に流れる三つの入力電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の間の位相差は１２０°に等しい。線路電圧の振幅と周波数は、特に、地域の法令に応じて変化するが、周波数は、大抵の用途では、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚに等しく、電圧は、通常１００Ｖ〜１ｋＶの間、例えば、相間の二乗平均で４００Ｖである。以下において、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周波数、或いは電力網１００の周波数は、システムの基本周波数と称する。
【００１７】
以下において、三つの電流入力に流れる、符号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３を付与した各電流を共通電流と称する。インダクタ４００が図２の変換器に配備されていない場合、三つの共通電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３は、電力網１００の電圧位相ベクトルと同相であるか、さもなければ遅延角度δが生じている。
【００１８】
ここで図３Ｂを参照して、これらのデバイス３１０，３２０が３相電力網１００と抵抗負荷２００の間に接続されている場合、それらは、共通電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の各々を各電流出力に流れる三つ以上の電流に分割する。図２に図示されているケースでは、それらは、電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の各々を三つの電流に分割しており、共通電流Ｉ１を三つの分割電流Ｉ１．１，Ｉ１．２，Ｉ１．３に分割し、共通電流Ｉ２を三つの分割電流Ｉ２．１，Ｉ２．２，Ｉ２．３に分割し、共通電流Ｉ３を三つの分割電流Ｉ３．１，Ｉ３．２，Ｉ３．３に分割している。電流出力に流れる電流Ｉ１．１，．．．，Ｉ３．３は、全て同じ振幅を有し、それに対応する電流入力に流れる基本成分に対して所定の角度だけ位相がずれている。電流Ｉ１．２はＩ１と同相であり、電流Ｉ２．２はＩ２と同相であり、電流Ｉ３．２はＩ３と同相である。
【００１９】
この角度の値は、整流パルスの所望の数に応じて決まる。図２に図示された１８パルスシステムのケースでは、その値は０°と±２０°である。
【００２０】
考察した通り、共通電流、例えば、Ｉ１は、以下において、先行分割電流と称する第一の分割電流Ｉ１．１と、以下において、同相分割電流と称する第二の分割電流Ｉ１．２と、以下において、後行分割電流と称する第三の分割電流Ｉ１．３との三つの分割電流に分割される。それ以外の相も同様に構成される。
【００２１】
前述した通り、角度φの値が２０°である場合、図３Ｂの位相ベクトルの長さは、図示された全ての位相ベクトルに関して同じであり、図３Ａの各位相ベクトルの長さの３３．６７％である。
【００２２】
デバイス３１０，３２０の前に３相インダクタ４００が存在することにより、破線で表示された電力網１００の各電力位相ベクトルとそれに対応する入力電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３  の間に図３Ａに図示された遅延角度又は位相差角度δが生じている。図３Ｂに図示されている通り、遅延角度又は位相差角度δは、出力電流の位相ベクトル図に依然として存在する。
【００２３】
前述した通り、実際の実現形態では、デバイス３１０，３２０が接続された負荷２００は、ＤＣ負荷が後に続く整流器から構成される。
【００２４】
関連技術で述べた設備は、低高調波の３相受電機器のコストとサイズの低減のために最適化されていない。
【００２５】
更に、電流を遅延させ、分割する機能は、それぞれ一つのインダクタ４００と四つの磁気デバイス３１０，３２０Ａ〜Ｃの五つの別個のデバイスによって実行されている。スプリッタ３１０は、如何なる位相差も発生させず、デバイス３２０Ａ〜Ｃは、±２０°の位相差を発生させる。
【００２６】
従来技術よりも低いコストと小さいサイズの低高調波の電力変換器を実現可能とする設備が必要とされている。
【００２７】
高い効率と信頼性を可能とする１８パルス受電機器用の磁気デバイスが必要とされている。
【００２８】
電力網の不平衡に影響され難い低高調波の３相受電機器を実現可能とする設備が必要とされている。
【００２９】
故障率が低く、電力損失が低く、スイッチング歪みが小さい、低高調波の３相受電機器も必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】特開２０００−３５８３７２号公報
【特許文献２】特開２００７−０２８８４６号公報
【特許文献３】米国特許第６，３３５，８７２号明細書
【特許文献４】米国特許第６，２４９，４４３号明細書
【特許文献５】米国特許第６，１９８，６４７号明細書
【特許文献６】米国特許第４，８７６，６３４号明細書
【特許文献７】米国特許第５，６１９，４０７号明細書
【特許文献８】米国特許第５，１２４，９０４号明細書
【特許文献９】米国特許第４，７７９，１８１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
本発明の課題は、インダクタ４００とプリスプリッタ及びポストスプリッタ磁気デバイス３１０，３２０の機能を実行する統合型磁気デバイスを提供することである。この「統合型」との形容詞は、実際に本発明の磁気デバイスが複数の機能を実行することを意味する。特に、電流の遅延と分割の両方の機能が、従来技術よりもサイズが小さく、重量が軽く、コストが低く、より良好なデバイスの対称性を可能とする同じ磁気デバイスによって実行されるようにする。
【００３２】
本発明の別の課題は、簡単な半導体回路を備えた低高調波の双方向式受電側３相電力変換器を提供することである。
【００３３】
本発明の別の課題は、信頼できる効率的な磁気デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
これらの課題は、本発明により、請求項１に記載の低高調波の３相受電機器用の統合型磁気デバイスを用いて、本統合型磁気デバイスをＡＣ／ＤＣ整流器（請求項１４）及びＤＣ／ＡＣインバータ（請求項１５）において使用する方法によって、並びに請求項１６に記載の低高調波の双方向式受電側３相電力変換器を用いて達成される。
【００３５】
本発明によるデバイスは、三つの磁気サブアセンブリを備えており、各磁気サブアセンブリは、空隙の無い一つの磁気コアと、三つの巻線分岐部と、少なくとも五つの巻線とを備えている。言い換えると、本発明によるデバイスは、磁気的に結合された三つのサブアセンブリを備えている。一つの実施形態では、本デバイスは、三つの磁気サブアセンブリを磁気的に結合するための少なくとも一つの第一の共通ヨークと少なくとも一つの第二の共通ヨークを備えている。別の好ましい実施形態では、これらの二つの共通ヨークは、同形であり、それぞれ三つの磁気サブアセンブリの上部と底部に並列に配置されている。別の実施形態では、これらの三つのサブアセンブリは、共通ヨークが無くとも磁気的に結合されるように、互いに充分に接近して配置されている。
【００３６】
有利には、本デバイスは、三つの磁気サブアセンブリと二つの共通ヨークの中の一方の間に少なくとも一つの空隙を有する。好ましい実施形態では、それは、二つの空隙、即ち、それぞれ三つの磁気サブアセンブリの上部又は底部と第一又は第二の共通ヨークの間の第一と第二の空隙を有する。
【００３７】
本デバイスは、３相電力線又は電力網と接続可能な三つの電流入力と、電流入力毎の少なくとも三つの電流出力とを有する。好ましい実施形態では、本デバイスは、九つの電流出力、即ち、電流入力毎に三つの電流出力を有する。これらの電流出力は、電気的に三つの電流入力と接続されるとともに、負荷と接続することが可能である。
【００３８】
三つの磁気サブアセンブリの各々は、三つの巻線分岐部と共に空隙の無い磁気コアを構成する第一のヨークと第二のヨークを備えている。更に、三つの磁気サブアセンブリの各々は、この磁気コアに対して組み立てられている、特に、三つの分岐部に配置された三つの巻枠を備えることができる。
【００３９】
有利には、基本周波数における第一又は第二の共通ヨークを通る磁束の正味の合計はゼロである。
【００４０】
本デバイスが３相電力網と負荷の間に接続されている場合、各電流出力に流れる電流の基本成分は、それに対応する電流入力に流れる電流の基本成分に対して所定の角度だけ位相がずれている。この角度の値は、以下において明らかとなる通り、巻線の巻数比に応じて決まる。
【００４１】
第一の実施形態では、本デバイスは、長方形の形状を持つ一つの第一の共通ヨークと一つの第二の共通ヨークを有する。このケースでは、三つの磁気サブアセンブリは整列して配置される。
【００４２】
別の実施形態では、本デバイスは、長方形の形状を持つ二つの第一の共通ヨークと二つの第二の共通ヨークを有する。この実施形態では、磁気デバイスは、空気の流れによる冷却のために使用できる四つの換気通路を有する。
【００４３】
別の実施形態では、本デバイスは、三角形、環状又は多角形の形状を持つ一つの第一の共通ヨークと一つの第二の共通ヨークを有する。これらのケースでは、三つの磁気サブアセンブリは、それぞれ三角形、環状又は多角形の形態で配置され、本デバイスは、中央に穴を有する。空気の流れは、有利には、この穴を通過して、本デバイスを効率的に冷却することができる。この実施形態は、製造が容易で、前記の実施形態よりも良好な対称性を有する、即ち、３相全てに関して同じパラメータによって特徴付けられる。
【００４４】
或る程度のエネルギーが前記の空隙内の磁場に保存される。そのようなケースでは、電力網１００とそれに対応する磁気デバイスの入力電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の各電圧位相ベクトルの間の遅延角度又は位相差角度δは、図３Ａに図示されている通り観測できる。このケースでは、インダクタの機能は、本発明によるデバイスに統合されている。更に、数ｍｍのオーダーである空隙の厚さを変更することによって、このデバイスのインダクタンスの値を容易に制御できる。
【００４５】
前述した通り、本発明の変化形態では、本発明によるデバイスは、共通ヨーク無しに磁気的に結合された三つのサブアセンブリを備えることができる。このケースでは、エネルギーは、サブアセンブリを取り囲むスペースを充たす磁場に保存される。
【００４６】
有利には、本発明の磁気デバイスは、ＡＣ／ＤＣとＤＣ／ＡＣ変換器の両方に使用することができる。それをＡＣ／ＤＣ変換器において、例えば、１８パルス整流器と組み合わせて使用した場合、電流の流れは、本デバイスの電流入力又は共通パスから電流出力又は分割パスの方向に生じる。このケースでは、本デバイスは、電流スプリッタとして動作し、共通パスの共通電流は、強制的に分割パスにおける同じ大きさであるが位相のずれた三つの分割電流に分割される。一つの実施形態では、共通電流は、強制的に同じ大きさであるが位相のずれた四つ以上の分割電流に分割することができる。
【００４７】
本デバイスをＤＣ／ＡＣ変換器で使用した場合、電流の流れは、三つの分割パスから共通パスの方向に生じる。このケースでは、本デバイスは、電流統合器として動作する。両方のケースにおいて、本デバイスの動作は高調波電流を低減している。この磁気デバイスを備えたＡＣ／ＤＣ又はＤＣ／ＡＣ変換器では、電気絶縁することは不可能である。
【００４８】
本設備の従来技術と比べた利点は、特に、高インピーダンスと低インピーダンスのＤＣリンク整流器の両方において、従来技術による幾つかの磁気デバイスを用いた、インダクタの機能とスプリッタの機能を実行する単一のデバイスを使用できることである。本デバイスは、従来技術による設備の幾つかの磁気デバイス（一つのプレスプリッタ、三つのポストスプリッタ３２０Ａ〜Ｃ及びインダクタ４００用の一つのデバイス）の代わりに、一つの磁気デバイスから構成される。本磁気デバイスは、三つの磁気サブアセンブリと、好ましい実施形態では、二つの共通ヨークとから構成される。
【００４９】
更に、本設備は、低高調波の電力変換器のサイズ、重量及びコストを低減するとともに、高い信頼性及び効率と低いＥＭＩ（電磁干渉）とを可能とする。更に、本設備は、磁気サブアセンブリの巻線分岐部の巻線に関する多くの配置構成を用いて実現できる。
【００５０】
本設備は、周知の多相整流器などにおける重大な高調波を除去するとともに、電力網の電圧の不平衡に影響され難い。
【００５１】
本発明は、実施例として示した、図面に図示した実施形態の記述により、より良く理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１Ａ】３相インダクタ、第一のプレスプリッタ磁気デバイス及び三つのポストスプリッタデバイスが３相電力線と１８パルス整流器を備えた負荷の間に接続された周知の誘導電流スプリッタの図
【図１Ｂ】図１Ａのデバイスの一部である３相インダクタの側面図
【図１Ｃ】図１Ａのプレスプリッタ磁気デバイスの図
【図１Ｄ】図１Ａに図示された三つのポストスプリッタの側面図
【図２】従来技術による３相インダクタと一つのプレスプリッタ及び三つのスプリッタデバイスを備えたスプリッタデバイスが３相電力線と、１８パルス整流器を備えた、抵抗負荷として表示された負荷との間に接続された一般的なブロック図
【図３Ａ】図２のデバイスの入力電流又は共通電流の位相ベクトル図
【図３Ｂ】図２のデバイスの先行分割電流、同相分割電流及び後行分割電流から成る出力電流又は分割電流の位相ベクトル図
【図４Ａ】本発明による低高調波の３相受電機器用の統合型磁気デバイスの一つの実施形態の共通ヨークを取り去った一方の平面図
【図４Ｂ】本発明による低高調波の３相受電機器用の統合型磁気デバイスの一つの実施形態の共通ヨークを取り去った側面図
【図４Ｃ】本発明による低高調波の３相受電機器用の統合型磁気デバイスの一つの実施形態の共通ヨークを取り去った他方の平面図
【図５Ａ】本発明による低高調波の３相受電機器用の統合型磁気デバイスの別の実施形態の共通ヨークを取り去った一方の平面図
【図５Ｂ】本発明による低高調波の３相受電機器用の統合型磁気デバイスの別の実施形態の共通ヨークを取り去った側面図
【図５Ｃ】本発明による低高調波の３相受電機器用の統合型磁気デバイスの別の実施形態の共通ヨークを取り去った他方の平面図
【図６Ａ】本発明による低高調波の３相受電機器用の統合型磁気デバイスの更に別の実施形態の共通ヨークを取り去った一方の平面図
【図６Ｂ】本発明による低高調波の３相受電機器用の統合型磁気デバイスの更に別の実施形態の共通ヨークを取り去った側面図
【図６Ｃ】本発明による低高調波の３相受電機器用の統合型磁気デバイスの更に別の実施形態の共通ヨークを取り去った他方の平面図
【図７Ａ】本発明の代替形態による磁気デバイスの巻線の一つの実施形態の図
【図７Ｂ１】対応する図７Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図７Ｂ２】対応する図７Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図７Ｂ３】対応する図７Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図７Ｂ４】対応する図７Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図８Ａ】本発明の代替形態による磁気デバイスの巻線の一つの実施形態の図
【図８Ｂ１】対応する図８Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図８Ｂ２】対応する図８Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図８Ｂ３】対応する図８Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図８Ｂ４】対応する図８Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図９Ａ】本発明の代替形態による磁気デバイスの巻線の一つの実施形態の図
【図９Ｂ１】対応する図９Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図９Ｂ２】対応する図９Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図９Ｂ３】対応する図９Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図９Ｂ４】対応する図９Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１０Ａ】本発明の代替形態による磁気デバイスの巻線の一つの実施形態の図
【図１０Ｂ１】対応する図１０Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１０Ｂ２】対応する図１０Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１０Ｂ３】対応する図１０Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１０Ｂ４】対応する図１０Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１１Ａ】本発明の代替形態による磁気デバイスの巻線の一つの実施形態の図
【図１１Ｂ１】対応する図１１Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１１Ｂ２】対応する図１１Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１１Ｂ３】対応する図１１Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１１Ｂ４】対応する図１１Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１２Ａ】本発明の代替形態による磁気デバイスの巻線の一つの実施形態の図
【図１２Ｂ１】対応する図１２Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１２Ｂ２】対応する図１２Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１２Ｂ３】対応する図１２Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１２Ｂ４】対応する図１２Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１３Ａ】本発明の代替形態による磁気デバイスの巻線の一つの実施形態の図
【図１３Ｂ１】対応する図１３Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１３Ｂ１】対応する図１３Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１３Ｂ３】対応する図１３Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１３Ｂ４】対応する図１３Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１４Ａ】本発明の代替形態による磁気デバイスの巻線の一つの実施形態の図
【図１４Ｂ１】対応する図１４Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１４Ｂ２】対応する図１４Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１４Ｂ３】対応する図１４Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１４Ｂ４】対応する図１４Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１５Ａ】本発明の代替形態による磁気デバイスの巻線の一つの実施形態の図
【図１５Ｂ１】対応する図１５Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１５Ｂ２】対応する図１５Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１５Ｂ３】対応する図１５Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１５Ｂ４】対応する図１５Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１６Ａ】本発明の代替形態による磁気デバイスの巻線の一つの実施形態の図
【図１６Ｂ１】対応する図１６Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１６Ｂ２】対応する図１６Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１６Ｂ３】対応する図１６Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１６Ｂ４】対応する図１６Ａに図示された巻線構成に関する、本発明による磁気デバイスの三つの磁気サブアセンブリの中の一つの分岐部における巻線の実現可能な配置構成図とそれに対応する三つの磁気サブアセンブリの中の一つのＭＭＦベクトルの位相ベクトル図
【図１７Ａ】本発明の枠組みにおけるクラス分けした一つの巻線配置構成図
【図１７Ｂ】本発明の枠組みにおけるクラス分けした一つの巻線配置構成図
【図１７Ｃ】本発明の枠組みにおけるクラス分けした一つの巻線配置構成図
【図１７Ｄ】本発明の枠組みにおけるクラス分けした一つの巻線配置構成図
【図１８Ａ】本発明による低高調波の３相受電機器のための統合型磁気デバイスの一つの例を備えた高調波を除去する１８パルス整流器の図
【図１８Ｂ】図１８Ａに図示されたデバイスのＭＭＦ位相ベクトル図
【図１８Ｃ】図１８Ａに図示されたデバイスの巻線配置構成図
【図１９】本発明の一つの観点による低高調波の３相受電機器用の統合型磁気デバイスの一つの例を備えた高調波を除去する１８パルス整流器の図
【図２０】本発明の２４パルスによる変化形態の図
【発明を実施するための形態】
【００５３】
本発明による統合型磁気デバイスは、片方向又は双方向式の低高調波の３相受電機器のために構成されている。それを使用することによって、３相電力線の入出力電流の高調波を低減することができる。それは、従来技術による設備と比べてコストが低く、サイズが小さい。
【００５４】
図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃは、それぞれ本発明によるデバイス１の一つの実現可能な実施形態の共通ヨークを取り去った一方の平面図、側面図及び他方の平面図を図示している。この実施形態では、本デバイス１は、三つの磁気サブアセンブリ３０を備えており、各磁気サブアセンブリ３０は、三つの巻線分岐部と少なくとも五つの巻線を備えている。低圧又は中圧の電力用途、即ち、５０ｋＷ以内の電力用途では、各巻線分岐部は、巻枠２０を備えることができる。高圧の電力用途では、巻線は、コアから巻線を離して保持するための四つ以上のスペースホルダーを用いて、巻枠無しに磁気サブアセンブリに巻き付けられる。
【００５５】
三つの磁気サブアセンブリ３０の各々は、三つの分岐部と共に空隙の無い閉した磁気コアを構成する、第一のヨーク３５と第二のヨーク３５’を備えている。
【００５６】
有利には、それぞれ第一と第二の共通ヨークを通る、基本周波数と高調波の両方に対する磁束の正味の合計はゼロである。言い換えると、磁束は、このデバイスの外に飛散しない。
【００５７】
この実施形態では、本デバイスは、一つの第一の共通ヨーク１０と一つの第二の共通ヨーク１０’を備えており、それらは、同形である。これらの三つの別個の磁気サブアセンブリ３０と二つの共通ヨーク１０と１０’は、それぞれ三つの別個の磁気サブアセンブリ３０の上部又は底部に並列に配置されている。
【００５８】
本デバイスは、二つの空隙４０と４０’を有する、即ち、三つの磁気サブアセンブリ３０の上部又は底部と第一の共通ヨーク１０又は第二の共通ヨーク１０’の間には、それぞれ第一と第二の空隙が有る。本発明によるデバイスは、三つの磁気サブアセンブリ３０と二つの共通ヨーク１０，１０’の中の一方との間に一つの空隙だけを備えることができる。
【００５９】
この実施形態では、第一の共通ヨーク１０と第二の共通ヨーク１０’は、長方形の形状を有する。このケースでは、三つの磁気サブアセンブリ３０は整列して配置されている、即ち、一つの磁気サブアセンブリ３０の二つの巻線分岐部の間の長方形の穴は、それ以外の二つの磁気サブアセンブリ３０の穴と一列に並んでいる。図４Ａ〜４Ｃに図示された実施形態では、共通ヨーク１０，１０’の断面の幅ＷＹは、各磁気サブアセンブリ３０の断面の幅ＷＣと等しい。好ましい実施形態では、三つの磁気サブアセンブリ３０の各々は、断面の長さＬＣがその幅ＷＣよりも長い長方形の断面を有する。
【００６０】
好ましい実施形態では、共通ヨーク１０，１０’の断面の長さＬＹは、図４Ａ〜４Ｃに図示されている通り、磁気サブアセンブリ３０の断面の長さＬＣの五倍よりも長い、即ち、ＬＹ＞５＊ＬＣである。
【００６１】
図５Ａ〜５Ｃの実施形態では、三つの磁気サブアセンブリ３０は、平行である、即ち、一つの磁気サブアセンブリ３０の二つの巻線分岐部の間の長方形の穴は、別の磁気サブアセンブリ３０の二つの巻線分岐部の間の長方形の穴の前に有る。
【００６２】
この実施形態では、本デバイス１は、長方形の形状を有する、二つの第一の共通ヨーク６０，７０と二つの第二の共通ヨーク６０’，７０’を備えている。このようにして、この実施形態の統合型磁気デバイス１は、有利には、デバイスの冷却に使用できる四つの垂直な換気通路９０を備えている。共通ヨークの数は、二つ又は四つに限定されないが、本発明には、如何なる数の共通ヨークを備えた変化形態も含まれる。実際に、これらのサブアセンブリは、互いに充分に接近して配置されており、或るケースでは、共通ヨークを完全に省略することができる。
【００６３】
又もや、本デバイス１は、三つの磁気サブアセンブリ３０と第一の共通ヨーク６０，７０及び第二の共通ヨーク６０’，７０’の間に少なくとも一つの空隙を備えることができる。好ましい実施形態では、本デバイスは、各磁気サブアセンブリ３０の第一のヨーク３５と第一の共通ヨーク６０，７０の間の第一の空隙４０と、各磁気サブアセンブリ３０の第二のヨーク３５’と第二の共通ヨーク６０’，７０’の間の第二の空隙４０’との二つの空隙を有する。
【００６４】
本磁気デバイス１の共通ヨークを取り去った一方の平面図と他方の平面図及び側面図を図示した図６Ａ〜６Ｃの実施形態では、長方形の形状を有する一つの第一の共通ヨーク５０と一つの第二の共通ヨーク５０’が配備されている。このケースでは、三つの磁気サブアセンブリ３０が三角形の側面に沿って配置されている。別の実施形態では、第一の共通ヨーク５０と第二の共通ヨーク５０’は、環状又は多角形の形状を有し、三つの磁気サブアセンブリ３０は、それぞれ環状又は多角形の形態で配置されている。
【００６５】
本デバイスは、中央の穴又は垂直な換気通路８０を有する。図示された実施形態では、この穴８０は三角形である。有利には、空気の流れは、この穴８０を通り抜けて、本デバイスを効率的に冷却することができる。更に、この実施形態は、前記の実施形態よりも良好な対称性を有する、即ち、３相全てに関して同じパラメータによって特徴付けられる。言い換えると、図６Ａ〜６Ｃの実施形態は、本デバイスの完全な対称性を保証するとともに、各相に関する条件を同じにすることができる。
【００６６】
図６Ｃに図示されたデバイス１が三つの磁気サブアセンブリ３０と第一の共通ヨーク５０の間の第一の空隙４０と、三つの磁気サブアセンブリ３０と第二の共通ヨーク５０’の間の第二の空隙４０’との二つの空隙を持っているのに対して、本デバイスは、一つの空隙４０又は４０’だけを備えることもできる。
【００６７】
本デバイス１は、３相電力線又は電力網１００と接続可能な三つの電流入力と、電流入力毎の少なくとも三つの電流出力、即ち、少なくとも九つの電流出力とを有する。
【００６８】
これらの電流出力は、三つの電流入力と電気的に接続されており、負荷２００と接続することができる。本デバイス１は、３相入力を９相出力に変換する。
【００６９】
このデバイスが３相電力網１００と負荷、例えば、１８パルス整流器の後にＤＣ負荷が続く非線形の負荷２００との間に接続されている場合、電流出力の各々に流れる電流の基本成分は、それに対応する電流入力に流れる電流の基本成分に対して所定の角度−２０°、０°及び＋２０°だけ位相がずれる。
【００７０】
三つの磁気サブアセンブリに第一と第二の共通ヨークを並列に配置することは、これらの三つの磁気サブアセンブリ３０の間に磁気的な接続部を形成するとともに、少なくとも一つの空隙の存在によって、本デバイスがインダクタの機能も実行できることとなる。別の実施形態では、これらのサブアセンブリは、共通ヨークを省略できるように、互いに充分に接近して配置されている。
【００７１】
本デバイス１は、材料の節約を可能とし、同じ定格出力の従来の１８パルス設備と比べて、２０％サイズが小さく、重量が軽い。本発明のデバイス１は、同じ定格出力の電力変圧器で使用する材料の約４分の１となる。
【００７２】
一つの実施形態では、三つの磁気サブアセンブリ３０の各々は、薄板鉄心又は高周波用の強磁性体サブコアである。
【００７３】
Ｃ形コアなどのカットしたコアは、焼き鈍し後に含浸し、次に部分に裁断して折り畳んだコアに線を巻いたものである。これらのコアは、非常に短い時間で巻枠の回りに組み立てられるので、この実施形態のデバイス１は、デバイスを製造する時間が短くなる。図６Ｂに図示された三角形のヨーク５０と５０’も、ストリップ巻線手法により効率的に作ることができる。
【００７４】
図７Ａ，８Ａ，９Ａ．．．１５Ａは、本発明の様々な代替形態に関する磁気デバイス１の一つのサブアセンブリにおける異なる巻線配置構成を図示している。
【００７５】
図７Ｂ，８Ｂ，９Ｂ．．．１５Ｂは、図７Ａ，．．．１５Ａの配置構成と関連した本デバイス１の三つの磁気サブアセンブリの代替巻線形態とそれに対応するＭＭＦベクトルの位相ベクトル図を図示している。この位相ベクトル図は、本デバイス１の全ての巻線の全てのＭＭＦを図示する一方、この巻線形態は、簡略化するために、一般的に位相ベクトル図の最も下の位置に表示された単一の磁気サブアセンブリに関するものとした。ここで、図７Ｂ，．．．，１５Ｂの位相ベクトル図は、電流ではなく、ＭＭＦを表し、そのため、巻線の巻数が異なるので、異なる位相ベクトルは、異なる長さを持てることを注意喚起しておきたい。しかし、これらの電流は、本発明によるデバイスの出力で生じ、全て同じ振幅を有し、同じ長さの九つの位相ベクトルによって表される。
【００７６】
前述した通りのスプリッタデバイスとするためには、各磁気閉ループに関して、その磁気回路のＭＭＦの合計がゼロでなければならないとの条件を満足しなければならない。一つの巻線に関するＭＭＦが、その巻線に流れる電流の瞬間値と巻数の乗算である。言い換えると、磁気回路のＭＭＦベクトルが閉じたパスを形成しなければならないことを意味する。
【００７７】
図７Ａと７Ｂの実施形態では、各磁気サブアセンブリ３０は、五つの巻線を備えており、二つの分岐部が一つの分割巻線Ｓと一つの変位巻線Ｖを有する一方、残りの分岐部が一つの分割巻線だけを有する。これらの巻線の名称は、ＭＭＦ（起磁力）ベクトルを示す図７Ｂの位相ベクトル図を参照して説明する。
【００７８】
簡略化のために、図７Ｂの上方左隅の配置構成を考慮すると、ここで考慮したサブアセンブリ３０には、一つの磁気回路が存在する。この回路では、（それぞれ先行電流と後行電流に対応するので）Ｓ１．３が先行分割巻線として動作するのに対して、Ｓ１．１が後行分割巻線として動作し、Ｓ１．１が同相分割巻線として動作する。
【００７９】
このケースでは、Ｖ３．１とＶ２は、これらの五つの位相ベクトルで構成される独立した二つの三角形のループを閉じているので、変位巻線である。特に、Ｖ３．１が後行電流に対する変位巻線として動作し、Ｖ２が先行電流に対する変位巻線として動作する。
【００８０】
一般的に、各分割巻線は、一つの分割電流を電導し、各変位巻線は、一つの相電流、即ち、Ｉ１，Ｉ２又はＩ３又は一つの分割電流Ｉ１．１，Ｉ１．２，Ｉ２．１，Ｉ２．２，Ｉ３．１，Ｉ３．２を電導する。変位巻線Ｖは、如何なる形式の電流も電導することができる。一つの実施形態では、本デバイスの一つの分岐部の変位巻線Ｖは、同じデバイスの別の分岐部の分割電流又は共通電流を電導することができる。別の実施形態では、変位巻線Ｖは、外部の制御可能な電流を電導することができる。図７Ａ，７Ｂ，８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂは、一方の変位巻線が相電流を電導する一方、他方の変位巻線が分割電流を電導する実施形態を図示している。
【００８１】
図１０Ａ〜１４Ｂは、両方の変位巻線が分割電流を電導する本発明の別の実施形態を図示している。
【００８２】
図１５Ａと１５Ｂは、両方の変位巻線が相電流を電導する本発明の別の実施形態を図示し、図１６Ａと１６Ｂは、同様の実施形態を図示しているが、両方の変位巻線が分割電流を電導している。
【００８３】
従って、本発明の磁気デバイスにおいて、提示した図面では尽くせない、九つの等しい電流を供給できる、所望の相を１８パルス整流器に供給するための巻線の配置及び相互接続構成に関する幾つかの可能性が有ることは明らかである。本発明が特定の配置構成に限定されず、特許請求の範囲内に有る全てのデバイスを包含することを理解しなければならない。
【００８４】
本デバイス１は、磁気サブアセンブリ３０における五つの巻線に関する全ての実現可能な組合せを図示した図７Ａ〜１６Ｂに図示されている通り、１５個の巻線を有する、即ち、磁気サブアセンブリ３０毎に五つの巻線を有するデバイスで構成され、二つの巻線分岐部が二つの巻線を有し、巻線分岐部毎に残る一つの巻線を有する。
【００８５】
本デバイスの少なくとも一つの空隙又は本デバイスを取り囲むスペース内の磁場に或る程度のエネルギーを保存することができるので、図３Ａに図示された電力網１００とそれに対応する磁気デバイスの入力電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の各電圧位相ベクトル間の遅延角度又は位相差角度δを観測することができる。このケースでは、インダクタの機能が本デバイスに統合されている。更に、インダクタンスの値は容易に制御できる。
【００８６】
本磁気デバイス１を電力変換器で使用することによって、１８ダイオード整流器の使用と、そのため５次と７次、１１次と１３次、２３次と２５次及び２９次と３１次の高調波の除去が可能である。試験では、全高調波歪み（ＴＨＤ）を約５％以内にできることが示された。例えば、ＤＣリンクのチョークを備えた６ダイオード整流器のケースでは、高調波は除去されず、全高調波歪みは３５％よりも良くならない。
【００８７】
図７Ａ，８Ａ．．．１５Ａ及び１６Ａの電気回路で図示されている通り、本発明によるデバイス１は、位相Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に対応する三つの共通パスと、九つの分割パスとを有する。別の実施形態では、分割パスの数は、相当たり三つ以上とすることができる。本デバイスをＡＣ／ＤＣ電力整流器において使用し、その場合に電流がＡＣ入力からＤＣ出力に流れる場合、前述した通り、本デバイス１は位相シフト電流スプリッタとして動作する。実際に、共通パスに流れる電流は、分割パスに流れる三つ以上の同じ大きさであるが位相のずれた成分に分割される。別の実施形態では、分割パスの数は、それよりも多い数とすることができる。
【００８８】
有利には、本デバイス１は、ＤＣ／ＡＣ電力変換器において使用することができる。そのようなケースでは、電流はＤＣ入力からＡＣ出力に流れ、本デバイス１は、位相シフト電流統合器として動作する。実際に、分割パスに流れる電流は、一つの共通パスに統合される。このケースでも、分割パスの数は三つ以上とすることができる。
【００８９】
言い換えると、３相電力網１００と接続可能な三つの入力線の相毎の位相シフト電流スプリッタ／統合器１を使用することができる。本デバイスがスプリッタとして動作する場合、それは入力電流を位相差と振幅を制御可能な三つ以上の分割電流に分割し、本デバイスが統合器として動作する場合、それは位相差と振幅を制御可能な形で三つ以上の分割電流を一つの出力電流に統合する。
【００９０】
本発明によるデバイス１の共通パスの変位巻線をゼロ（図１０Ａ〜１４Ａ及び１６Ａ）、一つ（図７Ａ〜９Ａ）又は二つ（図１５Ａ）とすることができる。各分割パスは、一つの分割巻線（図１１Ａ〜１２Ａ及び図１７Ａ〜１８Ａ）を備えるか、或いは一つの分割巻線と一つ又は二つの変位巻線（図７Ａ〜１０Ａ及び１３Ａ〜１６Ａ）を備えることができる。共通パスと分割パスにおける巻線の数と位置に応じて、異なる形式のデバイスへのクラス分けを実現することができる。幾つかの配置構成、即ち、図１５Ａ、１５Ｂ及び１７Ａの配置構成では、二つの変位巻線が同じ共通電流を電導している。図７Ａ〜９Ａ及び１７Ｂの例に図示された別のクラスでは、一方の変位巻線が相電流を電導し、他方の変位巻線が分割電流を電導している。図１０Ａ〜１２Ａ及び１７Ｃに図示された別のカテゴリーでは、変位巻線が二つの異なる分割電流を電導する配置構成にグループ分けされている。最後に、二つの変位巻線が同じ分割電流を電導するデバイスは、図１７Ｄと１６Ａに図示された最後のカテゴリーに分類される。
【００９１】
巻線の巻数は、分割パスに流れる分割電流の基本周波数成分の振幅が同じとなり、それらの分割電流の基本周波数成分の間の位相差が所定の角度と等しくなるように選択される。好ましい実施形態では、この角度の値は０°と±２０°である。
【００９２】
図１８Ａは、本発明の一つの実施形態による磁気部品又はデバイス１を備えたＡＣ／ＤＣ電力整流器を図示している。
【００９３】
本統合型デバイス１は真性の誘導デバイスであるので、図１Ａの別個のインダクタ４００を除去することが可能であり、従来技術と比べて材料、コスト及び体積を更に節約することができる。
【００９４】
本デバイス１は、三つの共通電流の各々を三つの分割電流に分割しているので、九つの出力を有する。これらの出力が１８ダイオード整流器に送られる。これらのダイオードの出力が、図１８Ａに図示されている通り組み合わされて、一つのＤＣ出力を形成する。このケースでは、分割パスに流れる三つの電流の間の位相差の値は、０°と±２０°に等しく、そして５次と７次、１１次、１３次、２３次、２５次、２９次及び３１次の高調波が除去される。
【００９５】
各磁気サブアセンブリ３０は、一つの相に対応すると考えることができ、図１８Ａに図示された例では、第一の磁気サブアセンブリ３０は、Ｌ１の分割電流がこの磁気サブアセンブリの電流出力Ｉ１．１，Ｉ１．２，Ｉ１．３に流れるので、Ｌ１の相に対応すると考えることができる。
【００９６】
図１８Ａにおいて、本デバイス１の上に矢印で表示した通り、電力の流れは片方向であり、特に、ＡＣからＤＣの方向に流れる。
【００９７】
図１８Ｃと１８Ｂは、図１８Ａのデバイス１の巻線の配置構成とその結果得られるＭＭＦ位相ベクトル図を図示している。この構造は、デバイス１全体が単一のサブアセンブリではなく、図１８Ｃに図示されているとの相違点を除いて、図１５Ｂの最も右側の例と同じであることが理解できる。
【００９８】
考察した通り、本デバイス１は、ＤＣ／ＡＣインバータにおいて統合器として使用することもできる。前述した通り、そのようなケースでは、本デバイス１は電流統合器として動作する。ＤＣ／ＡＣ変換器は、１８個のダイオードに対して並列に、制御スイッチの１８個以上のパルスブリッジを備えている。一つの実施形態では、これらの能動スイッチは、トランジスタ又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。駆動回路が能動スイッチの状態を変更するために配置されている。
【００９９】
本デバイス１をＤＣ／ＡＣインバータにおいて使用した場合、それは三つ以上の分割電流を共通の相電流に統合する。
【０１００】
３相電力網１００と１８パルス整流器の間に接続された本デバイス１は、所定の方向のＤＣ電流と所定の極性のＤＣ電圧を発生する。１８パルス整流器において、ダイオードの代わりにサイリスタを使用した場合、ＤＣ電圧の値と極性を変更することができる。その結果得られた位相制御変換器は、ＡＣ／ＤＣ整流器又はＤＣ／ＡＣインバータ（２象限変換器）として動作することができる。
【０１０１】
本発明の独立した観点では、図１９において、本デバイス１の上の矢印で表示した通り、変換器内のＡＣとＤＣ部品間の電力の流れを双方向とすることができる。実際に、符号７００は、電力負荷と電源の両方を示している。そのようなケースでは、双方向式受電機器を形成するために、１８パルス整流器のダイオードの各々と並列に、制御スイッチを有する。これらのスイッチの制御回路は図示されていない。
【０１０２】
そのような双方向式受電電力変換器は、有利には、回生ブレーキを備えた電車、電気自動車又はリフトのモータのために使用することができ、自動車の運動エネルギー及び／又は（上昇による）位置エネルギーの幾らかは、従来の抵抗ブレーキのように熱として放出するのではなく、有用な形のエネルギーに変換して、その変換したエネルギーを電力網に戻して他の自動車で使用することができる。
【０１０３】
最後に、簡略化のために、１８パルスシステムだけを参照して本発明を説明したが、巻線と巻線分岐部の数を相応に増加することによって、如何なる数の相にも拡張することができる。図２０は、各々が四つの巻線分岐部に八つの巻線を有する三つのサブアセンブリを備えた本発明によるデバイスの変化形態を図示している。
【０１０４】
この低高調波の双方向式受電電力変換器は、
３相電力線１００と、
前述した通りの統合型磁気デバイス１と、
逆並列のダイオードを備えた１８個の能動スイッチのセットと、
ＤＣ電源又はＤＣ負荷７００と、
を備えている。
【０１０５】
本発明による統合型磁気デバイスは、有利には、バッテリーの充電のために、太陽エネルギーパネルと組み合わせて、或いは公衆の照明用途で使用することができる。
【０１０６】
そのような統合型デバイスを使用する利点は、
高調波の低減と、
高い信頼性と、
低いノイズ、即ち、低い電磁干渉と
高い効率と、
である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ１】
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【図７Ｂ２】
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【図７Ｂ３】
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【図７Ｂ４】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ１】
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【図８Ｂ２】
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【図８Ｂ３】
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【図８Ｂ４】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ１】
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【図９Ｂ２】
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【図９Ｂ３】
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【図９Ｂ４】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ１】
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【図１０Ｂ２】
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【図１０Ｂ３】
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【図１０Ｂ４】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ１】
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【図１１Ｂ２】
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【図１１Ｂ３】
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【図１１Ｂ４】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ１】
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【図１２Ｂ２】
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【図１２Ｂ３】
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【図１２Ｂ４】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ１−１３Ｂ２】
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【図１３Ｂ３−１３Ｂ４】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ１−１４Ｂ２】
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【図１４Ｂ３−１４Ｂ４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ１−１５Ｂ２】
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【図１５Ｂ３−１５Ｂ４】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ１−１６Ｂ２】
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【図１６Ｂ３−１６Ｂ４】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０】
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