JP2015519747A - 磁気シールド三相回転変圧器 - Google Patents

Abstract

１次部分（１１；１２）および２次部分（１２；１１）を備える三相変圧器（１０）であって、１次部分（１１）が、強磁性材料で作られた第１の本体、および１次コイル（２４、２５、２６、２７）を備え、２次部分（１２）が、強磁性材料で作られた第２の本体、および２次コイル（２８、２９、３０、３１）を備え、第１の本体が、軸線Ａの第１の環状スロット（２２）および軸線Ａの第２の環状スロット（２３）を画定し、１次コイルが、第１のスロット（２２）に軸線Ａの第１のトロイダルコイル（２４）、第１のスロット（２２）に軸線Ａの第２のトロイダルコイル（２５）、第２のスロット（２３）に軸線Ａの第３のトロイダルコイル（２６）、および第２のスロット（２３）に軸線Ａの第４のトロイダルコイル（２７）を備え、第２のコイル（２５）および第３のコイル（２６；２２６）が直列に接続されている、三相変圧器。

Description

本発明は、変圧器の一般的分野に関する。特に、本発明は、回転三相変圧器に関する。

回転三相変圧器は、互いに対して回転する２つの軸の間の接触なしでエネルギーおよび／または信号を伝達する働きをする。

図１および図２は、先行技術のそれぞれの回転三相変圧器１を示している。

変圧器１は、相Ｕ、Ｖ、およびＷに対応する３つの回転単相変圧器２を有する。各回転単相変圧器２は、軸線Ａを中心として互いに対して回転する部分３および部分４を有する。例示として、部分３は固定子であり、部分４は回転子であり、または逆もまた同じである。変形においては、部分３および部分４は、両方とも、静止座標系（図示せず）に対して回転可能である。トロイダルコイル５は、部分３の強磁性材料で作られた本体によって画定されたスロット６に収容されている。トロイダルコイル７は、部分４の強磁性材料で作られた本体によって画定されたスロット８に収容されている。回転単相変圧器２ごとに、コイル５および７は、１次コイルおよび２次コイルを形成する（または、逆もまた同じである）。

図１は、部分３が軸線Ａを中心として部分４を取り囲む「Ｕ字状」と呼ばれる変形を示しているが、図２は、部分３および部分４が軸線方向に並んでいる、「Ｅ字状」または「ポット型」と呼ばれる変形を示している。

図１または図２の三相変圧器１は、磁束を結合することが可能である強制磁束を有する静止三相変圧器とは異なって、相の各々の磁束を最大限利用することが可能でないので、大きな重量および体積を有する。そのうえ、図２の例においては、平衡化された抵抗を保存するために、回転軸線と相との間の距離に応じて異なる断面の導電体を使用することが必要である。

文献米国特許出願公開第２０１１／００５０３７７号明細書は、４列回転三相変圧器を記載している。その変圧器は、かなりの重量および体積を有する。また、その文献は、５列回転三相変圧器を記載している。その変圧器は、かなりの重量および体積を有する。そのうえ、これは、スロットを介して磁気回路の中央列の中を通過する半径方向巻線を利用し、ここでこのような巻線は、図１および図２の変圧器に使用されるトロイダル巻線よりも実施するのがより複雑である。

米国特許出願公開第２０１１／００５０３７７号明細書

したがって、三相変圧器のトポロジーを改善する必要がある。

本発明は、１次部分および２次部分を有する三相変圧器にして、
・１次部分が、強磁性材料で作られた第１の本体および１次コイルを備え、２次部分が、強磁性材料で作られた第２の本体および２次コイルを備え、
・第１の本体が、軸線Ａの第１の環状スロットおよび軸線Ａの第２の環状スロットを画定し、第１のスロットが、第１の側脚、中央脚、およびリングによって画定され、第２のスロットが、中央脚、第２の側脚、およびリングによって画定され、
・１次コイルが、相Ｕに対応する第１のスロットに軸線Ａの第１のトロイダルコイル、第１のスロットに軸線Ａの第２のトロイダルコイル、第２のスロットに軸線Ａの第３のトロイダルコイル、および相Ｗに対応する第２のスロットに軸線Ａの第４のトロイダルコイルを備え、相Ｖに対応する第２のコイルおよび第３のコイルが、直列に接続されている、三相変圧器であって、
第２のコイルおよび第３のコイルの巻回および接続方向が、第２のコイルおよび第３のコイルに流れる電流について、第２のコイルの第１の磁位に対応し、第３のコイルの第１の磁位と逆の第２の磁位に対応する、三相変圧器を提供する。

この変圧器においては、三相電流が適切な方向に１次コイルに流れるようにされる場合に、１次コイルの巻回方向を考えると、第１および第２の１次コイルの磁位は反対であり、第３および第４の１次コイルの磁位は反対である。それは、変圧器が体積および重量に関して低減された寸法となり得るようにする磁束結合につながる。特に、それは、強制された鎖交磁束を有する３列三相静止変圧器の結合された磁束を脚に再現することにつながる。そのうえ、変圧器の１次コイルは、軸線Ａの簡単なトロイダルコイルのみを利用し、したがって、構造が特に簡単であり得るようにする。

一実施形態においては、１次部分および２次部分は、軸線Ａを中心として互いに対して回転可能である。

こうした状況では、本発明は、その結合した磁束により、特に３つの単相回転変圧器を使用することに対して低減された重量および体積を有する回転三相変圧器を提供する。

一実施形態においては、第２の本体は、軸線Ａの第１の環状２次スロットおよび軸線Ａの第２の環状２次スロットを画定し、第１の２次スロットは、第１の２次側脚、２次中央脚、および２次リングによって画定され、第２の２次スロットは、２次中央脚、第２の２次側脚、および２次リングによって画定され、２次コイルは、相Ｕに対応する第１の２次スロットに軸線Ａの第１のトロイダル２次コイル、第１の２次スロットに軸線Ａの第２のトロイダル２次コイル、第２の２次スロットに軸線Ａの第３のトロイダル２次コイル、および相Ｗに対応する第２の２次ノッチに軸線Ａの第４のトロイダル２次コイルを備え、相Ｖに対応する第２の２次コイルおよび第３の２次コイルは、直列に接続されている。

この実施形態においては、２次コイルは、１次コイルと同じ原理で作られている。したがって、２次コイルはまた、変圧器の重量および体積を制限することに寄与し、軸線Ａのトロイダルコイルのみを使用しながら変圧器が構築され得るようにする。

一実施形態においては、第２の本体は、軸線Ａの第１の環状２次スロットおよび軸線Ａの第２の環状２次スロットを画定し、第１の２次スロットは、第１の２次側脚、２次中央脚、および２次リングによって画定され、第２の２次スロットは、２次中央脚、第２の２次側脚、および２次リングによって画定され、
・２次コイルは、直列に接続された１つまたは複数の２次コイルを備え、前記２次コイルは、前記２次脚に巻回されて、前記２次脚におけるスロットの中を通過する。

この実施形態においては、２次コイルは、１次コイルの原理と異なる原理で作られているが、やはり同様な利点を有する。したがって、２次コイルはまた、変圧器の重量および体積を制限することに寄与し、大部分において軸線Ａのトロイダルコイルを使用しながら変圧器が構築され得るようにする。

一実施形態においては、第１の側脚および第１の２次側脚は、互いに一致し、エアギャップによって分離され、第１の中央脚および第１の２次中央脚は、互いに一致し、エアギャップによって分離され、第２の側脚および第２の２次測脚は、互いに一致し、エアギャップによって分離される。

１次部分は、軸線Ａに対して２次部分を取り囲んでもよく、または逆もまた同じであってもよい。それは、「Ｕ字状」であると呼ばれる変圧器を作ることに対応する。

１次部分および２次部分は、軸線Ａの方向に並んで置かれていてもよい。それは、「Ｅ字状」または「ポット型」であると呼ばれる変圧器を作ることに対応する。

一実施形態においては、１次部分および２次部分は、互いに対して静止している。本発明による静止変圧器は、本発明による回転変圧器と同じ利点を有する。

一実施形態においては、強磁性材料で作られた第１および第２の本体は、１次コイルおよび２次コイルを完全に取り囲む。

こうした状況では、変圧器は磁気的にシールドされる。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して行われる次の説明から明らかになり、図面は限定的な性質を有さない実施形態を示す。

先行技術の回転三相変圧器の断面図である。 先行技術の回転三相変圧器の断面図である。 本発明の第１の実施形態における強制された鎖交磁束を有する磁気シールド三相回転変圧器の断面図である。 図３の変圧器の磁気回路の分解斜視図である。 図３の変圧器のコイルを接続するための変形を示す電気回路図である。 図３の変圧器のコイルを接続するための変形を示す電気回路図である。 図３の変圧器のコイルを接続するための変形を示す電気回路図である。 図３の変圧器のコイルを接続するための変形を示す電気回路図である。 図３の変圧器のコイルを接続するための変形を示す電気回路図である。 コイルの位置決めの変形における図３の詳細を示す図である。 コイルの位置決めの変形における図３の詳細を示す図である。 コイルの位置決めの変形における図３の詳細を示す図である。 本発明の第２の実施形態における強制された鎖交磁束を有する磁気シールド三相回転変圧器の断面図である。 図７の変圧器の磁気回路の分解斜視図である。 本発明の第３の実施形態における強制された鎖交磁束を有する磁気シールド三相回転変圧器の断面図である。 本発明の第４の実施形態における強制された鎖交磁束を有する磁気シールド三相回転変圧器の断面図である。 本発明を理解するのに有用な第１の実施形態における強制された鎖交磁束を有する三相回転変圧器の断面図である。 図１１の変圧器の別の断面図である。 図１１の変圧器の磁気回路の斜視分解図である。 図１３の変圧器の動作を示す電気回路図である。 図１１の変圧器の変形であると考えられてもよい、本発明を理解するのに有用な第２の実施形態における変圧器の磁気回路の斜視分解図である。 本発明の第５の実施形態実施形態における強制された鎖交磁束を有する回転変圧器の断面図である。

図３は、本発明の第１の実施形態における回転変圧器１０の断面図である。変圧器１０は、強制された鎖交磁束を有する磁気シールド三相回転変圧器である。

変圧器１０は、軸線Ａを中心として互いに対して回転するのに適した部分１１および部分１２を備える。例示として、部分１１は固定子であり、部分１２は回転子であり、または逆もまた同じである。変形においては、部分１１および部分１２は、両方とも、静止座標系（図示せず）に対して回転可能である。

部分１２は、軸線Ａのリング１３と、強磁性材料で作られた３つの脚１４、１５、および１６とを備える。脚１４、１５、および１６の各々は、リング１３から始まって軸線Ａから半径方向に離れるように延在する。脚１４は、リング１３の一方の端部にあり、脚１６は、リング１３の他方の端部にあり、脚１５は、脚１４と脚１６との間にある。リング１３ならびに脚１４および１５は、半径方向外方向に開いた環状スロット３４を画定する。リング１３ならびに脚１５および１６は、半径方向外方向に開いた環状スロット３５を画定する。全般的に、リング１３ならびに脚１４、１５、および１６は、半径方向外方向に開いた２つの環状スロット３４および３５を画定する強磁性材料の本体を形成する。

部分１１は、軸線Ａのリング１７と、強磁性材料で作られた３つの脚１８、１９、および２０とを備える。リング１７は、リング１３を取り囲む。脚１８、１９、および２０の各々は、リング１７から始まって軸線Ａに向かって半径方向に延在する。脚１８は、リング１７の一方の端部にあり、脚２０は、リング１７の他方の端部にあり、脚１９は、脚１８と脚２０との間にある。リング１７ならびに脚１８および１９は、半径方向内方向に開いた環状スロット２２を画定する。リング１７ならびに脚１９および２０は、半径方向内方向に開いた環状スロット２３を画定する。全般的に、リング１７ならびに脚１８、１９、および２０は、半径方向内方向に開いた２つの環状スロット２２および２３を画定する強磁性材料の本体を形成する。

脚１４および１８、１５および１９、ならびにまた１６および２０は、エアギャップ２１を画定するように１対で互いに面しており、それによって、変圧器１０の列を形成する。

リング１３および１７は、脚１４〜１６、および１８〜２０と一緒に、変圧器１０の磁気回路を形成する。したがって、変圧器１０は、３列変圧器である。より正確には、変圧器１０の磁気回路は、第１の列（脚１４および１８に対応する）、第２の列（脚１５および１９に対応する）、および第３の列（脚１６および２０に対応する）を有する。図４は、図１０の変圧器の磁気回路を示す分解斜視図である。

図３をもう一度参照して、変圧器１０は、部分１１に固締されたコイル２４、２５、２６、および２７と、部分１２に固締されたコイル２８、２９、３０、および３１とを備える。以下、表記ｐおよびｓは、コイル２４〜２７が変圧器１０の１次コイルであり、コイル２８〜３１が変圧器１０の２次コイルである構成を基準にして使用される。しかしながら、１次および２次は、本質的に、説明されている例に対して逆にされることがある。

コイル２４は、変圧器１０の相Ｕｐに対応する軸線Ａのトロイダルコイルである。これは、スロット２２に位置する。コイル２５は、軸線Ａのトロイダルコイルであり、これは、スロット２２に位置する。コイル２６は、軸線Ａのトロイダルコイルであり、これは、スロット２３に位置し、これは、コイル２５と直列に接続されている。コイル２５および２６は、変圧器１０の相Ｖｐに対応する。最後に、コイル２７は、変圧器１０の相Ｗｐに対応する軸線Ａのトロイダルコイルである。これは、スロット２３に位置する。コイル２４〜２７の各々は、ｎ１の巻数を有する。用語「軸線Ａのトロイダルコイル」は、その巻数を有するコイルが軸線Ａに巻回されることを意味するのに使用される。用語「トロイダル」は、軸線を中心として円を回転させることによって生じるような立体を指す限定的な意味に使用されない。対照的に、図示された例の場合ように、トロイダルコイルの断面は、特に長方形であってもよい。

相応して、コイル２８は、変圧器１０の相Ｕｐに対応する軸線Ａのトロイダルコイルである。これは、スロット３４に位置する。コイル２９は、軸線Ａのトロイダルコイルであり、これは、スロット３４に位置する。コイル３０は、軸線Ａのトロイダルコイルであり、これは、スロット３５に位置し、これは、コイル２９と直列に接続されている。コイル２９および３０は、変圧器１０の相Ｖｓに対応する。最後に、コイル３１は、変圧器１０の相Ｗｓに対応する軸線Ａのトロイダルコイルである。これは、スロット３５に位置する。

コイル２４、２５、２８、および２９は、リング１３に置かれている磁心３２を取り囲む。用語「磁心」は、コイルによって発生する同一方向の磁束が多数である磁気回路の部分を意味するのに使用される。したがって、コイル２４および２５に流れる電流は、磁心３２における磁位に対応する。相応して、コイル２６、２７、３０、および３１は、リング１３に置かれている磁心３３を取り囲む。したがって、コイル２６および２７に流れる電流は、磁心３３における磁位に対応する。

図５Ａを参照して、いかに変圧器１０が動作するかについて説明が続く。図５Ａにおいては、次の表記が使用される。

・Ａ_ｐ、Ｂ_ｐ、およびＣ_ｐは、変圧器１０の１次コイルの入口点である。図３の相Ｕ、Ｖ、およびＷは、それぞれ図４Ａの相Ａ、Ｂ、およびＣに対応するが、同じ対応が２次コイルに使用されるという条件で、すべての他の対応型が可能である。

・Ｉ_ａｐ、Ｉ_ｂｐ、およびＩ_ｃｐは、点Ａ_ｐ、Ｂ_ｐ、およびＣ_ｐにおけるそれぞれの入力電流である。

・Ｏ_ａｐ、Ｏ_ｂｐ、およびＯ_ｃｐは、すべての種類の静止三相変圧器（スター−スター、スター−デルタ、デルタ−デルタ、デルタ−スター、Ｚ字形、・・・）と同一の可能な電気的結合を作る接続点である。

・黒ドットは、コイルに流れる電流と対応する磁位の方向との間の関係を示す。点がコイルの左側にある場合には、コイルは、発生する磁位が入力電流と同じ方向にあるような方向に巻回される（時計回り巻回）。点がコイルの右側にある場合には、巻回方向は、発生する磁位を入力電流に対して反対の方向にさせる（反時計回り方向の巻回）。

・Ｐａ、−Ｐｂ、Ｐｂ、およびＰｃは、それぞれ電流Ｉ_ａｐ、Ｉ_ｂｐ、およびＩ_ｃｐに対応する磁心３２および３３における磁位であり、
・Ａ_ｓ、Ｂ_ｓ、Ｃ_ｓ、Ｏ_ａｓ、Ｏ_ｂｓ、およびＯ_ｃｓは、出口点および２次コイルに接続するための点である。

図５Ａに示されたコイル２５および２６の巻回方向および直列接続を考えると、電流Ｉ_ｂｐは、磁心３２において、磁位Ｐａと反対の方向の磁位Ｐｂに対応し、磁心３３において、磁位Ｐｃと反対の方向の磁位Ｐｂに対応する。

図５Ｂ〜図５Ｅは、図５Ａの図と同様な図であり、ここで１次コイルのみが示されており、これらは、同じ効果が得られるようにする変形の直列接続および巻回方向を示している。

したがって、変圧器１０は、絶対値が等しく、各々の磁心３２および３３において方向が反対であり、かつ２つの磁心の間の対称軸線Ｂに対して対称である磁位Ｐａ、Ｐｂ、およびＰｃを生成することを可能にする。２π／３の位相オフセットを有する２つの磁位源は、２π／３で相互に位相オフセットされる３つの三相電圧源が再構築され得るので、したがって、変圧器１０は、強制磁束を有する（鎖交磁束を有する）三相変圧器として動作することができる。

２次コイルの相における巻数の数がｎ_２と書かれている場合には、任意の三相変圧器の場合のように、電圧の比が、第１の近似値にｎ_２／ｎ_１で与えられ、電流の比は、ｎ_１／ｎ_２で与えられる。回転変圧器１０は、複数の２次コイルをもつ可能性を含めて、（強制された）鎖交磁束を有する任意の静止三相変圧器と同じ特性を有する。図５Ａ〜図５Ｅの巻線トポロジーを有する磁気回路によって行われる磁気結合は、単相変圧器に対して、強制磁束を有する静止三相変圧器の場合と同じ３／２の結合係数を、発生する磁束において有することを可能にする。最良の結合係数を有するために、磁気列の各々の磁気抵抗は、主としてエアギャップに起因して等しいことが必要である。詳細には、強制磁束を有する静止三相変圧器の場合のように、磁性材料の磁気抵抗よりも高い列の各々において等価の磁気抵抗を発生させることが必要である。回転変圧器においては、これは、本質的にエアギャップによって実現される。

変圧器１０は、いくつかの利点を有する。

特に、磁気回路は完全にコイル２４〜３１を取り囲むということが理解できる。したがって、変圧器１０は、磁気的にシールドされる。そのうえ、コイル２４〜３１は、すべて軸線Ａのトロイダルコイルである。したがって、変圧器１０は、形状がより複雑なコイルを必要としない。

そのうえ、変圧器１０の相は、インダクタンスおよび抵抗が平衡化されていてもよい。

詳細には、磁気回路の幾何学的形状が各半コイルにおいて磁束の半分を相殺する働きをするので、合計２＊ｎ_１の巻数を有する相Ｖのインダクタンスは、やはり相ＵおよびＷのインダクタンスに等しく、各々は、ｎ_１の巻数を有する。より正確には、コイル２５は、コイル２４と同じ数の巻数を有し、同じ磁気回路と分かり、同様のことが、コイル２６およびコイル２７にあてはまる。しかし、コイル２４および２７は、同じ数の巻数で対称であり、したがって、それらのインダクタンスは等しい。コイル２５は、コイル２６と反対の方向に巻回され、したがって中央列（脚１５および１９によって形成される）の並列接続のため相殺されるその磁束の半分を有し、同様のことが、コイル２６にあてはまる。したがって、コイル２５および２６の全インダクタンスは、コイル２４および２７の全インダクタンスに等しい。

抵抗は、コイルにおける導体の断面を変更することによって平衡化できる。ｎ_１の巻数を有する相ＵおよびＷの断面は等しいが、２＊ｎ_１の巻数を有する相Ｖの断面は、前述の断面の２倍である。詳細には、相において平衡化された抵抗を保存するために、２倍長い相は、また、長さのその増加を補償するために２倍の断面積を有さなければならない。

最後に、変圧器１０は、低減された重量および体積を有する。

詳細には、変圧器１０が図１または図２の変圧器１と比較される場合で、同じ性能を提供するように設計されると仮定すると、次の家庭が行われ得る：
・導電性材料：Ｑは変圧器１の３つの単相変圧器のうちの１つのコイルにおける導電性材料の量であるとする。したがって、変圧器１のコイルにおける導電性材料の量は、３Ｑである。
・磁性材料：各列について同じ磁気抵抗Ｒｅが関係する場合には、変圧器１の各単相変圧器は、２Ｒｅに近い磁気回路の全磁気抵抗を有する。変圧器１０については、磁気回路の全磁気抵抗は、３／２Ｒｅに近い。

変圧器１０について、変圧器１の場合と同じ励磁電流および同じ数の巻数ｎ_１で、誘導磁界および磁束は、したがって２倍にされる。詳細には、変圧器１については、乗算係数は０．５（すなわち、磁気抵抗比＝２によって割られる結合係数＝１）であり、鎖交磁束を有する変圧器１０については、乗算係数は１（すなわち、磁気抵抗比＝３／２によって割られる結合係数＝３／２）である。したがって、比は、確かに２（１／０．５）に等しい。この特性は、同じ性能について、変圧器１に対して変圧器１０を最適化する可能性をほぼ数値化することを可能にする。

巻数の数を√２低減することが決定され、それによって、√２の誘導磁界の増加を生じさせ、同時に同じ励磁電流について同じ電圧を有することを可能にする。

同じジュール損失および同じ相抵抗を有する設計については、これは、下記のものを与える：
・コイル２４については、√２少ない巻数である必要があり、したがって、導電性材料の量は、Ｑ／√２である。一定のジュール損失については、抵抗（ρｌ／Ｓ）はまた、√２（√２で割られる長さ）で割られ、したがって、ジュール損失を保存するために、同じ負荷電流、励磁電流、および電圧については√２で断面を割ることが可能である（実際には、熱伝導に依存する局部過熱を回避することが必要であるので、節約はそれほど大きくないことがある）。したがって、コイル２４の導電性材料の量は、Ｑ／２である。同じ推論がコイル２７にあてはまる。
・コイル２５および２６については、√２少ない巻数である必要があり、したがって、導電性材料の量は、２＊Ｑ／√２＝√２＊Ｑである。一定のジュール損失においては、Ｕ字状単相変圧器に対して長さに√２を掛けるので、断面に√２を掛ける。したがって、コイル２５および２６は、２Ｑに等しい導電性材料の量を必要とする。

変圧器１０の一定の相抵抗については、したがって、導電性材料の全量は、Ｑ／２＋２Ｑ＋Ｑ／２＝３＊Ｑである。変圧器１については、導電性材料の量は、３＊Ｑ、すなわち同じ量であった。比較として、静止三相変圧器については、導電性材料の量は、３Ｑ／２である。

鉄損に関しては、誘導磁界Ｂの増加にもかかわらず、√２のその増加が、非飽和状態内に留まることを可能にすると想定される（エアギャップの高い磁気抵抗は、磁性材料において弱い誘導磁界を有する変圧器１０を設計するのに有利に働き、その磁気抵抗を減少させるためにエアギャップの面積を増大させることが必要であり、それは、磁性材料の面積の増大を必要とする）。

ヒステリシスによる損失は、Ｋ_ＨＢ^２ｆ＊Ｖで与えられ、電流損失は、Ｋ_ＦＢ^２ｆ^２＊Ｖで与えられ、ここで、
・Ｖ：体積、
・ｆ：使用周波数、
・Ｂ：最大誘導磁界、
・Ｋ_Ｈ：磁性材料および磁気回路の構造と関連する定数、ならびに
・Ｋ_Ｆ：磁性材料および磁気回路の構造と関連する定数。

したがって、損失は、強制磁束を有する三相変圧器１０に標準回転変圧器１を置き換えた場合に単位体積当たり２倍大きい（（√２Ｂ）^２＝２Ｂ^２）。

磁気回路の体積の節約を数値化すると、体積が約４２％減少することが推定でき、これは、鉄損について約１６％の全体的増加があることを意味する（０．５８＊２＝１．１６）。これは、本質的に、初期寸法決定に依存する。回転変圧器で、鉄損は、ジュール損失よりもはるかに小さく、したがって、全損失の増加（８％未満）は無視できることが考えられ得る。

図３に示されたコイル２４〜３１の位置は、１つの例を成し、他の位置が適切な場合もある。図３の詳細Ｖに対応する図６Ａ〜図６Ｃは、コイル２４〜３１を位置決めするそれぞれ異なる可能性を示している。図６Ａにおいては、スロット２２または２３において、コイルは、軸線方向に互いに隣接しており、これらは、反対の方向に巻回される。図６Ｂにおいては、スロット２２または２３において、コイルは、軸線Ａを中心として互いに巻回され、これらは、反対の方向に巻回される。図６Ｃにおいては、スロット２２または２３において、コイルは、軸線方向に互いに隣接しており、これらは、同じ方向に巻回される。図示されていない変形においては、スロット２２または２３におけるコイルは混合される。

図７は、本発明の第２の実施形態における変圧器１１０を示している。変圧器１１０は、図３の「Ｕ字状」変圧器１０の「Ｅ字状」または「ポット型」変形であると考えられてもよい。したがって、図６の場合および図３の場合と同じ参照符号が、混同の危険なしに使用され、変圧器１１０の詳細な説明は省略される。変圧器１１０の磁気回路の分解斜視図である図８で理解できるように、参照符号１３および１７は、２つの軸線方向に間隔を置いて設けられたリングに対応し、脚１４〜１６および１８〜２０が、２つのリング１３とリング１７との間に軸線方向に延在すること、ならびにこの例における磁心が列に置かれていることを単に述べておく。

図９は、本発明の第３の実施形態における変圧器２１０を示している。変圧器２１０は、図３の回転変圧器１０に対応する静止変圧器と考えられてもよい。したがって、図９においては、図３の要素と同一または類似の要素を示すために２００を加えて、図３の場合と同じ参照符号が使用される。

変圧器２１０は、軸線Ａを中心とするリング２１３と、３つの脚２１４、２１５、および２１６と、軸線Ａを中心とする強磁性材料のリング２１７とを有する。脚２１４、２１５、および２１６の各々は、リング２１３から始まって軸線Ａから半径方向に離れるように延在する。脚２１４は、リング２１３の一方の端部にあり、脚２１６は、リング２１３の他方の端部にあり、脚２１５は、脚２１４と脚２１６との間にある。リング２１３および脚２１４〜２１６を取り囲むリング２１７は、エアギャップ２２１を画定する。

リング２１３および２１７は、脚２１４〜２１６と一緒に、変圧器２１０の３列磁気回路を形成する。より正確には、変圧器２１０の磁気回路は、第１の列（脚２１４に対応する）、第２の列（脚２１５に対応する）、および第３の列（脚２１６に対応する）を有する。

変圧器２１０の磁気回路は、２つのリング、第１の列、および第２の列の間のスロット２２２、ならびに２つのリング、第２の列、および第３の列の間のスロット２２３を画定する。

変圧器２１０は、コイル２２４、２２５、２２６、および２２７と、コイル２２８、２２９、２３０、および２３１とを有する。

コイル２２４は、変圧器２１０の相Ｕｐに対応する軸線Ａのトロイダルコイルである。これは、スロット２２２に位置する。コイル２２５は、軸線Ａのトロイダルコイルであり、これは、スロット２２２に位置する。コイル２２６は、軸線Ａのトロイダルコイルであり、これは、スロット２２３に位置し、これは、コイル２２５と直列に接続されている。コイル２２５および２２６は、変圧器２１０の相Ｖｐに対応する。最後に、コイル２２７は、変圧器２１０の相Ｗｐに対応する軸線Ａのトロイダルコイルである。これは、スロット２２３に位置する。

相応して、コイル２２８は、変圧器２１０の相Ｕｐに対応する軸線Ａのトロイダルコイルである。これは、スロット２２２に位置する。コイル２２９は、軸線Ａのトロイダルコイルであり、これは、スロット２２２に位置する。コイル２３０は、軸線Ａのトロイダルコイルであり、これは、スロット２２３に位置し、これは、コイル２２９と直列に接続されている。コイル２２９および２３０は、変圧器２１０の相Ｖｓに対応する。最後に、コイル２３１は、変圧器２１０の相Ｗｓに対応する軸線Ａのトロイダルコイルである。これは、スロット２２３に位置する。

変圧器２１０は、強制された鎖交磁束を有し、かつ３列磁気回路を有する磁気シールド三相静止変圧器である。これは、図３の変圧器１０に類似した動作および利点を有する。

図１０は、第４の実施形態における変圧器３１０を示している。変圧器３１０は、図７の磁気シールド変圧器２１０の非磁気シールドの変形であると考えられてもよい。したがって、図８の場合および図７の場合と同じ参照符号が、混同の危険なしに使用され、変圧器３１０の詳細な説明は省略される。変圧器３１０の磁気回路は、完全にコイル２２４〜２３１を取り囲まないこと、および変圧器２１０とは違って、変圧器３１０はしたがって磁気シールドされないことを単に述べておく。

図１１、図１２、および図１３は、本発明を理解するのに有用である第１の実施形態における変圧器４１０を示している。変圧器４１０は、強制された鎖交磁束を有する三相回転変圧器と考えられてもよく、これは、図３の変圧器１０の変形と考えられてもよい。したがって、図１１〜図１３においては、図３の変圧器１０の要素と同一または類似する要素は、混同の危険なしに同じ参照符号で示される。以下、変圧器４１０の特定の特徴が、詳細に説明される。

トロイダルコイル２４の代わりに、変圧器４１０は、４つのコイルを有し、これらのうちコイル４２４ａおよびコイル４２４ｄが、図１１に示されており、これらのコイルは、直列に接続されており、脚１８に形成されたスロット４３６に収容されている。相応して、トロイダルコイル２８の代わりに、変圧器４１０は、４つのコイルを有し、これらのうちコイル４２８ａおよびコイル４２８ｄが、図１１に示されており、これらのコイルは、直列に接続されており、脚１５に形成されたスロット４３７に収容されている。

トロイダルコイル２５および２６の代わりに、変圧器４１０は、図１２に示されるように、コイル４２５ａ、４２５ｂ、４２５ｃ、および４２５ｄを有し、これらのコイルは直列に接続されており、脚１９に形成されたスロット４３６に収容されている。相応して、トロイダルコイル２９および３０の代わりに、変圧器４１０は、コイル４２９ａ、４２９ｂ、４２９ｃ、および４２９ｄを有し、これらのコイルは直列に接続されており、脚１５に形成されたスロット４３７に収容されている。

同様に、トロイダルコイル２７の代わりに、変圧器４１０は、４つのコイルを有し、これらのうちコイル４２７ａおよびコイル４２７ｄは、図１１に示されており、これらのコイルは、直列に接続されており、脚２０に形成されるスロット４３６に収容されている。相応して、トロイダルコイル３１の代わりに、変圧器４１０は、４つのコイルを有し、これらのうちコイル４３１ａおよびコイル４３１ｄは、図１１に示されており、これらのコイルは、直列に接続されており、脚１６に形成されたスロット４３７に収容されている。

換言すれば、相は、もはや回転軸線Ａに巻回されないが、列の各々に半径方向に巻回される。したがって、変圧器４１０は、脚１４および１８によって形成された列における磁心４３８と、脚１５および１９によって形成された列における磁心４３９と、脚１６および２０によって形成された列における磁心４４０との３つの半径方向磁心を有する。

図１４は、図５Ａ〜図５Ｅの場合と同じ表記を使用しており、これは、変圧器４１０の動作を示している。

図１４においては、コイル４２４ａ、４２４ｄ、および図示されずかつそれに接続されたコイルは、電流Ｉ_ａｐについて、磁心４３８における軸線Ａの方へ向けられた半径方向磁位Ｐａに対応する。同様に、コイル４２５ａ、４２５ｂ、４２５ｃおよび４２５ｄは、電流Ｉ_ｂｐについて、磁心４３９における軸線Ａの方へ向けられた半径方向磁位Ｐｂに対応する。最後に、コイル４２７ａ、４２７ｄ、および図示されずかつそれに接続されたコイルは、電流Ｉ_ａｃについて、磁心４４０における軸線Ａの方へ向けられた半径方向磁位Ｐｃに対応する。

磁位Ｐａ、Ｐｂ、およびＰｃは絶対値が等しく、これらは、すべて軸線Ａの方へ向けられる。図示されていない変形においては、磁位Ｐａ、Ｐｂ、およびＰｃは、図示された例に対して反対の方向にあり、すなわち、これらは、すべて軸線Ａから離れるように向けられる。

この構成は、磁束が適切に結合し得るようにする。より正確には、変圧器４１０のトポロジーは、上述の変圧器１０の場合と同じ３／２の結合係数を得ることを可能にする。理論的結合係数および三相平衡を得るためには、列の各々を介して通過するリング１７の中点とリング１３の中点との間の磁気抵抗が同一であることで十分である。

変圧器４１０は、トロイダルコイルの使用のみを除いて、変圧器１０と同じ利点を有する。特に、変圧器４１０は、３／２の乗算係数が得られるようにする相の結合を得ることを可能にする。

図示された実施形態においては、変圧器４１０は、相ごとに、直列の４つの１次コイル（中央相のコイル４２５ａ〜４２５ｄ）、および直列の４つの２次コイル（中央相のコイル４２９ａ〜４２９ｄ）を備える。変形においては、各列におけるコイル数は、より大きくまたはより小さいこともある。これらは、１次コイルおよび２次コイルの各列において異なるコイル数であってもよい。

図１１〜図１３に示された変圧器４１０は、「Ｕ字状」変圧器である。図示されていない変形においては、「Ｅ字状」または「ポット型」変圧器が、同様なトポロジーを有することになる。こうした状況では、磁心は、軸線方向であることになる。図１５は、分解斜視図において、このような「Ｅ字状」変形を作るのに適した磁気回路を示している。図１３の要素に対応する要素は、混同の危険なしに同じ参照符号で示される。

図３の変圧器１０において、かつ図１１の変圧器４１０において、コイルは、三相磁束が、強制された鎖交磁束を有する三相静止変圧器と均等な方法で、変圧器の３つの列において再現され得るようにする。同様に、図７の変圧器１１０において、かつ変圧器４１０の「Ｅ字状」変形（図示されないが、図１５の磁気回路に基づく）において、コイルは、三相磁束が、強制された鎖交磁束を有する三相静止変圧器と均等な方法で、変圧器の３つの列において再現され得るようにする。

したがって、これらの変圧器の１次コイルおよび２次コイルは互換性がある。全般的に、変圧器１０の１次コイルは、強制された鎖交磁束を有する三相静止変圧器と均等な方法で３列において三相磁束を再現することを可能にするトポロジーの任意の２次コイルと互換性がある。したがって、変圧器１０においては、１次コイルおよび２次コイルは、同じ原理で作られる。しかしながら、変形においては、１次コイルおよび２次コイルは、異なる原理で、たとえば図１１〜図１３の変圧器４１０の原理で作られることもある。

図１６は、変圧器１０の１次コイルおよび変圧器４１０の２次コイルを使用した、第５の実施形態における変圧器５１０の断面図である。図１６においては、したがって、図３の場合または図１１の場合と同じ参照符号が使用され、詳細な説明は省略される。

知られている方法で、変圧器は、複数の２次コイルを有してもよい。したがって、図示されていない実施形態においては、各２次コイルのコイルは、変圧器４１０の原理を使用してコイルを通すのに必要なスロットをその脚においてもつことを条件として、共通の本体に変圧器１０の原理および変圧器４１０に原理を使用して同時に作られてもよい。

Claims (9)

1. １次部分（１１；１２）および２次部分（１２；１１）を有する三相変圧器（１０、１１０、２１０、３１０、５１０）にして、
   １次部分（１１）が、強磁性材料で作られた第１の本体、および１次コイル（２４、２５、２６、２７；２２４、２２５、２２６、２２７）を備え、２次部分（１２）が、強磁性材料で作られた第２の本体、および２次コイル（２８、２９、３０、３１；２２８、２２９、２３０、２３１）を備え、
   第１の本体が、軸線Ａの第１の環状スロット（２２）および軸線Ａの第２の環状スロット（２３）を画定し、第１のスロット（２２）が、第１の側脚（１８；２１４）、中央脚（１９；２１５）、およびリング（１７；２１３）によって画定され、第２のスロット（２３）が、中央脚（１９；２１５）、第２の側脚（２０；２１６）、およびリング（１７；２１３）によって画定され、
   １次コイルが、相Ｕに対応する第１のスロット（２２）に軸線Ａの第１のトロイダルコイル（２４；２３４）、第１のスロット（２２）に軸線Ａの第２のトロイダルコイル（２５；２３５）、第２のスロット（２３）に軸線Ａの第３のトロイダルコイル（２６；２２６）、および相Ｗに対応する第２のスロット（２３）に軸線Ａの第４のトロイダルコイル（２７；２２７）を備え、相Ｖに対応する第２のコイル（２５；２２５）および第３のコイル（２６；２２６）が、直列に接続されている、三相変圧器であって、
   第２のコイル（２５；２２５）および第３のコイル（２６；２３６）の巻回および接続方向が、第２のコイル（２５；２２５）および第３のコイル（２６；２２６）に流れる電流（Ｉ_ｂｐ）について、第２のコイル（２５；２２５）の第１の磁位（−Ｐｂ）に対応し、第３のコイル（２６；２２６）の第１の磁位（−Ｐｂ）と逆の第２の磁位（Ｐｂ）に対応する、三相変圧器。
2. １次部分（１１；１２）および２次部分（１２；１１）が、軸線Ａを中心として互いに対して回転可能である、請求項１に記載の変圧器（１０、１１０、５１０）。
3. 第２の本体が、軸線Ａの第１の環状２次スロット（３４）、および軸線Ａの第２の環状２次スロット（３５）を画定し、第１の２次スロット（３４）が、第１の２次側脚（１４）、２次中央脚（１５）、および２次リング（１３）によって画定され、第２の２次スロット（３５）が、２次中央脚（１５）、第２の２次側脚（１６）、および２次リング（１３）によって画定され、
   ２次コイルが、相Ｕに対応する第１の２次スロット（３４）に軸線Ａの第１のトロイダル２次コイル（２８）、第１の２次スロット（３４）に軸線Ａの第２のトロイダル２次コイル（２９）、第２の２次スロット（３５）に軸線Ａの第３のトロイダル２次コイル（３０）、および相Ｗに対応する第２の２次ノッチ（３５）に軸線Ａの第４のトロイダル２次コイル（３１）を備え、相Ｖに対応する第２の２次コイル（２９）および第３の２次コイル（３０）が、直列に接続されている、請求項２に記載の変圧器（１０、１１０）。
4. 第２の本体が、軸線Ａの第１の環状２次スロット（３４）、および軸線Ａの第２の環状２次スロット（３５）を画定し、第１の２次スロット（３４）が、第１の２次側脚（１４）、２次中央脚（１５）、および２次リング（１３）によって画定され、第２の２次スロット（３６）が、２次中央脚（１５）、第２の２次側脚（１６）、および２次リング（１３）によって画定され、
   ２次コイルが、直列に接続された１つまたは複数の２次コイル（４２４ｃ、４２９ｃ、４３１ｃ）を備え、前記２次コイル（４２９ｃ）が、前記２次脚に巻回されて、前記２次脚におけるスロット（４３６）の中を通過する、請求項２に記載の変圧器（５１０）。
5. 第１の側脚（１８）および第１の２次側脚（１４）が、互いに一致し、エアギャップ（２１）によって分離され、第１の中央脚（１９）および第１の２次中央脚（１５）が、互いに一致し、エアギャップ（２１）によって分離され、第２の側脚（２０）および第２の２次測脚（１６）が、互いに一致し、エアギャップ（２１）によって分離される、請求項３または請求項４に記載の変圧器（１０、１１０）。
6. １次部分（１１；１２）が、軸線Ａに対して２次部分（１２；１１）を取り囲み、または逆もまた同じである、請求項２から５のいずれか一項に記載の変圧器（１０、５１０）。
7. １次部分（１１；１２）および２次部分（１２；１１）が、軸線Ａの方向に並んで置かれている、請求項２から５のいずれか一項に記載の変圧器（１１０）。
8. １次部分および２次部分が、互いに対して静止している、請求項１に記載の変圧器（２１０、３１０）。
9. 強磁性材料で作られた第１および第２の本体が、１次コイルおよび２次コイルを完全に取り囲む、請求項１から８のいずれか一項に記載の変圧器（１０、１１０、２１０）。

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