JP2013529393A - 低高調波の３相フロンエンド機器用の統合型磁気デバイス - Google Patents

低高調波の３相フロンエンド機器用の統合型磁気デバイス Download PDF

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Abstract

本発明による低高調波の３相フロンエンド機器のための統合型磁気デバイス（１）は、各磁気サブアセンブリ（３０）が空隙の無い一つの磁気閉ループ、二つの巻線分岐部及び少なくとも三つの巻線（２２）を備えた三つの磁気サブアセンブリ（３０）と、前記の三つの磁気サブアセンブリ（３０）を磁気的に接続する少なくとも一つの第一の共通ヨーク（１０；６０，７０；５０）及び少なくとも一つの第二の共通ヨーク（１０’；６０’，７０’；５０’）と、前記の三つの磁気サブアセンブリ（３０）と前記の少なくとも一つの第一の共通ヨーク（１０；６０，７０；５０）又は前記の少なくとも一つの第二の共通ヨーク（１０’；６０’，７０’；５０’）の間の少なくとも一つの空隙（４０；４０’）と、３相電力網（１００）と接続可能な三つの電流入力と、相毎に二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（２００）と接続可能である少なくとも六つの電流出力とを備えている。本統合型磁気デバイスは、低高調波の３相双方向式フロンエンド機器とＡＣ／ＤＣ及びＤＣ／ＡＣ電力変換器のために構成されている。本磁気デバイスを使用することによって、スプリッタとインダクタの機能を統合した一つのデバイスだけを用いて、３相電力線の入出力電流の高調波を低減することが可能である。周知の設備と比べて、本統合型磁気デバイスのコスト、材料及び寸法が低減されている。

Description

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相フロンエンド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３相フロンエンド電力変換器に関する。
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相機器用のフロンエンド設備として広く使用されている６パルス整流器である。
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。
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。
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。
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フロンエンド機器である。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、受動システムの電力損失及びスイッチング歪みに対抗することは難しい。
従来技術による図１Ａの実施例に図示された別の周知の設備は、相互接続された三つの磁気デバイス３００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３００は、負荷２００と接続されている。以下において、１２パルス以上の整流器と、モータ駆動部、例えば、D Ｃ／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負荷との間の部品をＤＣリンクと総称する。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。図１Ａに図示された負荷２００は、１２パルス整流器、ＤＣリンク（このケースでは、キャパシタＣDC）及び図示されていない一般的な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、インダクタ４００と三つの磁気デバイス３００が使用されており、このインダクタ４００の主な機能は、３相電力線１００の電圧位相ベクトルに対して電流を遅らせることであり、これらの三つの磁気デバイス３００の主な機能は電流を分割することである。
図１Ａでは、デバイス３００は、９個の巻線を備えており、電気的かつ磁気的に相互接続された磁気デバイス毎に三つの巻線を備えている。巻線の様々な数と組合せが可能である。
３相インダクタ４００の平面図と側面図が、それぞれ図１Ｂと１Ｃに図示されており、それは、二つのヨーク４０５と、三つの巻線分岐部４０３及び空隙４０２とを備えているため、エネルギーを保存することができる。
従来技術による三つの磁気デバイス３００の平面図と側面図が図１Ｄと１Ｅに図示されており、各デバイス３００Ａ，３００Ｂ及び３００Ｃ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。
特許文献１と２は、変圧器を省略できるシステムと、図１Ｂ〜１Ｅに図示された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。
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、少なくとも四つ、即ち、一つの３相インダクタ４００と三つの磁気デバイス３００である。
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３００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。一つの実施形態では、電流入力毎に三つ以上の電流出力を設け、そのため、電流出力の数を９個、１２個などにすることができる。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。このケースでは、変圧器のケースのように電流入力と出力の間に電気絶縁は設けられていない。
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ＩL1，ＩL2，ＩL3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。
以下において、三つの電流入力に流れる、符号ＩL1，ＩL2，ＩL3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ＩL1，ＩL2，ＩL3は、電力網１００の電圧位相ベクトルと同相である。
これらのデバイス３００が３相電力網１００と負荷２００の間に接続されている場合、それらは、共通電流ＩL1，ＩL2，ＩL3の各々を各電流出力に流れる二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ＩL1，ＩL2，ＩL3の各々を二つの電流に分割しており、共通電流ＩL1が二つの分割電流ＩS1.1，ＩS1.2に分割され、共通電流ＩL2が二つの分割電流ＩS2.1，ＩS2.2に分割され、共通電流ＩL3が二つの分割電流ＩS3.1，ＩS3.2に分割されている。電流出力に流れる電流ＩS1.1，ＩS1.2，ＩS2.1，ＩS2.2，ＩS3.1，ＩS3.2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φ／２だけ位相がずれている。
この角度φの値は、例えば、３０°であり、そのため、二つの分割電流、例えば、ＩS1.1，ＩS1.2とそれに対応する共通電流、このケースでは、ＩL1の間の位相差は、それぞれ１５°と−１５°である。
考察した通り、共通電流、例えば、ＩL1は、以下において、先行分割電流と称する第一の分割電流ＩS1.1と、以下において、後行分割電流と称する第二の分割電流ＩS1.2との二つの分割電流に分割される。それ以外に、ＩS1.1，ＩS2.1及びＩS3.1は先行分割電流であり、ＩS1.2，ＩS2.2及びＩS3.2は後行分割電流である。
前述した通り、角度φの値が３０°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５１．７６％である。
デバイス３００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ＩL1，ＩL2，ＩL3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。
前述した通り、多くの実際の実現形態では、デバイス３００が接続された負荷２００は、ＤＣリンクと一般的なＤＣ負荷が後に続く１２パルス整流器から構成される。
３相電力線１００、デバイス３００、１２パルス整流器及びＤＣリンクを備えたシステムでは、連続導通モード又はＣＣＭとするために、インダクタ又はチョークを使用することができる。連続導通モード（ＣＣＭ）とは、整流器の電流が電力線の導通時間の間決してゼロにならないことを意味する。それと逆に、不連続導通モード（ＤＣＭ）では、電力線の導通時間の一部の間に電流がゼロとなる場合が有る。ここで考察する例では、３相インダクタ４００によって、ＣＣＭを保証している。
そして、従来技術で述べた設備は、低高調波の３相フロンエンド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。
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と三つの磁気デバイス３００の四つの別個のデバイスによって実行されている。
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。
高い効率と高い信頼性を可能とする１２パルスフロンエンド機器用の磁気デバイスが必要とされている。
電力網の不平衡に影響され難い低高調波の３相フロンエンド機器を実現可能とする設備が必要とされている。
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相フロンエンド機器も必要とされている。
特開２０００−３５８３７２号公報 特開２００７−０２８８４６号公報
本発明の課題は、インダクタ４００と三つの磁気デバイス３００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。
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３相フロンエンド電力変換器を提供することである。
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。
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相フロンエンド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１５）及びＤＣ／ＡＣインバータ（請求項１６）において使用する方法によって、並びに請求項１７に記載の低高調波の双方向式３相フロンエンド電力変換器を用いて達成される。
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閉ループと、二つの巻線分岐部と、少なくとも三つの巻線とを備えている。一つの実施形態では、各磁気サブアセンブリは、四つの巻線を備えている。本デバイスは、三つの磁気サブアセンブリを磁気的に接続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を備えている。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。
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。
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二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、六つの電流出力、即ち、電流入力毎に二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。
三つの磁気サブアセンブリの各々は、二つの巻線分岐部と共に空隙の無い磁気閉ループ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、この磁気閉ループに対して組み立てられている、特に、二つの分岐部に配置された二つの巻枠を備えることができる。一つの実施形態では、三つの磁気サブアセンブリは、同形の分岐部を有する。別の実施形態では、各分岐部の断面は、必要に応じて、例えば、各分岐部を通る磁束に応じて選択することができる。
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。
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、本デバイスと接続可能なパルス整流器に応じて決まる。
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。
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二つの穴を有する。
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。
有利には、三つの磁気サブアセンブリは、交互に重ねたＵＩの薄板を用いて製造することができる。そして、これらのコアは、製造が容易である。
本発明のデバイスが３相電力網１００と負荷２００の間に接続されている場合、少なくとも二つの電流出力の各々に流れる分割電流の基本成分は、電流入力に流れる共通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。考察した通り、１２パルスフロンエンド機器に関して、この角度の典型的な値は３０°である。
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ＩL1，ＩL2，ＩL3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、同じデバイスに統合されている。更に、一つの実施形態では、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。
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、１２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二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三つ以上の分割電流に分割することができる。
本デバイスをＤＣ／ＡＣ変換器で使用した場合、電流の流れは、二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。
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、従来技術による三つの磁気コアを用いた、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四つの磁気デバイス（三つのデバイス３００とインダクタ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、磁気的に接続された二つの共通ヨークとから構成される。
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、磁気サブアセンブリの巻線分岐部の巻線に関して多くの形態が実現可能である。
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が、電力網の電圧の不平衡に影響され難い。
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。
３相インダクタと三つの磁気デバイスを備えたスプリッタが３相電力線と１２パルス整流器を備えた負荷の間に接続された従来技術による設備の例の図 従来技術による設備の部品である３相インダクタの平面図 従来技術による設備の部品である３相インダクタの側面図 従来技術による設備の別の部品である三つの磁気デバイス、即ち、スプリッタの平面図 従来技術による設備の別の部品である三つの磁気デバイス、即ち、スプリッタの側面図 従来技術による３相インダクタと三つの磁気デバイスを備えたスプリッタが３相電力線と１２パルス整流器を備えた負荷の間に接続された一般的なブロック図 従来技術による３相インダクタと三つの磁気デバイスを備えたスプリッタを有する図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 従来技術による３相インダクタと三つの磁気デバイスを備えたスプリッタを有する図２のデバイスの先行分割電流と後行分割電流から成る分割電流の位相ベクトル図 本発明による低高調波の３相フロンエンド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 本発明による低高調波の３相フロンエンド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 本発明による低高調波の３相フロンエンド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 本発明による低高調波の３相フロンエンド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 本発明による低高調波の３相フロンエンド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 本発明による低高調波の３相フロンエンド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 本発明による低高調波の３相フロンエンド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 本発明による低高調波の３相フロンエンド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 本発明による低高調波の３相フロンエンド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 本発明の一つの観点によるデバイスの巻線の一つの実施形態の図 本発明の一つの観点によるデバイスの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 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点によるデバイスの巻線の一つの実施形態の図 本発明の一つの観点によるデバイスの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 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点によるデバイスの巻線の一つの実施形態の図 本発明の一つの観点によるデバイスの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 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点によるデバイスの巻線の一つの実施形態の図 本発明の一つの観点によるデバイスの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 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点によるデバイスの巻線の一つの実施形態の図 本発明の一つの観点によるデバイスの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 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点によるデバイスの巻線の一つの実施形態の図 本発明の一つの観点によるデバイスの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 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点によるデバイスの巻線の一つの実施形態の図 本発明の一つの観点によるデバイスの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 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点によるデバイスの巻線の一つの実施形態の図 本発明の一つの観点によるデバイスの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 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点によるデバイスの巻線の一つの実施形態の図 本発明の一つの観点によるデバイスの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 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点によるデバイスの巻線の一つの実施形態の図 本発明の一つの観点によるデバイスの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 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点によるデバイスの巻線の一つの実施形態の図 本発明の一つの観点によるデバイスの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 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点によるデバイスの巻線の一つの実施形態の図 本発明の一つの観点によるデバイスの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 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明の一つの観点による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位置を示した図 本発明による低高調波の３相フロンエンド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１２パルス整流器の図 本発明の一つの観点による低高調波の３相フロンエンド機器用の統合型磁気デバイスの一つの例を備えた双方向に電力が流れる高調波を除去する１２パルス整流器の図
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相フロンエンド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。
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、二つの巻線分岐部と少なくとも三つの巻線を備えている。この提示したケースでは、三つの磁気サブアセンブリは、同形の分岐部を有する。別の実施形態では、例えば、磁束に応じて、二つの分岐部の断面が異なるようにすることができる。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、サブアセンブリから巻線を離して保持するための四つ以上のプラスチック製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。
三つの磁気サブアセンブリ３０の各々は、二つの分岐部と共に空隙の無い磁気閉ループを構成する、第一のヨーク３５と第二のヨーク３５’を備えている。従来のチョーク、例えば、図１Ｃの３相インダクタ４００と比較すると、本発明によるデバイスは、三つの分岐部の代わりに三つの磁気サブアセンブリを備えている。
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一連の正負成分の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。
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、同形であり、三つの別個の磁気サブアセンブリ３０を磁気的に接続している、即ち、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。
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。
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。
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 の三倍よりも長い、即ち、ＬY ＞３＊ＬC である。
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。
この実施形態では、長方形の形状を有し、三つの磁気サブアセンブリの断面の幅ＷYSが長さＬC の半分よりも短い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’が配備されている。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二つの穴９０を備えている。
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。
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が三角形の形態で配置されている。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。一つの特別な実施形態では、共通ヨーク５０，５０’の断面の幅は、磁気サブアセンブリ３０の断面の幅と等しい。
本デバイスは、中央に穴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、製造が容易であり、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、巻線分岐部の回りの巻線に関する条件を同じにすることができる。
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。
有利には、三つの磁気サブアセンブリ３０は、交互に重ねたＵＩの薄板を用いて製造することができる。
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二つの電流出力とを有する。一つの好ましい実施形態では、本デバイスは、六つの電流出力、即ち、電流入力毎に二つの電流出力を有する。一般的に、電流入力は、変換器の３相側に配備され、電流出力は、同じ変換器の６相又は多相側に配備される。
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。本デバイスは、３相入力を６相出力に変換する。
このデバイスが３相電力網１００と負荷、例えば、１２パルス整流器の後にＤＣリンク及び一般的な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φ／２だけ位相がずれる。
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。
本デバイス１は、材料の節約を可能とし、従来の変圧器と比べて、サイズが小さく、重量が軽い。図４Ａ〜４Ｃの実施形態における本デバイス１の寸法は、システムによって変換する電力に応じて決まる。本発明によるデバイスで使用する材料は、同じ電力変換器用の変圧器で使用する材料の約４分の１となる。前述した従来技術による設備と比べた材料の削減率は、約２０％である。そして、本発明によるデバイス１の寸法及び重量は、同じ１２パルス電力整流器用の従来の変圧器及び従来技術による設備の寸法及び重量よりも小さい。
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。この磁気サブコアは、積層コア、即ち、珪素鉄の薄板の層を積み重ねることにより製作したコアとすることができる。各薄板は、薄い非導電性の絶縁層によって、隣接する薄板から絶縁されている。薄板の効果は、渦電流を制限するとともに、その大きさを低減することである。板を薄くする程、損失は低下するが、製造するための労力とコストが上昇する。
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７Ａ，８Ａ，９Ａ．．．１８Ａは、本発明の一つの観点によるデバイスの巻線の異なる実施形態を図示している。
図７Ｂ，８Ｂ，９Ｂ．．．１８Ｂは、本発明の一つの観点によるデバイスの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を図示している。
図７Ｃ，８Ｃ，９Ｃ．．．１８Ｃ；図７Ｄ，８Ｄ，９Ｄ．．．１８Ｄ；図１３Ｅ，１４Ｅ，１５Ｅ．．．１８Ｅは、本発明の一つの観点による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位置を図示している。
図７Ｃと７Ｄの実施形態では、各磁気サブアセンブリ３０は、巻線分岐部毎に二つの巻線２２を有し、特に、各分岐部は、一つの分割巻線Ｓと一つの変位巻線Ｖを備えている。これらの巻線の名前は、ＭＭＦ（起磁力）ベクトルを示す図７Ｂを参照して説明する。
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によって得られる。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。
図７Ｂの実施形態では、考察している磁気サブアセンブリ３０に関して、四角形の閉じたパスで構成される一つの磁気回路が存在する。このＭＭＦベクトルＳ１．２，Ｓ１．１，Ｖ３．２及びＶ２．１によって構成されるパスでは、Ｓ１．２とＳ１．１が、それぞれ（図７Ａに図示された電気回路に流れる後行電流Ｉ1.2 に対応するので、後行と呼ばれる）後行分割ベクトルと（先行電流Ｉ2.1 に対応するので、先行と呼ばれる）先行分割ベクトルとして動作する。
このケースでは、Ｖ３．２とＶ２．１は、これらの四つのベクトルで構成される四角形のパスを閉じているので、変位ベクトルである。特に、Ｖ３．２は、（図７Ａに図示された電気回路に流れる後行電流Ｉ3.2 に対応するので、後行と呼ばれる）後行変位ベクトルとして動作し、Ｖ２．１は、（先行電流Ｉ2.1 に対応するので、先行と呼ばれる）先行変位ベクトルとして動作する。
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、ＩL1，ＩL2又はＩL3又は一つの分割電流ＩS1.1，ＩS1.2，ＩS2.1，ＩS2.2，ＩS3.1，ＩS3.2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７Ｃの実施形態では、各巻線分岐部は、一つの先行／後行分割巻線２２と一つの先行／後行変位巻線２２を有する。図７Ｄの実施形態では、一方の巻線分岐部は、二つの先行／後行変位巻線２２を有し、他方の巻線分岐部は、二つの先行／後行分割巻線２２を有する。そして、両方のケースにおいて、本デバイス１は、１２個の巻線を有する。このケースでは、一方の磁気サブアセンブリ３０の一つの分岐部の変位巻線Ｖは、同じデバイスの他方の二つの磁気サブアセンブリ３０の中の一つの分割巻線Ｓとなっている。図７Ａに図示されている通り、そのようなケースでは、本デバイスの電気回路における三つの共通パスの各々は、巻線を備えていない。各分割パスが二つの巻線を備えている。
図８Ａ〜８Ｄは、各磁気サブアセンブリ３０が巻線分岐部毎に二つの巻線を備えた別の実施形態を図示している。図８Ｃの実施形態では、各巻線分岐部は、一つの先行／後行分割巻線２２と一つの先行／後行変位巻線２２を備えている。図８Ｄの実施形態では、一方の巻線分岐部は、二つの先行／後行変位巻線２２を備えており、他方の一つの巻線分岐部は、二つの先行／後行分割巻線２２を備えている。そして、又もや、両方のケースにおいて、本デバイス１は、１２個の巻線を備えている。又もや、一つの磁気サブアセンブリ３０の一つの分岐部の変位巻線Ｖは、同じデバイスの他方の二つの磁気サブアセンブリ３０の中の一つの分割巻線Ｓとなっている。図８Ａに図示されている通り、又もや、このケースでは、本デバイスの電気回路における三つの共通パスの各々は巻線を備えていない。
図９Ａ〜９Ｄは、各磁気サブアセンブリ３０が巻線分岐部毎に二つの巻線２２を備えた別の実施形態を図示している。図９Ｃの実施形態では、各巻線分岐部は、一つの分割巻線２２と一つの変位巻線２２を備えている。図９Ｄの実施形態では、一方の巻線分岐部は、二つの先行／後行変位巻線２２を有し、他方の一つの巻線分岐部は、二つの先行／後行分割巻線２２を有する。そして、両方のケースにおいて、又もや本デバイス１は、１２個の巻線を備えている。又もや一方の磁気サブアセンブリ３０の一つの分岐部の変位巻線Ｖは、同じデバイスの他方の二つの磁気サブアセンブリ３０の中の一つの分割巻線Ｓに分割されている。そのようなケースでは、図９Ａに図示されている通り、又もや本デバイスの電気回路における三つの共通パスの各々は、巻線を備えていない。
図１０Ａ〜１０Ｄは、図９Ａ〜９Ｄに関して行なったのと同じ考察が依然として有効な本発明の別の実施形態を図示している。
図１１Ａ〜１１Ｄは、各磁気サブアセンブリ３０が巻線分岐部毎に二つの巻線２２を備えた別の実施形態を図示している。図１１Ｃの実施形態では、各巻線分岐部は、一つの先行分割巻線２２と一つの共通変位巻線２２を備えている。図１１Ｄの実施形態では、一つの巻線分岐部が、二つの共通変位巻線２２を備え、他方の一つの巻線分岐部が、二つの後行／先行分割巻線２２を備えている。そして、両方のケースにおいて、本デバイス１は、１２個の巻線を備えている。このケースでは、図９Ａに図示されている通り、本デバイスの電気回路における三つの共通パスの各々は、二つの共通変位巻線を備えており、各分割パスは、一つの（先行／後行）分割巻線を備えている。
図１２Ａ〜１２Ｄは、図１１Ａ〜１１Ｄに関して行なったのと同じ考察が依然として有効な本発明の別の実施形態を図示している。
図１３Ａ〜１３Ｅは、各磁気サブアセンブリ３０が三つの巻線２２を備えた、特に、一つの巻線分岐部が一つの巻線を備え、他方の巻線分岐部が二つの巻線を備えた別の実施形態を図示している。これらの三つの巻線２２の中の二つが分割巻線であり、残りの巻線が変位巻線である。図１３Ｃ〜１３Ｅは、これらの三つの巻線の実現可能な組合せを図示している。このケースでは、本デバイス１は９個の巻線を備えている。又もや一方の磁気サブアセンブリ３０の一つの分岐部の変位巻線Ｖは、同じデバイスの他方の二つの磁気サブアセンブリ３０の中の一つの分割巻線Ｓとなっている。そのようなケースでは、図１３Ａに図示されている通り、本デバイスの電気回路における三つの共通パスの各々は巻線を備えていない。
図１６Ａ〜１６Ｅは、図１３Ａ〜１３Ｅに関して行なったのと同じ考察が依然として有効な本発明の別の実施形態を図示している。
図１７Ａ〜１７Ｅは、又もや本デバイス１が９個の巻線を備えた別の実施形態を図示している。このケースでは、図１７Ａに図示されている通り、本デバイスの電気回路における三つの共通パスの各々は、一つの共通変位巻線を備えており、各分割パスは、一つの（先行／後行）分割巻線を備えている。
図１８Ａ〜１８Ｅは、図１７Ａ〜１７Ｅに関して行なったのと同じ考察が依然として有効な本発明の別の実施形態を図示している。
言い換えると、本デバイス１は、巻線の全数に応じた二つのクラスで構成され、第一のクラスは、９個の巻線、即ち、一つの磁気サブアセンブリ３０における三つの巻線の実現可能な全ての組合せを図示した図１３Ａ〜１８Ｅに図示されている通り、磁気サブアセンブリ３０毎の三つの巻線と、一方の巻線分岐部における一つの巻線と、他方の巻線分岐部における二つの巻線とを備えたデバイスで構成され、第二のクラスは、１２個の巻線、即ち、一つの磁気サブアセンブリ３０における四つの巻線の実現可能な全ての組合せを図示した図７Ａ〜１２Ｄに図示されている通り、磁気サブアセンブリ３０毎の四つの巻線と、巻線分岐部毎の二つの巻線とを備えたデバイスで構成される。
本デバイスの少なくとも一つの空隙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ＩL1，ＩL2，ＩL3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。
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、１２ダイオード整流器の使用と、そのため５次と７次、１７次と１９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１３％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４０％よりも良くならない。
図７Ａ，８Ａ．．．１７Ａ及び１８Ａ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、相１（Ｌ１．１及びＬ１．２）、相２（Ｌ２．１及びＬ２．２）及び相３（Ｌ３．１及びＬ３．２）に対応する六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、分割パスに流れる二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、分割パスの数は三つ以上とすることができる。
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。
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二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二つ以上の分割電流を一つの出力電流に統合する。
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７Ａ〜１０Ａ及び１３Ａ〜１６Ａ）、一つ（図１７Ａと１８Ａ）又は二つ（図１１Ａと１２Ａ）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。
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３０°である。
図１９は、本発明の幾つか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。このＤＣリンクは、キャパシタＣDCの存在によって模式的に表示されている通り、低いインピーダンスを有する。有利には、本デバイス１は、高いインピーダンスのＤＣリンクと組み合わせて使用することもできる。
ＤＣリンクが、キャパシタＣDCの存在によって模式的に表示されている通り、低いインピーダンスを有する場合でも、前述した通り、この統合型デバイスはインダクタの機能も統合しているので、そのようなケースでは、追加のインダクタ４００は不要である。図１Ａに図示された従来技術による設備と比べて、このケースでは、四つのデバイス（一つのインダクタ４００と三つの磁気デバイス３００）の代わりに、一つのデバイスだけが使用されており、四つの磁気デバイスの代わりに、三つの磁気サブアセンブリと二つの共通ヨークを備えた一つの磁気デバイスが使用されている。そして、本デバイス１によって、従来技術と比べて、材料、コスト及び体積を節約することが可能となる。
本デバイス１は、三つの共通電流の各々を二つの分割電流に分割しているので、六つの出力を有する。これらの六つの出力が１２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１９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、分割パスに流れる二つの電流の間の位相差の値は、３０°に等しく、そして５次と７次、１７次と１９次、並びに２９次と３１次の高調波が除去される。
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１９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に流れるので、Ｌ１の相に対応すると考えることができる。
図１９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。
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、１２個のダイオードに対して並列に、制御スイッチの１２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。
本デバイス１をＤＣ／ＡＣインバータにおいて使用した場合、それは分割電流の各ペアを共通電流に統合する。別の実施形態では、統合する分割電流の数は９以上である。
３相電力網１００と１２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。１２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。
本発明の独立した観点では、図２０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、双方向式フロンエンド機器を形成するために、１２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。
そのような双方向式フロンエンド電力変換器は、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。
この低高調波の双方向式フロンエンド電力変換器は、
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１２個の能動又は制御スイッチのセットと、
ＤＣリンクと、
ＤＣ電源又は一般的なＤＣ負荷７００と、
を備えている。
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。
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。

Claims (17)

  1. 低高調波の３相フロンエンド機器のための統合型磁気デバイス（１）であって、
    各磁気サブアセンブリ（３０）が空隙の無い一つの磁気閉ループ、二つの巻線分岐部及び少なくとも三つの巻線（２２）を備えた三つの磁気サブアセンブリ（３０）と、
    前記の三つの磁気サブアセンブリ（３０）を磁気的に接続する少なくとも一つの第一の共通ヨーク（１０；６０，７０；５０）及び少なくとも一つの第二の共通ヨーク（１０’；６０’，７０’；５０’）と、
    前記の三つの磁気サブアセンブリ（３０）と前記の少なくとも一つの第一の共通ヨーク（１０；６０，７０；５０）又は前記の少なくとも一つの第二の共通ヨーク（１０’；６０’，７０’；５０’）の間の少なくとも一つの空隙（４０；４０’）と、
    ３相電力網（１００）と接続可能な三つの電流入力と、
    電流入力当たり二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（２００）と接続可能である少なくとも六つの電流出力と、
    を備えた統合型磁気デバイス。
  2. 請求項１に記載の統合型磁気デバイス（１）において、
    当該の三つの磁気サブアセンブリ（３０）の各々が、一つの第一のヨーク（３５）と一つの第二のヨーク（３５’）を有し、
    当該の空隙の無い磁気閉ループが、当該の二つの巻線分岐部、当該の第一のヨーク（３５）及び当該の第二のヨーク（３５’）から構成される、
    統合型磁気デバイス。
  3. 請求項１又は２に記載の統合型磁気デバイス（１）において、
    当該の三つの磁気サブアセンブリ（３０）の各々が、当該の空隙の無い磁気閉ループに取り付けられた二つの巻枠（２０）を備えている統合型磁気デバイス。
  4. 請求項１から３までのいずれか一つに記載の統合型磁気デバイス（１）において、
    当該の三つの磁気サブアセンブリ（３０）の各々が同形の分岐部を有する統合型磁気デバイス。
  5. 請求項１から３までのいずれか一つに記載の統合型磁気デバイス（１）において、
    当該の第一又は第二の共通ヨークを通る磁束の合計がゼロである統合型磁気デバイス。
  6. 請求項１から５までのいずれか一つに記載の統合型磁気デバイス（１）において、
    当該の三つの磁気サブアセンブリ（３０）と当該の少なくとも一つの第一の共通ヨーク（１０；６０，７０；５０）の間の第一の空隙（４０）と、当該の三つの磁気サブアセンブリ（３０）と当該の少なくとも一つの第二の共通ヨーク（１０’；６０’，７０’；５０’）の間の第二の空隙（４０’）の二つの空隙を有する統合型磁気デバイス。
  7. 請求項１から６までのいずれか一つに記載の統合型磁気デバイス（１）において、
    一つの第一の共通ヨーク（１０；５０）と一つの第二の共通ヨーク（１０’；５０’）を備えた統合型磁気デバイス。
  8. 請求項７に記載の統合型磁気デバイス（１）において、
    当該の第一の共通ヨーク（５０）と当該の第二の共通ヨーク（５０’）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（３０）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（１０）が穴（８０）を有する、
    統合型磁気デバイス。
  9. 請求項１から８までのいずれか一つに記載の統合型磁気デバイス（１）において、
    当該の第一の共通ヨーク（１０）と当該の第二の共通ヨーク（１０’）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（３０）が整列して配置されている、
    統合型磁気デバイス。
  10. 請求項１から６までのいずれか一つに記載の統合型磁気デバイス（１）において、
    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’）を備えた統合型磁気デバイス。
  11. 請求項１０に記載の統合型磁気デバイス（１）において、
    二つの穴（９０）を有する統合型磁気デバイス。
  12. 請求項１から１１までのいずれか一つに記載の統合型磁気デバイス（１）において、
    当該の少なくとも三つの巻線（２２）が二つの分割巻線（Ｓ）と一つの変位巻線（Ｖ）から構成される統合型磁気デバイス。
  13. 請求項１から１２までのいずれか一つに記載の統合型磁気デバイス（１）において、
    磁気サブアセンブリ（３０）当たり四つの巻線（２２）を備え、これらの四つの巻線が二つの分割巻線（Ｓ）と二つの変位巻線（Ｖ）から構成される統合型磁気デバイス。
  14. 請求項１から１３までのいずれか一つに記載の統合型磁気デバイス（１）において、
    本デバイス（１）が、当該の三つの３相電力網（１００）と当該の負荷（２００）の間に接続されている場合に、当該の電流入力の各々に流れる共通電流（ＩL1；ＩL2；ＩL3）の各基本成分が、当該の電流出力の各々に流れる所定の位相角（φ）を有する二つの分割電流（ＩS1.1，ＩS1.2；ＩS2.1，ＩS2.2；ＩS3.1，ＩS3.2）に分割され、
    前記の共通電流（ＩL1；ＩL2；ＩL3）の各基本成分が、当該の３相電力網（１００）の電圧位相ベクトルの各々から遅延角度（δ）だけずれている、
    統合型磁気デバイス。
  15. 電力網（１００）と、
    １２パルス整流器と、
    ＤＣリンク（ＣDC）と、
    一般的なＤＣ負荷（１７）と、
    を備えたＡＣ／ＤＣ整流器において請求項１から１４までのいずれか一つに記載の統合型磁気デバイス（１）を使用する方法。
  16. １２個の制御スイッチを備えたＤＣ／ＡＣインバータにおいて請求項１から１５までのいずれか一つに記載の統合型磁気デバイス（１）を使用する方法。
  17. ３相電力網（１００）と、
    請求項１から１４までのいずれか一つに記載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１２個の制御スイッチのセットと、
    ＤＣリンク（ＣDC）と、
    ＤＣ電源又は一般的なＤＣ負荷（７００）と、
    を備えた低高調波の双方向式３相フロンエンド電力変換器。
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