CN1214511C - 功率变流器 - Google Patents

Abstract

一种采用一个紧凑共模变压器、并且包括一个线路滤波器的低噪声、紧凑和低成本电功率变流器，能减小漏电流，并且即使改变电功率变流器的安装条件或半导体开关元件的特性，也能保持预定漏电流减小效应。该电功率变流器包括：一个电容器；一个第一电极；一个第二电极；一个第一磁性体，在其上缠绕第一电极和第二电极以形成一个LC合成元件；连接电极，电气连接到第一和第二电极的两端的相应一个上；一个第二磁性体，用来互链第一磁性体的两端；一个线圈，在与绕第一磁性体和用来短路线圈输出的一个电阻器缠绕第一和第二电极的相同缠绕方向上绕第二磁性体缠绕。

Description

功率变流器

技术领域

本发明一般涉及一种电功率变流器，如一种变流器单元、一个功率存储单元等。更具体地说，本发明涉及一种使用LC合成元件减小来自电功率变流器的噪声泄漏的电功率变流器。

背景技术

变频器单元已经广泛用于交流电机的操作，如感应电机等。在最近几年，变频器单元也用作用于车辆动力源的控制器，从而能满意地享受借助于变频器单元的变速操作的优点。

在表示在图16中的常规变频器单元中，常规已经广泛使用PWM(脉冲宽度调制)控制系统。PWM控制系统包括：一个变流器部分(正向变流部分)2，由二极管整流器构成；一个PWM控制型变频器(反向变流部分)3，对其输入从变流器部分2输出的直流功率；及一个平滑电容器4，连接在变流器部分2与变频器部分3之间的直流部分中。

当把交流功率从是电源的工业交流源输入到变流器部分2时，由电容器4平滑的直流功率供给到变频器部分3。这里，PWM控制变频器部分3的半导体开关元件40，以转换成直流功率的预定电压和预定频率的交流功率。结果，把变压和变频的功率供给到一个负载6，如感应电机等。

在这时，在变频器部分3中的半导体开关元件40根据从一个计算机28经一个驱动电路43传输的一个PWM信号控制为通(导电的)和断(非导电的)，并且把一个矩形波电压和一个负载电流输出给负载6，以便引起由半导体开关元件40的传导电阻和负载电流确定的传导损失、和当电压和电流在通和断时的过渡异常发生时的切换损失。

在最近几年，半导体开关元件40的过渡响应的改进已经进步以便减小开关损失，并且已经开发了具有高速开关特性的IGBT(绝缘栅双极晶体管)以实现损失的减小，以便有助于器件冷却器的尺寸减小和由变频器代表的电功率变流器的尺寸减小。

然而，当矩形波的过渡电压变化变得剧烈时，从连接在作为代表性负载6的交流电机与交流电机的绕组的地电容7之间的功率电缆的地电容7泄漏的电流(下文称作“漏电流”)增大，相对于时间与电压变化速率成比例地升高漏电流8的波峰值，引起与电源线的寄生电感50的高频谐振。而且，漏电流8可能经变频器部分3或变频器2流入工业交流源1，影响其它设备，如引起故障。另外，漏电流和由漏电流路径的布线电压产生的电磁波可能透入其它设备，或者对靠近变频器的电视和/或无线电天线放出辐射噪声。

作为先有技术的一个例子，以上已经讨论了采用由二极管整器构成的变流器(正向变流部分)2的电功率变流器。然而，即使对于供给从一个蓄电池，如电池等，输出的直流的电功率变流器，通过借助于PWM控制变频器部分3的半导体开关元件40把直流功率转换成具有预定电压和预定频率的交流功率，也能把变压和变频的功率供给到负载6，如车辆的电源、冷却器件的冷却风扇、用来循环冷却水的泵驱动电机、用于液压机械的液压泵驱动电机、用于空气调节器的压缩机驱动电机等。即使在这种情况下，也产生辐射噪声。

这里，为了防止是噪声原因的漏电流8流动，一个线路滤波器5由连接作为连接到图16中表示的电源线上的无源元件的共模变压器9、电源线及地线的一个X连接电容器和一个Y连接电容器10构成，插入在与负载6或电源串联的电功率变流器的输入电源线中，用来堵塞高频漏电流8向共模变压器9的流动。然后，堵塞的漏电流8流到Y连接电容器10，并且然后反馈到地线，显著减小流入输入电源线的漏电流8、避免其它设备引起故障等、减小漏电流8和由漏电流路径的布线电压产生的电磁波，从而不透入其它设备。

为了减小线路滤波器的尺寸，已经提出有采用在日本专利申请公开No.6-224045中公开的一种LC合成元件15的线路滤波器5。如图17中所示，电容器的一个阳极16和一个阴极绕铁氧体等的杆形磁性体19以同心方式缠绕，以与阳极16和阴极17形成LC合成元件15。形成的LC合成元件15以绕组形式用作共模变压器。为了形成在阳极16与阴极17之间的X连接电容器52和Y连接电容器10、和地线，第三和第四电极与阳极16和阴极17一起缠绕以形成线路滤波器5，以便实现紧凑和高性能线路滤波器5，用来显著减小在输入电源线中流动的漏电流8、用来避免诸如在其它设备中的故障之类的有害影响、用来减小由漏电流8和漏电流路径的布线电压产生的电磁波以避免透入其它设备中。

另一方面，一种通过在流动漏电流8的路径中插入一个电阻器13来衰减漏电流8的方法，已经在Institute of Electrical Engineers，1995Industrial Application Department National Convention No.93“HighFrequency Leakage Current Restriction Effect and Designing Methodusing Common Mode Transformer”中开发和报告。在该方法中，是零相位线圈26的相同相绕组新添加到串联插入在电源线中的共模变压器9中(下文，添加的相同相绕组的共模变压器将称作CMT)，用来把在共模变压器9的心部由流经电源线的漏电流产生的磁通链接到新添加的零相位线圈26上以通过一个电阻器13短路零相位线圈26的输出。因而，共模电流，即漏电流8，流经用来衰减漏电流8的电阻器13以便显著减小流经电源线的漏电流，以防止对于其它设备的有害影响，如引起故障；减小漏电流和由漏电流路径的布线电压产生的电磁波以避免透入其它设备中。

按常规，是噪声原因的漏电流8的流动使用借助于连接到电源线上的共模变压器9、和连接在电源线与地线之间的电容器10、52构造的线路滤波器5限制。在这种情况下，要用于线路滤波器5的共模变压器9必须以几个mH的程度提供较大的感应特性。进一步需要在一个磁心上按每个相位把电导体准确地缠绕几匝、和一个具有把负载电流流到缠绕导体的较大直径的电导体。因此，共模变压器9的尺寸变大，并且线路滤波器5的尺寸变大。在具有几kW输出的电功率变流器的情况下，线路滤波器5以这样一种方式变得尺寸可与电功率变流器相比，从而不得不把线路滤波器5建造在一与电功率变流器分离的壳体中，以解决使电功率变流器庞大和线路滤波器5的高成本问题。

另外，在线路滤波器采用常规LC合成元件15的情况下，必须使用来屏蔽漏电流8的电感值对于作为无源电路的操作较大。为了获得大电感值，增大在缠绕形成共模变压器9的电极时的匝数，或在选择例中，是铁心的磁性体，如铁氧体，的厚度。在前一种情况下，为了增大绝缘纸的长度进一步增大厚度。在任一种情况下，在减小线路滤波器的尺寸时遇到困难。

另一方面，确定线路滤波器5和CMT 11的电路常数，以对于在一个范围内的漏电流8实现某种减小效应，其中电功率变流器的安装条件由安全标准等确定。自然，当改变安装条件之一，如连接电功率变流器和负载的功率电缆的长度、泄漏容量的特性时，有可能不能得到漏电流8的希望减小特性。例如，当提供长度比预定值大的功率电缆时，有可能不能得到漏电流8的希望减小特性。特别是，在线路滤波器5中，当在改变半导体开关元件40的驱动电路43时改变用在电功率变流器中的半导体开关元件40的特性时，半导体开关元件40的过渡输出电压特性变得不同，以改变漏电流8的波形。而且，由于包含在漏电流中的不同频率分量，通过线路滤波器5不能得到预定的噪声减小特性。

另外，在日本专利申请公开No.2000-60407中公开的技术中，通过在作为电功率变流器的功率输入级的变流器部分与是用来把功率供给到与平滑电容器并联的负载的输出级的变频器部分之间插入在Institute of Electrical Engineers，1995 Industrial ApplicationDepartment National Convention No.93“High Frequency LeakageCurrent Restriction Effect and Designing Method using CommonMode Transformer”中报告的CMT，通过使漏电流流经电阻器13能衰减共模电流，即漏电路8，并由此能显著减小流经功率线的漏电流，以减小对于其它设备可能引起故障的不利影响。而且，能减小由漏电流路径的布线电压产生的漏电流8和电磁波，以避免透入其它设备的问题。

发明内容

鉴于以上叙述的缺陷已经研究出本发明。因此，本发明的目的在于提供一种低噪声、紧凑的和低成本电功率变流器，该变流器采用一个紧凑共模变压器、和包括一个线路滤波器，该线路滤波器能减小漏电流，并且即使改变电功率变压器的安装条件或半导体开关元件的特性，也能保持预定的漏电流减小效果。

根据本发明的第一方面，一种包括布置在用来把电功率供给到负载的电源接线中的电容器的电功率变流器，包括：一个箔形第一电极，固定在一个第一绝缘片上；一个箔形第二电极，固定在一个第二绝缘片上；一个杆形第一磁性体，在其上以重叠方式缠绕带有所述第一绝缘片的所述第一电极和带有所述第二绝缘片的所述第二电极，以形成一个LC合成元件；连接电极，电连接到所述第一和第二电极的两端；一个第二磁性体，带有与所述第一磁性体的两端接触或紧密靠近布置的两端，用来互链所述第一磁性体的两端；一个线圈，在与绕所述第一磁性体缠绕的所述第一和第二电极的相同缠绕方向上，绕所述第二磁性体缠绕；及一个电阻器，用来短路所述线圈的输出。

在最佳构造中，电功率变流器可以进一步包括：

一个两端开放的圆柱形壳体，其中布置LC合成元件；

密封板，由绝缘材料形成，固定在圆柱形壳体的两端上，用来封闭两端开口，及限定贯通的开口，穿过这些开口连接电极和第一磁性体延伸；

第二磁性体，布置在链接第一磁性体的两端的圆柱形壳体的外侧，并且通过夹具或粘合剂固定在圆柱形壳体和密封板的侧表面上。

用来固定第二磁性体和把LC合成元件固定在一个布线板上的夹具，可以固定在圆柱形壳体或密封板上。

根据本发明的第二方面，一种包括布置在用来把电功率供给到负载的电源接线中的电容器的电功率变流器，包括：

一个箔形第一电极，固定在一个第一绝缘片上；

一个箔形第二电极，固定在一个第二绝缘片上；

一个杆形第一磁性体，在其上以重叠方式缠绕带有所述第一绝缘片的所述第一电极和带有所述第二绝缘片的所述第二电极，以将所述第一电极形成为上层由此形成一个第一LC合成元件；

一个杆形第三磁性体，在其上以重叠方式在与所述第一LC合成元件的带有所述第一绝缘片的所述第一电极和带有所述第二绝缘片的所述第二电极相同的缠绕方向上缠绕带有所述第一绝缘片的所述第一电极和带有所述第二绝缘片的所述第二电极，以将所述第二电极形成为上层由此形成一个第二LC合成元件，所述第二LC合成元件的所述第二电极电连接到所述第一LC合成元件的所述第二电极上，以便建立所述第一LC合成元件和所述第二LC合成元件的串联连接；

第四和第五磁性体，带有与所述第一和所述第三磁性体的两端接触或紧密靠近布置的两端，用来互链所述第一和第三磁性体的两端；

一个线圈，在与绕所述第一磁性体缠绕所述第一和第二电极的相同缠绕方向上，绕所述第四和第五磁性体之一缠绕；及

一个电阻器，用来短路所述线圈的输出。

最好，电功率变流器可以进一步包括：

连接电极，电气连接到第一和第二LC合成元件的第一和第二电极两端的相应一个上；两端开放的圆柱形壳体，其中布置第一和第二LC合成元件；密封板，由绝缘材料形成，固定在圆柱形壳体的两端上，用来封闭两端开口，及限定贯通的开口，穿过这些开口连接电极及第一和第三磁性体延伸；第二磁性体，布置在链接第一磁性体的两端的圆柱形壳体的外侧，并且通过夹具或粘合剂固定在圆柱形壳体和密封板的侧表面上；线圈的输出可以由一个可变电阻器短路，并且电功率变流器可以进一步包括用来多次改变可变电阻器的电阻值、并且每次电阻值变化时测量在可变电阻器两端的电压的装置，和计算装置，使用在可变电阻器处的探测电压来导出使流经LC合成元件的共模电流最小的可变电阻器的电阻值。一个使用一个脉冲宽度调制系统来把直流功率转换成交流功率的变频器单元，可以固定在作为负载的电机的侧表面上，用来把变频器单元与负载形成整体，LC合成元件可以用来平滑变频器部分的直流功率。

一种安装在车辆上、并且带有一个用来驱动作为负载的电机的变频器单元使用一个脉冲宽度调制系统来把直流功率转换成交流功率的电功率变流器，包括：

一个箔形第一电极，固定在一个第一绝缘片上；

一个箔形第二电极，固定在一个第二绝缘片上；

一个杆形第一磁性体，在其上以重叠方式缠绕带有所述第一绝缘片的所述第一电极和带有所述第二绝缘片的所述第二电极，以形成一个LC合成元件用于平滑所述电功率变流器的变频器部分的直流功率；

连接电极，电连接到所述第一和第二电极的两端；

一个第二磁性体，带有与所述第一磁性体的两端接触或紧密靠近布置的两端，用来互链所述第一磁性体的两端；

一个线圈，在与绕所述第一磁性体缠绕的所述第一和第二电极的相同缠绕方向上，绕所述第二磁性体缠绕；及

一个电阻器，用来短路所述线圈的输出。

一种带有一个使用一个脉冲宽度调制系统借助于转换从太阳能电池或功率蓄电池供给的直流功率把电功率供给到电源系统的变频器单元的电功率变流器，包括：

一个箔形第一电极，固定在一个第一绝缘片上；

一个箔形第二电极，固定在一个第二绝缘片上；

一个杆形第一磁性体，在其上以重叠方式缠绕带有所述第一绝缘片的所述第一电极和带有所述第二绝缘片的所述第二电极，以形成一个LC合成元件用于平滑所述电功率变流器的变频器部分的直流功率；

连接电极，电连接到所述第一和第二电极的两端；

一个第二磁性体，带有与所述第一磁性体的两端接触或紧密靠近布置的两端，用来互链所述第一磁性体的两端；

一个线圈，在与绕所述第一磁性体缠绕的所述第一和第二电极的相同缠绕方向上，绕所述第二磁性体缠绕；及

一个电阻器，用来短路所述线圈的输出。

在最佳构造中，可以缠绕用来平滑变频器单元的直流功率的LC合成元件的带有第一绝缘片的第一电极和带有第二绝缘片的第二电极，以便在与缠绕轴垂直的平面上具有横截面压缩平面形状，并且杆形第一磁性体可以插入在缠绕成压缩平面形状的电极的中心部分中。而且，有可能，具有互不相同表面粗糙度的区域可以形成在LC合成元件的相应阳极和阴极的表面上。

附图说明

由下文给出的详细描述和由本发明最佳实施例的附图将更充分地理解本发明，然而这些不应该认为是对本发明的限制，而是仅用于解释和理解。

在附图中：

图1是剖视图，表示根据本发明的LC合成元件第一实施例；

图2图1的LC合成元件第一实施例的侧视图；

图3是采用图1的LC合成元件第一实施例的电功率变流器的电路图；

图4是图1的LC合成元件第一实施例的一个内部电极的展开视图；

图5是立体图，表示一种构造，表示图1的LC合成元件第一实施例的内部电极；

图6是采用图1的LC合成元件第一实施例的电功率变流器的漏电流路径的示意等效电路；

图7是电路图，表示根据本发明的LC合成元件第二实施例和采用LC合成元件第二实施例的电功率变流器；

图8是流程图，表示使在图7中所示的实施例的电功率变流器中的漏电流最小的过程；

图9是根据本发明的LC合成元件第三实施例的剖视图；

图10是侧剖视图，表示图9的LC合成元件第三实施例；

图11是电路图，表示采用图9中所示LC合成元件第三实施例的电功率变流器的主电路；

图12是电路图，表示采用根据本发明的LC合成元件第四实施例的电功率变流器的主电路；

图13是部分说明，表示采用根据本发明的LC合成元件第五实施例的电功率变流器；

图14是示意电路图，表示采用根据本发明的LC合成元件的电功率变流器；

图15是示意电路图，表示采用根据本发明的LC合成元件的电功率变流器；

图16是采用常规线路滤波器和CMT的电功率变流器的电路图；

图17A和17B表示常规LC合成电路和等效电路的构造；

图18是剖视图，表示采用根据本发明的LC合成元件第六实施例的电功率变流器的实施例；及

图19是说明图，表示采用根据本发明的LC合成元件第七实施例的电功率变流器的实施例。

具体实施方式

下文参照附图按照本发明的最佳实施例详细地讨论本发明。在如下描述中，叙述多个具体细节，以便提供本发明的彻底理解。然而，对于熟悉本专业的技术人员显然，不用这些具体细节可以实施本发明。在其它实例中，没有详细表示熟知的结构，以便避免本发明的不必要模糊。

图1是剖视图，表示根据本发明的LC合成元件第一实施例；图2图1的LC合成元件第一实施例的侧视图；及图3是采用图1的LC合成元件第一实施例的电功率变流器的电路图。电功率变流器的一般构造带有一个主电路，包括：一个变流器部分2，由一个整流图16中所示工业交流电源1的二极管整流器构成；一个PWM控制型变频器部分3，接收从变流器部分2输出的直流功率的输入；及一个平滑电容器4，连接在变流器部分2与变频器部分3之间的直流部分中。

用于一般目的的电功率变流器的一个线路滤波器5，连接到在工业交流功率源1侧的变流器部分2上。从在作为负载6的交流电机或交流电机的电源线与地之间的一个泄漏电容7流出的漏电流8，借助于一个有优良高频特性的扼流圈通过升高线路阻抗阻塞流过，从而漏电流8不可能向工业交流电源1传输。漏电流8经一个一侧接地而另一侧连接到电源线上并且具有优良频率响应的一个Y连接电容器10接地，并由此防止流出到工业交流电源1。

另一方面，常规CMT 11串联布置在如此PWM控制从而三相变频器的输出电流IU、IV、IW之和成为零的变频器部分3与负载6之间的电源线中。CMT 11通过在相同相位中缠绕三电源接线和在一个环形铁心上的零相位线圈26形成。零相位线圈26的输出由电阻器13短路。然后，流经相应相位的负载电流形成在环形铁心中的磁路中结合的磁通。然而，由IU、IV和IW产生磁通之和自然成为零。因此，在磁路中的残余磁通仅是由漏电流8产生的分量。因而，在零相位线圈26中由漏电流8感应磁通。因而，漏电流8流经短路零相位线圈26的输出的电阻器13。这等效于电阻器13串联插入在流动漏电流8的路径中。因而，能实现由电阻器13衰减漏电流8的效果。

表示在图1、2和3中的第一实施例与表示在图16和17中的先有技术在如下几点上不同。在采用变流器部分3的电功率变流器中，在连接变频器部分3、变流器部分2和一个功率存储部分14的电源接线中变流部分3和一个LC合成元件15用作一个平滑电容器4，一个阳极16和一个阴极17固定在具有至少大于空气的介电常数的绝缘纸18上，或者由电解质溶液湿润的绝缘纸18上，如图4中所示。阳极16和阴极17绕一个具有至少大于绝缘纸18的宽度的诸如铁氧体等之类的杆形磁性体缠绕，以便以重叠方式形成图5中所示的电容器。连接电极20固定在用于外部电气连接的阳极16和阴极17的两端上。如此建造的电容器布置在以图1中所示方式具有开放两端的圆柱形壳体21内。由树脂等形成的密封板22固定在圆柱形壳体21的两端处。穿过其连接电极20和杆形磁性体19伸出圆柱形壳体21的通孔，形成在密封板22内。在圆柱形壳体21外，借助于把两端靠近杆形磁性体19的两端放置形成一个环形磁路，提供一个通道形磁性体23。通道形磁性体23借助于夹具或支撑件24固定在圆柱形壳体21的侧表面上。在通道形磁性体23上，安装一个线圈架25。绕线圈架25缠绕一个是零相位线圈26的第三线圈。线圈架25固定在LC合成元件15的一部分处。零相位线圈26的输出由具有预定电阻的电阻器13短路。因而，如图3中所示，电阻器13能插在跨过变频器部分3、变流器部分2和功率存储部分14流动的共模漏电流8中，以使漏电流8经电阻器流动并由此衰减漏电流8。对于上述布置，能减小流经电源线的漏电流8，以消除对能引起故障的其它设备的不利影响。而且，能减小由漏电流8和漏电流路径的布线电压产生的电磁波。因此，能衰减漏电流8而不用新使用带有内装共模变压器9的线路滤波器5，以实现电功率变流器的噪声降低、尺寸减小和成本降低。

图7表示采用根据本发明的LC合成元件第二实施例的电功率变流器的一个例子。表示的实施例与图1中所示的实施例在如下几点上不同。在通道形磁性体23上，安装一个线圈架25。绕线圈架25缠绕一个是零相位线圈26的第三线圈。线圈架25固定在LC合成元件15的一部分处。零相位线圈26的输出由具有预定电阻的可变电阻器27短路。因而，如图3中所示，可变电阻器27能插在跨过变频器部分3、变流器部分2和功率存储部分14流动的共模漏电流8中。根据表明在图8中所示流程图中的过程使用计算机28改变可变电阻器27的电阻值多次，每当改变电阻值(Rz(N))时，测量在可变电阻器27两端处的电压(Vr(N))。在测量中，在电阻器两端处的电压由一个半波整流器电路29整流，并且由一个波峰保持电路30或一个样本/保持电路保持。然后把保持值从电压通过一个A/D转换器31转换成数字值。根据转换的数字值，由计算机28计算在其下共模漏电流8变得最小的可变电阻器27的电阻值(Rz)。根据计算结果，通过由计算机28控制电阻控制器32把可变电阻器27的电阻值(Rz)设置到预定电阻值。使用能使漏电流最小的可变电阻器27能衰减漏电流28。通过这样，与电功率变流器的安装条件和负载6无关，能显著减小流经电源线的漏电流，以减小经工业交流电源1流入其它设备的漏电流8和减小对其它设备可能引起故障的不利影响。而且，能减小由漏电流8和漏电流路径的布线电压产生的电磁波。因此，能衰减漏电流8而不用新使用带有内装共模变压器9的线路滤波器5，以实现电功率变流器的噪声降低、尺寸减小和成本降低。

图9表示根据本发明的LC合成元件第三实施例的截面的一个例子；图10是表示在图9中的LC合成元件的侧剖视图；及图11表示采用表示的LC合成元件实施例的电功率变流器的构造的一个例子。表示的实施例与表示在图1和7中的实施例在如下几点上不同。如图11中所示，分别起平滑电容器作用的一个第一LC合成元件33和一个第二LC合成元件34布置在连接变频器3、变流器2和功率存储部分14的电源接线中。第一LC合成元件33位于直流功率的正侧，而第二LC合成元件34位于直流功率的负侧。类似于图5，第一LC合成元件33的一个阳极35和一个阴极36固定在绝缘纸18上，或者在具有至少大于空气的介电常数、由电解质溶液湿润的绝缘纸18上。阳极35和阴极36缠绕在一个具有至少大于绝缘纸18的宽度的轴向长度的、诸如铁氧体等之类的杆形磁性体19上，使阳极35放置在上侧以形成电容器。为了阳极35和阴极36的两端的外部连接，固定连接电极20。电容器布置在两端开放的圆柱形壳体21中。然后，由树脂等形成的密封板22固定在圆柱形壳体21的两端上。通孔形成在密封板中，从而连接电极20和杆形磁性体19可以伸出圆柱形壳体外。第二LC合成元件34的一个阳极37和一个阴极38缠绕在杆形磁性体19上，放置阴极38使上侧相对着第一LC合成元件33的阳极35和阴极36。第一和第二LC元器件的相应杆形磁性体19由提供在圆柱形壳体21外的两个连接磁性体39连接，以形成环形磁路。通过连接第一LC合成元件33的阴极36和第二LC合成元件34的阳极37，把第一和第二LC合成元件33和34串联连接。线圈架25安装在位于圆柱形壳体21的连接磁性体29之一上。在线圈架25上，缠绕用作零相位线圈26的第三线圈。线圈架25固定在LC合成元件15的一部分处，用来把零相位线圈26的输出短路到具有预定电阻的电阻器13。对于上述构造，电阻器13能插在跨过变频器3、变流器部分2和功率存储部分14流动的共模漏电流的路径中，以便衰减漏电流8。另外，对于LC合成元件15的串联连接，第二LC合成元件34具有与第一LC合成元件33的阳极35和阴极36的相对的阳极37和阴极38的缠绕顺序。因而，是直流功率正侧电位的第一LC合成元件33的阳极35的位置和是直流功率负侧电位的第二LC合成元件34的阴极，相对于杆形磁性体19布置在对称位置处，以便由于电极位置偏移允许误差磁通降低。因而，能形成高精度共模变压器。而且，能防止由错误探测的共模电流(漏电流)造成的电阻器13的加热或损坏，仅允许来自电功率变流器和负载6的漏电流8流经零相位线圈26，以显著减小流入电源线中的漏电流8和经工业交流电源1流入其它设备中的漏电流8，以减小对可能引起故障的其它设备的不利影响。因此，能衰减漏电流8而不用新使用带有内装共模变压器的线路滤波器5，以实现电功率变流器的噪声降低、尺寸减小和成本降低。

图12表示采用根据本发明的LC合成元件第四实施例的电功率变流器的一个实施例。表示的实施例与表示在图1和7中的实施例在如下几点上不同。在连接到直流电源线上的LC合成元件15的阳极16和阴极17的变频器部分3的电极上或在变流器部分2和功率存储部分14的侧上，一个典型平滑电容器4与LC合成元件15并联连接。用作零相位线圈26的第三线圈的输出由电阻器13或可变电阻器27短路。通过插入电阻器13或可变电阻器27和通过设置电阻值，从而使漏电流8变得最小，漏电流的衰减成为可能的。通过与LC合成元件15并联连接平滑电容器5，能显著减小流经电源线的漏电流8，容易增大平滑电容器的容量，以减小经工业交流电源1流入其它设备中的漏电流8。而且，能减小由漏电流8和漏电流路径的布线电压产生的电磁波。因此，能衰减漏电流8而不用新使用带有内装共模变压器9的线路滤波器5，以实现电功率变流器的噪声降低、尺寸减小和成本降低。

图13表示采用根据本发明的LC合成元件第五实施例的电功率变流器的一个实施例。表示的实施例与前一个实施例不同。如图13中所示，包括用于变频器部分3和变流器部分2的一个半导体开关元件40的功率模块41，装在如图13中所示由铝模铸造形成的电功率变流器的外壳12内。功率模块41的一个冷却器42借助于螺纹紧固件等固定到外壳12上。在功率模块41的上部中，布置LC合成元件15、一个终端基座53、一个控制功率半导体的驱动电路43、进行PWM控制的计算机28、一个把信号从电功率变流器的优良控制器传递到计算机28的通信电路45、及一个其上安装电源电路的46的控制板47，以便通过由焊接等与功率模块41的电极连接形成电功率变流器。外壳12和作为负载6的交流电机的外壳成为一体。在集成时，外壳12和外壳44可以结合，并且由螺钉或螺栓固定。当作为负载6的交流电机和电功率变流器彼此靠近布置时，在所有安装条件下能保持连接产生漏电流8的变频器部分3和负载6的输出电源接线的长度恒定。结果，能消除漏电流8依据安装条件的变化。因此，根据准确实现漏电流8的衰减效果的交流电机的漏电容，能单一确定用来使漏电流8最小的相位线圈26的短路电阻器13。对于上述布置，能减小流经电源线的漏电流8，以消除对能引起故障的其它设备的不利影响。而且，能减小由漏电流8和漏电流路径的布线电压产生的电磁波。因此，能衰减漏电流8而不用新使用带有内装共模变压器9的线路滤波器5，以实现电功率变流器的噪声降低、尺寸减小和成本降低。

图18表示采用根据本发明的LC合成元件第六实施例的电功率变流器的一个例子。表示的实施例与图1和2中表示的实施例在如下几点上不同。连接到直流电源线上的LC合成元件15的每个电极缠绕成压缩平面形状，以把在与缠绕轴垂直的平面内的缠绕电极的截面形成椭圆形状。另外，要插入在电极中心中的磁性体形成一个环形以形成磁路。而且，在垂直于缠绕轴的平面内的磁性体的截面形成椭圆或矩形形状。因而，能显著增大杆形磁性体19的磁路的有效截面面积，而不显著增大形成环形的磁路的有效磁性路径长度，以增大CMT的激励电感，并且改进零相位线圈26、电阻器13或可变电阻器27的漏电流8的衰减效应。因而，能显著减小流经电源线的漏电流8，以消除对能引起故障的其它设备的不利影响。而且，能减小由漏电流8和漏电流路径的布线电压产生的电磁波。因此，能衰减漏电流8而不用新使用带有内装共模变压器9的线路滤波器5，以实现电功率变流器的噪声降低、尺寸减小和成本降低。

图19表示采用根据本发明的LC合成元件第七实施例的电功率变流器的一个实施例。表示的实施例与前面实施例不同。在LC合成元件的阳极和阴极16和17的表面上提供具有互不相同表面粗糙度的区域。这些区域以条状形式提供，用来连接分别连接到阳极和阴极上的相应两个连接电极。通过这样做，降低在表面上具有较低表面粗糙度的区域的电阻以限制加热，以便减小在LC合成元件内的内部热产生。另一方面，在表面中具有大表面粗糙度的区域16B中，能增大电容量以增大LC合成元件的容量，以便允许具有低热产生和高容量的LC合成元件的形成。因而，能实现电功率变流器的噪声降低、损失降低及转换效率提高。

自然，本发明可用作电功率变流器52，用来链接借助于图14中所示太阳能电池51和电功率变流器的建造的光电功率产生系统的电源系统、所有车辆和安装在采用内燃机48和作为负载6的电动机作为原动机的车辆上的所有变频器单元；把功率存储部分14经LC合成元件15连接到变频器部分3上用来供给直流功率；通过一个功率变速箱49传递内燃机48和负载6的电动机的驱动转矩，如图15中所示。另外，电功率变流器的以上实施例可应用于用来驱动在家用或商用空气调节器的压缩机的变频器单元；或用于洗衣机的电机驱动洗涤缸、吸尘器的抽吸风扇的电机的电感驱动电功率变流器；用来产生电磁范围的磁场等，以实现低噪声、小尺寸及低成本。

如上所述，借助于本发明，通过把电容器的阳极和阴极缠绕在杆形磁性体上、从阳极和阴极的两端引出连接电极、并且使用链接形成磁路的杆形磁性体的两端的连接磁性体、及采用具有与磁路互链的第三线圈的LC合成元件，能提供能实现低噪声、小尺寸和低成本的电功率变流器。

尽管关于其示范实施例已经表明和描述了本发明，但熟悉本专业的技术人员应该理解，其中和对其可以进行上述和各种其它变更、省略和添加，而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不应该理解成限于上述具体的实施例，而是包括关于在附属权利要求书中叙述的特征能在包围的范围和其等效范围内实施的所有可能实施例。

Claims (18)

1.一种包括布置在用来把电功率供给到负载的电源接线中的电容器的电功率变流器，包括：

一个箔形第一电极，固定在一个第一绝缘片上；

一个箔形第二电极，固定在一个第二绝缘片上；

一个杆形第一磁性体，在其上以重叠方式缠绕带有所述第一绝缘片的所述第一电极和带有所述第二绝缘片的所述第二电极，以形成一个LC合成元件；

连接电极，电连接到所述第一和第二电极的两端；

一个第二磁性体，带有与所述第一磁性体的两端接触或紧密靠近布置的两端，用来互链所述第一磁性体的两端；

一个线圈，在与绕所述第一磁性体缠绕的所述第一和第二电极的相同缠绕方向上，绕所述第二磁性体缠绕；及

一个电阻器，用来短路所述线圈的输出。

2.根据权利要求1所述的电功率变流器，其中所述线圈的输出由一个可变电阻器短路，并且所述电功率变流器包括：用来多次改变所述可变电阻器的电阻值、并且每次电阻值变化时测量所述可变电阻器上的电压的装置，和

计算装置，使用所述可变电阻器上的测量电压来导出使流经所述LC合成元件的共模电流最小的所述可变电阻器的电阻值。

3.根据权利要求1所述的电功率变流器，其中一个使用一个脉冲宽度调制系统来把直流功率转换成交流功率的变频器单元，固定在作为所述负载的电机的侧表面上，用来把所述变频器单元与所述负载形成整体，并且所述LC合成元件用来平滑变频器部分的直流功率。

4.根据权利要求1所述的电功率变流器，其中缠绕用来平滑变频器单元的直流功率的所述LC合成元件的带有所述第一绝缘片的所述第一电极和带有所述第二绝缘片的所述第二电极，以便在与缠绕轴垂直的平面上具有横截面压缩平面形状，并且所述杆形第一磁性体可以插入在缠绕成压缩平面形状的电极的中心部分中。

5.根据权利要求1所述的电功率变流器，其中具有互不相同表面粗糙度的区域可被形成在所述LC合成元件的相应阳极和阴极的表面上。

6.根据权利要求1所述的电功率变流器，进一步包括：

一个两端开放的圆柱形壳体，其中布置所述LC合成元件；以及

密封板，由绝缘材料形成，固定在所述圆柱形壳体的两端上，用来封闭其两端开口部分，所述密封板具有贯通的开口，所述连接电极和第一磁性体穿过这些开口延伸；

所述第二磁性体，布置在所述圆柱形壳体的外侧以相互链接所述第一磁性体的两端，并且通过夹具或粘合剂固定在所述圆柱形壳体和所述密封板的侧表面上。

7.根据权利要求6所述的电功率变流器，其中用来固定所述第二磁性体和把所述LC合成元件固定在一个布线板上的所述夹具，固定在所述圆柱形壳体上。

8.根据权利要求6所述的电功率变流器，其中用来固定所述第二磁性体和把所述LC合成元件固定在一个布线板上的所述夹具，固定在所述密封板上。

9.一种包括布置在用来把电功率供给到负载的电源接线中的电容器的电功率变流器，包括：

一个箔形第一电极，固定在一个第一绝缘片上；

一个箔形第二电极，固定在一个第二绝缘片上；

一个杆形第一磁性体，在其上以重叠方式缠绕带有所述第一绝缘片的所述第一电极和带有所述第二绝缘片的所述第二电极，以将所述第一电极形成为上层由此形成一个第一LC合成元件；

一个杆形第三磁性体，在其上以重叠方式在与所述第一LC合成元件的带有所述第一绝缘片的所述第一电极和带有所述第二绝缘片的所述第二电极相同的缠绕方向上缠绕带有所述第一绝缘片的所述第一电极和带有所述第二绝缘片的所述第二电极，以将所述第二电极形成为上层由此形成一个第二LC合成元件，所述第二LC合成元件的所述第二电极电连接到所述第一LC合成元件的所述第二电极上，以便建立所述第一LC合成元件和所述第二LC合成元件的串联连接；

第四和第五磁性体，带有与所述第一和所述第三磁性体的两端接触或紧密靠近布置的两端，用来互链所述第一和第三磁性体的两端；

一个线圈，在与绕所述第一磁性体缠绕所述第一和第二电极的相同缠绕方向上，绕所述第四和第五磁性体之一缠绕；及

一个电阻器，用来短路所述线圈的输出。

10.根据权利要求9所述的电功率变流器，进一步包括：

连接电极，电连接到所述第一和第二LC合成元件的所述第一和第二电极两端；

两端开放的圆柱形壳体，其中布置所述第一和第二LC合成元件；

密封板，由绝缘材料形成，固定在所述圆柱形壳体的两端上，用来封闭其两端开口部分，所述密封板具有贯通的开口，所述连接电极及所述第一和第三磁性体穿过这些开口延伸；以及

所述第四磁性体和第五磁性体，布置在所述圆柱形壳体的外侧以相互链接所述第一磁性体的两端，并且通过夹具或粘合剂固定在所述圆柱形壳体和所述密封板的侧表面上。

11.根据权利要求9所述的电功率变流器，其中用来固定所述第四和第五磁性体和把所述第一和第二LC合成元件固定在一个布线板上的夹具，固定在所述圆柱形壳体上。

12.根据权利要求9所述的电功率变流器，其中用来固定所述第四和第五磁性体和把所述第一和第二LC合成元件固定在一个布线板上的夹具，固定在所述密封板上。

13.根据权利要求9所述的电功率变流器，其中所述线圈的输出由一个可变电阻器短路，并且所述电功率变流器包括：

用来多次改变所述可变电阻器的电阻值、并且每次电阻值变化时测量在所述可变电阻器上的电压的装置，和

计算装置，使用所述可变电阻器上测量的电压来导出使流经所述第一和第二LC合成元件的每一个的共模电流最小的所述可变电阻器的电阻值。

14.根据权利要求9所述的电功率变流器，其中一个使用一个脉冲宽度调制系统来把直流功率转换成交流功率的变频器单元，固定在作为所述负载的电机的侧表面上，用来把所述变频器单元与所述负载形成整体，所述第一和第二LC合成元件用来平滑变频器部分的直流功率。

15.根据权利要求9所述的电功率变流器，其中缠绕用来平滑变频器单元的直流功率的所述第一和第二LC合成元件的每一个的带有所述第一绝缘片的所述第一电极和带有所述第二绝缘片的所述第二电极，以便在与缠绕轴垂直的平面上具有横截面压缩平面形状，并且所述杆形第一磁性体可以插入在缠绕成压缩平面形状的电极的中心部分中。

16.根据权利要求9所述的电功率变流器，其中具有互不相同表面粗糙度的区域形成在所述第一和第二LC合成元件的相应阳极和阴极的表面上。

17.一种安装在车辆上、并且带有一个用来驱动作为负载的电机的变频器单元使用一个脉冲宽度调制系统来把直流功率转换成交流功率的电功率变流器，包括：

一个箔形第一电极，固定在一个第一绝缘片上；

一个箔形第二电极，固定在一个第二绝缘片上；

一个杆形第一磁性体，在其上以重叠方式缠绕带有所述第一绝缘片的所述第一电极和带有所述第二绝缘片的所述第二电极，以形成一个LC合成元件用于平滑所述电功率变流器的变频器部分的直流功率；

连接电极，电连接到所述第一和第二电极的两端；

一个第二磁性体，带有与所述第一磁性体的两端接触或紧密靠近布置的两端，用来互链所述第一磁性体的两端；

一个线圈，在与绕所述第一磁性体缠绕的所述第一和第二电极的相同缠绕方向上，绕所述第二磁性体缠绕；及

一个电阻器，用来短路所述线圈的输出。

18.一种带有一个使用一个脉冲宽度调制系统借助于转换从太阳能电池或功率蓄电池供给的直流功率把电功率供给到电源系统的变频器单元的电功率变流器，  包括：

一个箔形第一电极，固定在一个第一绝缘片上；

一个箔形第二电极，固定在一个第二绝缘片上；

一个杆形第一磁性体，在其上以重叠方式缠绕带有所述第一绝缘片的所述第一电极和带有所述第二绝缘片的所述第二电极，以形成一个LC合成元件用于平滑所述电功率变流器的变频器部分的直流功率；

连接电极，电连接到所述第一和第二电极的两端；

一个第二磁性体，带有与所述第一磁性体的两端接触或紧密靠近布置的两端，用来互链所述第一磁性体的两端；

一个线圈，在与绕所述第一磁性体缠绕的所述第一和第二电极的相同缠绕方向上，绕所述第二磁性体缠绕；及

一个电阻器，用来短路所述线圈的输出。

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