JP2014524148A - インバータシステム用の変成器及び変成器を含むインバータシステム - Google Patents

Abstract

変成器は、一次巻線２３１と；二次巻線２３３と；それら一次巻線と二次巻線との間に配置され且つ一次巻線手段に最も接近した第１の静電スクリーン２３４と；それら一次巻線と二次巻線との間に配置され且つ二次巻線手段に最も接近した第２の静電スクリーン２３５と；を備えている。第１の静電スクリーンは、一次巻線に電気的に接続可能な電源に電気的に接続可能であり、そして第２の静電スクリーンは、二次巻線に電気的に接続可能な負荷に電気的に接続可能である。本発明は、そのような変成器を含むインバータシステムも包含する。
【選択図】図２

Description

本発明は、インバータシステム用の変成器、及び変成器を含むインバータシステムに関する。

電力会社のＡＣ電源からプロセスで使用するＤＣ電力へのＡＣ電力の変換を必要とする近代的な電力用電子システムは、必要な反転のためにスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）をしばしば使用している。

図１に示した典型的な既知のＳＭＰＳ１０は、インバータ１１を備え、その入力ポートは、第１のリード１２０によりＡＣエネルギー源１２に電気的に接続されて、図１の第１挿入図１１１に示された高周波ＡＣインバータ駆動波形１１２を発生し、これは、インバータ１１の出力から第２のリード１１０を経て１：ＮのＸＦＭＲ変成器整流ユニット１３に向けて供給される。変成器の二次巻線１３３は、リード１３０によってＤｎダイオード１４に接続され、図１の第２挿入図１６１に示す望ましいＤＣ電圧トレース１６２を負荷１６にまたがって発生する。以下に述べる理由で、Ｌ１共通モードインダクタ１８がインバータ１１と変成器整流ユニット１３との間に直列に接続され、インバータからの出力リード１１０は、Ｌ１共通モードインダクタ１８の入力に接続され、そしてインダクタ１８からの出力リード１５０は、インダクタ１８を変成器１３の一次巻線１３１に電気的に接続する。

図１に示すように、エネルギー源１２をインバータ１１に接続している第１リード１２０と接地点との間には第１の漂遊キャパシタンスＣｓ１が存在する。変成器整流ユニット１３の一次巻線１３１とコア又は型１３２との間には第２の漂遊キャパシタンスＣｓ２ａが存在する。又、変成器整流ユニット１３の一次巻線１３１と二次巻線１３３との間には第３の漂遊キャパシタンスＣｓ３ａが存在し、そして変成器整流ユニット１３のコア又は型１３２と二次巻線１３３との間には第４の漂遊キャパシタンスＣｓ４ａが存在する。

Ｄｎダイオード１４は、典型的に、二次巻線１３３の出力端子にまたがって接続されるが、ブリッジ整流構成に限定されず、そして二次巻線１３３の第１出力端子に接続されたＤｎダイオード１４の第１端子と接地点との間にＲｍｏｎモニタ抵抗１５が直列に接続されて、負荷電流パルスを監視し、モニタ抵抗１５にまたがる対応電圧トレース１５２が図１の第３挿入図１５１に示されている。Ｄｎダイオード１４の第２出力端子と接地点との間に負荷１６を接続することができる。

例えば、ＤＣ出力電力が３０ｋＷより大きな高電力システムでは、ＳＭＰＳ１０、及びダイオード１４を伴うＸＦＭＲ変成器整流ユニット１３が、物理的に大きなものとなり、例えば、２５０リッターより大きくなり、種々のコンポーネントパーツの漂遊キャパシタンスＣｓ１及びＣｓ２aないしＣｓ４ａが顕著なものとなり、例えば、１０ｎＦより大きくなる。

そのような大きな体積品目の間の分離も、典型的に、大きくなり、例えば、３メーター以上となり、そしてこの長さの電気的コネクタ１１０、１２０、１３０、１５０がそれらの間にある状態では、例えば、２又は３μＨの漂遊インダクタンスが誘起される。

インバータ駆動波形１１２は、パルス状であり、それらの立ち上り及び立下り時間Ｔｒ及びＴｆは、比較的迅速で、例えば、約１μｓ以下である。第１の挿入図１１１に示すインバータ出力ピーク電圧±Ｅｐｋは、典型的に、１ｋＶまでの値である。

漂遊電流Ｉは、漂遊キャパシタンスＣと、立ち上り及び立下りレートｄＶ／ｄｔとに、次式で関係付けされる。
Ｉ＝Ｃ＊ｄＶ／ｄｔ
従って、１０ｎＦの漂遊キャパシタンス、及び０から１ｋＶまで１μｓの立ち上り時間の場合には、得られるピーク漂遊電流が１０Ａ程度となる。

これらの漂遊電流は、コネクタリード１１０、１２０、１３０、１５０に流れ、これらリードは、上述したように、典型的に、数メーターの長さであり、インバータのサブシステムの内部、及び同じ位置の装置又は隣接装置の外部の両方に、ＥＭＣ問題の非常に高いリスクをもたらす。

図１に示すように、この漂遊電流の影響を減少する試みにおいて、Ｌ１共通モードチョーク１８がインバータ１１と変成器整流ユニット１３との間にしばしば使用され、接地点から、第１漂遊キャパシタンスＣｓ１、インバータ１１、第２及び第３漂遊キャパシタンスＣｓ２a、Ｃｓ３ａ、ＸＦＭＲ巻線１３２、１３３、及びＲｍｏｎモニタ抵抗１５を通って、接地点へ戻るループに流れる第１の漂遊電流パルスＩｓ１ａの振幅を減少させる。

インバータを使用して電気モータを駆動する用途では、漂遊キャパシタンスに流れるこれらの電流は、モータの絶縁材及びベアリングにダメージを及ぼすに充分なものであることが知られている。更に、モータとは異なり、ＸＦＭＲのダイオードＤｎは、第２の漂遊電流Ｉｓ２ａの潜在的な発生源である。

ＡＣ信号をＤＣ信号又は一方向性パルスへ変換するための整流器の構成が多数知られている。全てのケースにおいて、Ｄｎ整流ダイオード１４の電流が０に下がりそしてそれにまたがる電圧が反転すると、ダイオードが逆電圧ブロッキングを再確立したときの「回復電流」が非常に迅速な過渡状態を生じ得る。これらの逆電流は、第４の漂遊キャパシタンスＣｓ４、ＸＦＭＲ変成器１３の二次巻線１３３、及びＲｍｏｎモニタ抵抗１５に流れる第２の漂遊電流Ｉｓ２ａを形成し、望ましからぬノイズ電圧の問題を増大させる。

その正味の結果として、少なくとも、Ｒｍｏｎモニタ抵抗１５にまたがる電圧は、図１の第３の挿入図１５１に示したように、パルスの先縁及び後縁の著しい過渡電圧Ｖｂ及び−Ｖｃで歪む。これは、プロセスコントロールのために正確に監視される必要のある電流監視信号を妨げ、更に、残留素子の漂遊キャパシタンスＣｓ１及びＣｓ２ａないしＣｓ４ａにまたがって発生する電圧がＸＦＭＲ変成器１３の構造に使用される誘電体材料に過剰なストレスを課する。

更に、漂遊キャパシタンスＣｓ２ａないしＣｓ４ａは、変成器の巻線から周囲構造へのキャパシタンスを表わすという点で簡単なキャパシタンスではなく、従って、キャパシタンスと直列に著しいインダクタンスを有する。これは、状態を更に複雑にし、Ｒｍｏｎモニタ抵抗１５の過渡電圧Ｖｂ及びＶｃが、それ自体、パルス巾の大部分にわたって持続する大きな振幅の、高い周波数、典型的に０．２ないし５ＭＨｚの減衰振動として現れることがしばしば見られる。

変成器に静電スクリーンを使用することが知られており、例えば、本出願人の国際特許出願ＷＯ２０１０／０１３０４９号に記述された変成器には、そのような静電スクリーンが使用されている。しかしながら、これは、漂遊キャパシタンスＣｓ１及びＣｓ２ａないしＣｓ４ａの電流Ｉｓ１ａ及びＩｓ２ａが流れる上述した２つの主要経路があるために、本出願においては完全に有効ではない。

それらの漂遊電流の影響を減少することが望まれる。

本発明の第１の態様によれば、一次巻線手段と；二次巻線手段と；一次巻線手段と二次巻線手段との間に位置され且つ一次巻線手段に最も接近した第１の静電スクリーン手段と；一次巻線手段と二次巻線手段との間に位置され且つ二次巻線手段に最も接近した第２の静電スクリーン手段と；を備え、第１の静電スクリーン手段は、第１の損失性インピーダンスにより、一次巻線手段に電気的に接続可能な電源に直接電気的に接続可能であり、そして第２の静電スクリーン手段は、第２の損失性インピーダンスにより、二次巻線手段に電気的に接続可能な負荷に直接電気的に接続可能である変成器が提供される。

便利なことに、変成器は、更に、二次巻線手段にまたがって接続された少なくとも１つの整流手段を備え、第２の静電スクリーン手段は、この少なくとも１つの整流手段に電気的に接続可能である。

好都合にも、第１の静電スクリーン手段は、第１の損失性インピーダンスを経て電源に接続可能であり、そして第２の静電スクリーン手段は、第２の損失性インピーダンスを経て負荷又は少なくとも１つの整流手段に各々接続可能である。

便利なことに、二次巻線手段は、エンクロージャー手段内で共通軸上に直列に接続された複数の同軸配列のトロイダル状の閉磁気回路手段を含み、一次巻線手段は、トロイダル状の閉磁気回路手段を軸方向に通過する導電性部材を含む複数の巻回であって、エンクロージャー手段の壁の外面に配置された導電性ストリップ線手段に各々電気的に接続されて連続電気導体を形成する複数の巻回を含み、そして一次巻線手段と二次巻線手段との間に位置する第１及び第２の静電スクリーン手段は、絶縁支持層が第１及び第２の導電層間にサンドイッチされたものより成る積層部材により設けられる。

便利なことに、第１の静電スクリーン手段は、トロイダル状の閉磁気回路手段を軸方向に通過する一次巻線手段の一部分を形成する導電性部材と、二次巻線手段を形成するトロイダル状の閉磁気回路手段との間に位置された管状の第１積層部材の内側導電層と；一次巻線手段の更に別の部分を形成する導電性ストリップ線が配置される外面とは反対のエンクロージャー手段の内面に配置された各平面積層部材の外側導電層と；を含む。

便利なことに、第２の静電スクリーン手段は、管状の第１積層部材の外側導電層と、各平面積層部材の内側導電層とを含む。

便利なことに、管状の積層部材は、第１導電層に第１の長手方向スリットを、及び第２導電層に第２の長手方向スリットを含み、管状の積層部材における渦電流を最少にする。

好都合にも、第１の長手方向スリットは、第２の長手方向スリットから周囲方向にオフセットされる。

便利なことに、一次巻線の第１部分を形成する導電性部材は、その導電性部材の断面が実質的にエンクロージャー手段の横断面における円の周囲に存在するように相互に離間される。

便利なことに、一次巻線の第１部分を形成する導電性部材は、管、ロッド及びストリップ導体の少なくとも１つである。

好都合にも、一次巻線の第１部分を形成する導電性部材は、変成器の動作周波数においてそれにより搬送される電流の表皮深さに匹敵する壁厚をもつ管である。

或いは又、一次巻線の第１部分を形成する導電性部材は、変成器の動作周波数においてそれにより搬送される電流の表皮深さに匹敵する厚みを有する平坦なストリップ導体である。

好都合にも、一次巻線の第１部分を形成する導電性部材は、変成器の動作周波数においてそれにより搬送される電流の表皮深さに匹敵する壁厚を各々もつ並列接続された導電性部材の組み合わせを含む。

便利なことに、一次巻線の第２部分を形成する導電性ストリップ線手段は、エンクロージャー手段の壁の外面に配置されたプリント回路板に形成される。

便利なことに、エンクロージャー手段は、実質的に直線状の横断面を有し、そしてエンクロージャー手段の長手軸に平行なエンクロージャー手段の壁は、実質的に平面である。

便利なことに、一次巻線の第２部分を形成する導電性ストリップ線手段は、エンクロージャー手段の実質的平面壁の第１、第２及び第３壁に配置され、そして変成器の動作周波数における表皮深さより大きな厚みを有する。

便利なことに、エンクロージャー手段の第４の実質的平面壁は、整流手段のためのプリント回路板を含む。

好都合にも、変成器は、更に、二次のトロイダル状の閉磁気回路手段が配置される絶縁管手段であって、トロイダル状の閉磁気回路手段を軸方向に通過する一次巻線の第１部分を形成する導電性部材に対して電圧ホールドオフを与えるように構成された絶縁管手段を備えている。

好都合にも、変成器は、更に、冷却材分配手段を備えている。

便利なことに、冷却材分配手段は、トロイダル状の閉磁気回路手段のコアアパーチャーと同軸的で且つそれより直径の小さい管手段を含み、その管手段は、冷却材を各二次トロイダルに向けるためのブリードホールアパーチャーが設けられる。

好都合にも、変成器は、更に、トロイダル状の閉磁気回路手段と平面二重薄壁部材との間に配置された電気絶縁シート部材を備え、高電圧絶縁を与えると共に、絶縁材の表面を横切る高電圧トラッキングのおそれを最小にする。

便利なことに、個々の二次のトロイダル状閉磁気回路手段は、変成器の各二次のトロイダル状閉磁気回路手段がスター接続されて、２パルス整流器に入力を与えるように相互接続される。

便利なことに、変成器は、三相電流に対して構成され、そして三相に対して各々配置された第１、第２及び第３の一次巻線手段並びにそれに対応する第１、第２及び第３の二次巻線手段と、第１の一次及び二次巻線手段間の第１及び第２の静電スクリーン手段と、第２の一次及び二次巻線手段間の第３及び第４の静電スクリーン手段と、第３の一次及び二次巻線手段間の第５及び第６の静電スクリーン手段と、を備え、第１、第３及び第５の静電スクリーン手段が電気的に相互接続され、そして第２、第４及び第６の静電スクリーン手段が電気的に相互接続される。

本発明の第２の態様によれば、上述した変成器を備えたインバータシステムが提供される。

便利なことに、インバータシステムにおいて、インバータの出力ポートは、変成器の一次巻線手段に電気的に接続され、第１の静電スクリーン手段は、第１インピーダンスを経てインバータの入力ポートに電気的に接続されて、一次巻線手段と第１の静電スクリーン手段との間の第１の漂遊キャパシタンスを通して流れる第１の漂遊電流が第１インピーダンスを通してインバータへ流れるようにされる。

好都合にも、第１インピーダンスは、第１の漂遊電流に関連した実質的に全てのエネルギーが第１インピーダンスで消散されるに充分なほど損失性である。

便利なことに、インバータの出力ポートは、インバータと一次巻線手段との間に共通モードチョークを形成するインダクタンスを経て一次巻線手段に電気的に接続される。

便利なことに、少なくとも１つの整流手段は、変成器の二次巻線手段にまたがって電気的に接続され、そして第２の静電スクリーン手段は、第２インピーダンスを経て少なくとも１つの整流手段に電気的に接続されて、二次巻線手段と第２の静電スクリーン手段との間の第２の漂遊キャパシタンスに流れる第２の漂遊電流が第２インピーダンス及び少なくとも１つの整流手段に流れるようにする。

好都合にも、第２インピーダンスは、第２の漂遊電流に関連した実質的に全てのエネルギーが第２インピーダンスで消散されるに充分なほど損失性である。

便利なことに、変成器の二次巻線に電気的に接続可能な負荷と直列にモニタ抵抗が接続されて、負荷に流れる電流を監視し、そして第１及び第２の静電スクリーン手段の少なくとも１つは、一次巻線手段と第１の静電スクリーン手段との間の第１漂遊キャパシタンスを通過する第１の漂遊電流、及び二次巻線手段と第２の静電スクリーン手段との間の第２漂遊キャパシタンスを通過する第２の漂遊電流が、各々、モニタ抵抗も通過するのを実質的に防止する。

本発明の第３の態様によれば、上述した３つの個々の分離型変成器を備え、それら変成器の一次巻線手段は、デルタ接続され、そして三相インバータから給電されるように構成された三相インバータシステムが提供される。

便利なことに、３つの個々の分離型変成器の二次のトロイダル状閉磁気回路手段は、変成器の各二次のトロイダル状閉磁気回路手段がスター接続されて、６パルス整流器に入力を与えるように相互接続される。

本発明の実施形態は、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。

既知のスイッチモード電源の回路図である。 本発明の第１の実施形態によるスイッチモード電源の回路図である。 本発明の第２の実施形態による三相スイッチモード電源の回路図である。 図２又は３の三相スイッチモード電源に使用するのに適した変成器の概略断面図である。

図２に簡単な形態で示された本発明によるスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）２０において、その構成は、基本的に、図１と同じであり、そして同じ又は対応するコンポーネントには、同じ又は対応する参照符号が適宜に使用される。しかしながら、更に、ＳＭＰＳ２０の変成器整流ユニット２３は、第１及び第２の静電スクリーン２３４、２３５を設けることにより、図１のＳＭＰＳ１０の既知の変成器整流ユニットとは異なる。第１の静電スクリーン２３４は、一次巻線２３１と二次巻線２３３との間に配置されたコア１３２内にあるが、一次巻線２３１に接近しており、そして第２の静電スクリーン２３５は、一次巻線と二次巻線との間に配置されたコア１３２内にあるが、変成器２３の二次巻線に接近している。更に、第１の静電スクリーン２３４とインバータ１１の入力との間には第１インピーダンスＺ１が電気的に接続されている。第２の静電スクリーン２３５と、整流ダイオード１４及び電流モニタ抵抗１５間のノードとの間には、第２インピーダンスＺ２が電気的に接続されている。第１及び第２の静電スクリーン２３４、２３５は、漂遊電流が流れる個別の戻り路を許す。今や、第１の漂遊電流Ｉｓ１ｂは、図１の従来技術のように、二次巻線及びモニタ抵抗１５を通るのではなく、第１インピーダンスＺ１及び共通モードチョーク１８のインダクタンスＬ１を経て、その一次ソースであるインバータ１１へ戻るように流すことができる。同様に、整流器の整流電流スパイクＩｓ２ｂは、図１のように、モニタ抵抗１５を通して流れるのではなく、第２インピーダンスＺ２を経て二次巻線回路２３３をめぐって流れることができる。従って、図２の第３挿入図２５１の電圧トレース２５２で示されたように、電流モニタ抵抗１５に対する漂遊電流の影響が回避されるか、又は少なくとも大幅に減少される。

図１を参照して上述したように、キャパシタンス経路は、今や静電スクリーン２３４、２３５によってコントロールされるが、巻線２３１、２３３の分布特性のために直列インダクタンスを有する。

充分な減衰を与えるため、インピーダンスＬ１、Ｚ１及びＺ２は、漂遊電流に関連したエネルギーがそれらのコンポーネントにおいて熱として称賛されるように、損失性でなければならない。

高電力システムは、典型的に、多相、しばしば３相のインバータシステムを使用する。図３は、国際特許出願ＷＯ２００８／１４９１３３号に説明されたような３相システムに対する本発明のインバータシステムの一実施形態を示す。この構成では、変成器の各枝Ｔ１ｐ：Ｔ１ｓ、Ｔ２ｐ：Ｔ２ｓ、及びＴ３ｐ:Ｔ３ｓは、各一次巻線Ｔ１ｐ、Ｔ２ｐ及びＴ３ｐの付近に第１の静電スクリーン２３４１、２３４２、及び２３４３を各々有すると共に、各二次巻線Ｔ１ｓ、Ｔ２ｓ及びＴ３ｓの付近に第２の静電スクリーン２３５１、２３５２及び２３５３を各々有する。一次巻線の第１の静電スクリーンは、二次巻線の第２の静電スクリーンと同様に平行であり、それらの各々は、共通のコントロールインピーダンスＺ１及びＺ２を経てその適当な戻り路へ送られる。即ち、第１インピーダンスＺ１は、一次巻線の第１の静電スクリーン２３４１、２３４２及び２３４３と、出力ブリッジの入力との間に各々接続され、そして第２インピーダンスＺ２は、二次巻線の第２スクリーン２３５１、２３５２及び２３５３と、モニタ抵抗Ｒ１及び負荷の間のノードと、の間に電気的に接続される。従って、漂遊電流は、モニタ抵抗Ｒ１を通過しない。

インダクタンスＬ１＿ｎを経ての接続Ｕ、Ｖ及びＷは、本出願人の同時係争中のＵＫ特許出願ＧＢ１１０１０６６．７のように具現化される。

従って、三相用途では、ケーブルの適当な構成は、リード当たり一対のケーブルを使用し、相ごとに各往復対が一緒にグループ編成され、そしてリードの各相グループに共通モードインダクタＬ１_a、Ｌ１_b及びＬ１_cが配置される。整相ソースＵ、Ｖ及びＷ、並びに負荷を有するループにより形成されるインダクタンスは、最小でなければならない。従って、各個々のリードは、一対の並列の４ｍｍ²の１．１ｋＶ定格のＳＩＷＯ−ＫＵＬ^TMケーブルで形成され、４本のケーブルが一束で密接にグループ編成されて、一緒にスリーブ処理される。４本のケーブルのスリーブ処理された束の上に形式ＲＳ２３９−０６２の抑制コアが適合され、ケーブルをクランプして、共通モードインダクタ又はチョークを形成する。

静電スクリーンＥＳを具現化するために、特許出願ＷＯ２０１０／０１３０４９号に述べられた変成器に対する変更が適用される。この変更型変成器の断面が図４に示されている。

図４は、アッセンブルされた変成器２３の簡単な横断面図である。内側絶縁管４１は、二次トロイド１３３をその絶縁管上に同軸的に配置し、そして内側絶縁管４１内に長手方向に配置された一次巻回１３１の導電管又はロッド４０１−４０６に対して電圧ホールドオフを与えるのに使用される。内側絶縁管４１及び二次トロイド１３３は、細長い絶縁トラフ４２に長手方向に配置される。一次巻線１３１は、トラフ４２の外壁に位置された導電性長手方向ストリップ線４１１−４１６に電気的に接続された管又はロッド４０１−４０６を含む。図４に示すように、二重管状絶縁材を伴う二重の内側管状静電スクリーンが一次巻線４０１−４０６と二次巻線１３３との間に配置され、これは、二重の内側絶縁スリーブ４６１、４６２の外側スリーブ４６１の内面及び外面に各々ある２つの薄壁金属スリーブ４５１、４５２によって設けられる。即ち、第１の静電スクリーン４５１の一部分が内側及び外側絶縁スリーブ４６１、４６２間に設けられ、そして第２の静電スクリーン４５２の一部分が内側絶縁スリーブ４６１、４６２の外側絶縁スリーブ４６２の外面に設けられて、ロッド又は管４０１−４０６により形成された一次巻線の第１部分を二次トロイド１３３から遮蔽する。静電スクリーン４５１、４５２の渦電流を最少にするために、内側及び外側の薄壁金属スリーブ４５１、４５２には、オフセットした長手方向スリット４５３、４５４が各々設けられる。外側の絶縁ラップを与えるために、エンクロージャー４２の内壁とトロイド１３３との間には、適当な絶縁材の更に別の単一シート４３が配置される。この材料は、必要な高電圧間隙及び高電圧トラッキング距離を与えるように単に形成されるか又はそのような位置へ曲げられる。トラフの第４の側部は、例えば、必要な整流ダイオードやフィルタコンポーネント４５、４６が設置された従来のＰＣＢ（図示せず）を収容する。

しかしながら、完全に有効であるために、一次巻線と二次巻線との間のスクリーンは、一次巻線の第２部分を形成する戻りストリップ４１１−４１６を二次巻線１３３からシールドする必要もある。図４は、付加的な３つの二重外側平面静電スクリーン４７１、４７２及び４７３を示している。これらの戻りストリップは、薄い銅シートであり（２０μＭの厚みが適当であり）、導電性リンク（図示せず）により管又はロッド４０１−４０６に直列に接続される。静電スクリーン４５１、４５２、及びスクリーンアッセンブリ４７１、４７２、４７３は、変成器の定電圧端においてワイヤリンクにより電気的に接続され、漂遊電流Ｉｓ１ｂ及びＩｓ２ｂのための図２に示す回路を形成する。従って、内側静電スリーブの最も内側の金属層４５１は、外側の静電スリーブ４７１、４７２、４７３の最も外側の金属層に電気的に接続され、一次巻線４０１−４０６、４１１−４１６に最も接近した一次巻線スクリーン２３４を形成することが理解されよう。更に、内側静電スリーブの最も外側の金属層４５２は、外側の静電スリーブ４７１、４７２、４７３の最も内側の金属層に電気的に接続され、二次巻線１３３に最も接近した二次巻線スクリーン２３５を形成することも理解されよう。更に、一次巻線スクリーン２３４は、第１インピーダンスＺ１を経て、一次巻線２３１に接続可能なインバータ１１の入力に電気的に接続できると共に、二次巻線スクリーン２３５は、第２インピーダンスＺ２を経て、二次巻線に接続可能なダイオード１４とモニタ抵抗１５との間のノードへ電気的に接続でき、モニタ抵抗１５は、そのノードと接地点との間に接続可能であることも理解されよう。

或いは又、スクリーン４７１、４７２及び４７３は、例えば、トラフ型エンクロージャー４２に置き換わるように１．６ｍｍ厚みのガラスファイバ強化ポリマー（ＧＦＲＰ）の片面銅プリント回路板材料に７０μｍ厚みの銅の導体（２オンス／平方フィート）をもつプリント回路板を使用して実現されてもよい。銅の内面は、スクリーンとして使用され、一方、プリント回路板材料の外面は、戻りストリップ４１１−４１６がプリント回路板の材料に接合され／その中へエッチングされて、両面プリント回路板を形成する。

図４を参照すれば、トラフ構造体４２は、変成器２００、２０１の内側と外側との間の結合を最少にする。又、トラフ構造体４２は、漏洩インダクタンスを、変成器の電圧及び電流入力及び出力要件に対する要求間隔で許された最小値へ減少する。装置の３相用途ではこの低い結合特性が望まれる。

スクリーンにより増加される漂遊キャパシタンスが最少になることが望まれる。この点に関して、Ｆｏｒｍｅｘ^TMのポリプロピレンシートが適当である。Ｆｏｒｍｅｘ^TM材料の誘電率は、約２．３であり、一方、ＷＯ２０１０／０１３０４９号の変成器に使用されるＦＲ４ベースの材料は、誘電率が４．５である。

又、一次巻線のストリップ線４１１−４１６のための支持絶縁材４２０は、誘電率をできるだけ低くすることが望まれる。この目的では、Ｆｏｒｍｅｘ^TMのポリプロピレン又はＰＴＦＥの使用が適当である。

二重の外側静電スクリーンについては、０．０５ｍｍ（０．００２”）銅ホイルを使用して各スクリーンを形成するように各面に銅を積層した１．６ｍｍのＦｏｒｍｅｘ^TMが適当である。

同じベース材料、即ち０．０５ｍｍ（０．００２”）銅ホイルで各面を積層した１．６ｍｍのＦｏｒｍｅｘ^TMを使用して二重の内側静電管状スクリーンが形成される。０．５ｍｍ又は１ｍｍのＦｏｒｍｅｘ^TMの更なる外側ラップは、二重静電スクリーンに二重絶縁を与える。

トラフ４２の２つの端部スクリーンに二重銅積層の１．６ｍｍのＦｏｒｍｅｘ^TMを使用することも適当である。

本発明は、電圧Ｅｐｋ、スイッチング時間Ｔｒ及びＴｆ、並びに漂遊キャパシタンスＣｓ１及びＣｓ２ａからＣｓ４ａを容易に減少できない高電力装置において、それにより生じる漂遊電流を既知の経路に閉じ込めて、ＥＭＣ及び電気的ストレスの問題を生じることなく且つ監視電圧と干渉することなくそれらのエネルギーを安全に消散できるという効果を発揮する。

本明細書の説明及び請求項全体にわたり、「備える(comprise)」及び「含む(contain)」という語、並びにそれらの変形は、「含むが、限定されない(including but not limited to)」を意味し、そしてそれらは、他の部分、添加物、部品、整数又は段階を除外することを意図するものではない（除外するものではない）。本明細書の説明及び請求項全体にわたり、文脈上要求されない限り、単数は複数も包含する。特に、不定の物品が使用される場合には、文脈上要求されない限り、明細書では、複数及び単数が意図されることを理解されたい。

本発明の特定の態様、実施形態又は実施例に関連して述べる特徴、整数、特性、コンパウンド、化学的部分又はグループは、不適合でない限り、ここに述べる他の態様、実施形態又は実施例に適用できることを理解されたい。本明細書（請求の範囲、要約書及び図面を含む）に開示された全ての特徴、及び／又はそのように開示された方法又はプロセスの全ての段階は、そのような特徴及び／又は段階の少なくとも幾つかが相互に排他的である組み合わせを除いて、任意に組み合わされてもよい。本発明は、上述した実施形態の細部に限定されない。本発明は、本明細書（請求の範囲、要約書及び図面を含む）に開示された特徴の新規なもの又は新規な組み合わせを、そのように開示された方法又はプロセスの段階の新規なもの又は新規な組み合わせへと拡張する。

本出願に関連して本明細書と同時に又はそれ以前に出願され及び本明細書と共に公開されている全ての書類及び文書に読者の注意が向けられるであろうから、そのような全ての書類及び文書の内容を参考としてここに援用する。

１０：スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）
１１：インバータ
１２：エネルギー源
１３：変成器整流ユニット
１４：Ｄｎダイオード
１５：モニタ抵抗
１６：負荷
１８：共通モードインダクタ
２０：ＳＭＰＳ
２３：変成器整流ユニット
４１：内側絶縁管
４２：トラフ構造体
１１２：インバータ駆動波形
１３１：一次巻線
１３２：コア又は型
１３３：二次巻線
１６２：ＤＣ電圧トレース
２３１：一次巻線
２３３：二次巻線
２３４：第１の静電スクリーン
２３５：第２の静電スクリーン
４０１−４０６：導電管又はロッド
４１１−４１６：ストリップ線
４５１、４５２：金属スリーブ
４５３、４５４：スリット
４６１、４６２：絶縁スリーブ
４７１、４７２、４７３：外側静電スリーブ
Ｚ１：第１インピーダンス
Ｚ２：第２インピーダンス
Ｌ１：インダクタンス

Claims (32)

1. 一次巻線手段と；
   二次巻線手段と；
   一次巻線手段と二次巻線手段との間に位置され且つ一次巻線手段に最も接近した第１の静電スクリーン手段と；
   一次巻線手段と二次巻線手段との間に位置され且つ二次巻線手段に最も接近した第２の静電スクリーン手段と；
   を備え、前記第１の静電スクリーン手段は、第１の損失性インピーダンスにより、前記一次巻線手段に電気的に接続可能な電源に直接電気的に接続可能であり、そして前記第２の静電スクリーン手段は、第２の損失性インピーダンスにより、前記二次巻線手段に電気的に接続可能な負荷に直接電気的に接続可能である、変成器。
2. 前記二次巻線手段にまたがって接続された少なくとも１つの整流手段を更に備え、前記第２の静電スクリーン手段は、この少なくとも１つの整流手段に電気的に接続可能である、請求項１に記載の変成器。
3. 前記第１の静電スクリーン手段は、第１の損失性インピーダンスを経て前記電源に接続可能であり、そして前記第２の静電スクリーン手段は、第２の損失性インピーダンスを経て前記負荷又は少なくとも１つの整流手段に各々接続可能である、請求項１又は２に記載の変成器。
4. 前記二次巻線手段は、エンクロージャー手段内で共通の軸上に直列に接続された複数の同軸配列のトロイダル状の閉磁気回路手段を含み、
   前記一次巻線手段は、トロイダル状の閉磁気回路手段を軸方向に通過する導電性部材を含む複数の巻回であって、エンクロージャー手段の壁の外面に配置された導電性ストリップ線手段に各々電気的に接続されて連続電気導体を形成する複数の巻回を含み、
   前記一次巻線手段と二次巻線手段との間に位置する第１及び第２の静電スクリーン手段は、絶縁支持層が第１及び第２の導電層間にサンドイッチされたものより成る積層部材により設けられる、請求項１から３のいずれかに記載の変成器。
5. 前記第１の静電スクリーン手段は、トロイダル状の閉磁気回路手段を軸方向に通過する一次巻線手段の一部分を形成する導電性部材と、二次巻線手段を形成するトロイダル状の閉磁気回路手段との間に位置された管状の第１積層部材の内側導電層と；一次巻線手段の更に別の部分を形成する導電性ストリップ線が配置される外面とは反対のエンクロージャー手段の内面に配置された各平面積層部材の外側導電層と；を含む、請求項４に記載の変成器。
6. 前記第２の静電スクリーン手段は、管状の第１積層部材の外側導電層と、各平面積層部材の内側導電層とを含む、請求項５に記載の変成器。
7. 前記管状の積層部材は、前記第１導電層に第１の長手方向スリットを、及び前記第２導電層に第２の長手方向スリットを含み、前記管状の積層部材における渦電流を最少にする、請求項４に記載の変成器。
8. 前記第１の長手方向スリットは、前記第２の長手方向スリットから周囲方向にオフセットされる、請求項７に記載の変成器。
9. 前記一次巻線の第１部分を形成する導電性部材は、その導電性部材の断面が実質的に前記エンクロージャー手段の横断面における円の周囲に存在するように相互に離間される、請求項４から８のいずれかに記載の変成器。
10. 前記一次巻線の第１部分を形成する導電性部材は、管、ロッド及びストリップ導体の少なくとも１つである、請求項４から８のいずれかに記載の変成器。
11. 前記一次巻線の第１部分を形成する導電性部材は、変成器の動作周波数においてそれにより搬送される電流の表皮深さに匹敵する壁厚をもつ管である、請求項１０に記載の変成器。
12. 前記一次巻線の第１部分を形成する導電性部材は、変成器の動作周波数においてそれにより搬送される電流の表皮深さに匹敵する厚みを有する平坦なストリップ導体である、請求項１０に記載の変成器。
13. 前記一次巻線の第１部分を形成する導電性部材は、変成器の動作周波数においてそれにより搬送される電流の表皮深さに匹敵する壁厚を各々もつ並列接続された導電性部材の組み合わせを含む、請求項４から１２のいずれかに記載の変成器。
14. 前記一次巻線の第２部分を形成する導電性ストリップ線手段は、前記エンクロージャー手段の壁の外面に配置されたプリント回路板に形成される、請求項４から１３のいずれかに記載の変成器。
15. 前記エンクロージャー手段は、実質的に直線状の横断面を有し、そして前記エンクロージャー手段の長手軸に平行な前記エンクロージャー手段の壁は、実質的に平面である、請求項４から１４のいずれかに記載の変成器。
16. 前記導電性ストリップ線手段は、前記エンクロージャー手段の実質的な平面壁の第１、第２及び第３壁に配置され、そして前記変成器の動作周波数における表皮深さより大きな厚みを有する、請求項１５に記載の変成器。
17. 前記エンクロージャー手段の第４の実質的平面壁は、整流手段のためのプリント回路板を含む、請求項１５又は１６に記載の変成器。
18. 前記二次のトロイダル状の閉磁気回路手段が配置される絶縁管手段であって、前記トロイダル状の閉磁気回路手段を軸方向に通過する導電性部材に対して電圧ホールドオフを与えるよう構成された絶縁管手段を備えた、請求項４から１７のいずれかに記載の変成器。
19. 冷却材分配手段を更に備えた、請求項４から１８のいずれかに記載の変成器。
20. 前記冷却材分配手段は、トロイダル状の閉磁気回路手段のコアアパーチャーと同軸的で且つそれより直径の小さい管手段を含み、その管手段には、冷却材を各二次トロイダルに向けるためのブリードホールアパーチャーが設けられる、請求項１９に記載の変成器。
21. 前記トロイダル状の閉磁気回路手段と平面二重薄壁部材との間に配置された電気絶縁シート手段を更に備え、高電圧絶縁を与えると共に、絶縁材の表面を横切る高電圧トラッキングのおそれを最小にする、請求項４から２０のいずれかに記載の変成器。
22. 前記個々の二次のトロイダル状閉磁気回路手段は、変成器の各二次のトロイダル状閉磁気回路手段がスター接続されて、２パルス整流器に入力を与えるように相互接続される、請求項４から２１のいずれかに記載の変成器。
23. 三相電流に対して構成され、そして三相に対して各々配置された第１、第２及び第３の一次巻線手段並びにそれに対応する第１、第２及び第３の二次巻線手段と、第１の一次及び二次巻線手段間の第１及び第２の静電スクリーン手段と、第２の一次及び二次巻線手段間の第３及び第４の静電スクリーン手段と、第３の一次及び二次巻線手段間の第５及び第６の静電スクリーン手段と、を備え、第１、第３及び第５の静電スクリーン手段が電気的に相互接続され、且つ第２、第４及び第６の静電スクリーン手段が電気的に相互接続される、請求項１から２２のいずれかに記載の変成器。
24. 請求項１から２３のいずれかに記載の変成器を備えたインバータシステム。
25. インバータの出力ポートは、変成器の一次巻線手段に電気的に接続され、第１の静電スクリーン手段は、第１インピーダンスを経てインバータの入力ポートに電気的に接続されて、一次巻線手段と第１の静電スクリーン手段との間の第１の漂遊キャパシタンスに流れる第１の漂遊電流が第１インピーダンスを通してインバータへ流れるようにする、請求項２４に記載のインバータシステム。
26. 前記第１インピーダンスは、第１の漂遊電流に関連した実質的に全てのエネルギーが前記第１インピーダンスで消散されるに充分なほど損失性である、請求項２５に記載のインバータシステム。
27. 前記インバータの出力ポートは、前記インバータと一次巻線手段との間に共通モードチョークを形成するインダクタンスを経て一次巻線手段に電気的に接続される、請求項２５又は２６に記載のインバータシステム。
28. 前記少なくとも１つの整流手段は、前記変成器の二次巻線手段にまたがって電気的に接続され、そして前記第２の静電スクリーン手段は、第２インピーダンスを経て少なくとも１つの整流手段に電気的に接続されて、二次巻線手段と第２の静電スクリーン手段との間の第２の漂遊キャパシタンスに流れる第２の漂遊電流が第２インピーダンス及び少なくとも１つの整流手段に流れるようにする、請求項２４から２７のいずれかに記載のインバータシステム。
29. 前記第２インピーダンスは、第２の漂遊電流に関連した実質的に全てのエネルギーが前記第２インピーダンスで消散されるに充分なほど損失性である、請求項２８に記載のインバータシステム。
30. 前記変成器の二次巻線に電気的に接続可能な負荷と直列にモニタ抵抗が接続されて、負荷に流れる電流を監視し、前記第１及び第２の静電スクリーン手段の少なくとも１つは、一次巻線手段と第１の静電スクリーン手段との間の第１漂遊キャパシタンスを通過する第１の漂遊電流、及び二次巻線手段と第２の静電スクリーン手段との間の第２漂遊キャパシタンスを通過する第２の漂遊電流が、各々、モニタ抵抗も通過するのを実質的に防止する、請求項２４から２９のいずれかに記載のインバータシステム。
31. 請求項１から２３のいずれかに記載の３つの個々の分離型変成器を備え、それら変成器の一次巻線手段は、デルタ接続され、そして三相インバータから給電されるように構成された三相インバータシステム。
32. 前記３つの個々の分離型変成器の二次のトロイダル状の閉磁気回路手段は、変成器の各二次のトロイダル状の閉磁気回路手段がスター接続されて、６パルス整流器に入力を与えるように相互接続される、請求項３１に記載の三相インバータシステム。

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