JP2006179456A - プラズマ装置用電源 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マトリックス変圧器が、一端が接続された第1および第2チューブで形成された第1一次部分と、一端が接続された第3および第4チューブで形成された第2一次部分を備えたモジュールを含み、前記第3および第4チューブがそれぞれ前記第1および第2チューブに絶縁されて取り付けられており、前記同心チューブがモジュールを通る並列長尺通路を画定している。二次巻線が各モジュールの長尺通路を介して巻き取られている。モジュールは、二次巻線用の整流回路を含み、複数のモジュールの整流回路を直列接続する直列回路を更に含む。
【選択図】図1
Description
ここで図1および2を参照して、プラズマアークカッターAとして示されたプラズマ装置は、本発明に基づいて構成されており、複数のモジュールを含むAC出力信号マトリックス変圧器Tを駆動するインバータ基準電源Bを含んでいる。三つのモジュールをモジュールM1、M2およびM3として示している。マトリックス変圧器Tはリード線10、12を横切って高電圧を発生し、概略示されたノズル22を有するプラズマアーク切断トーチ20を作動させる。トーチ20は標準チョーク24を介してリード線10に接続された固定電極Eを含んでいる。電極Eがアークをリード線12によって変圧器Tの出力に接続された工作物WPの方向に向けさせる。電極Eと工作物WP間にプラズマアークを生成する目的で、標準プラズマアーク切断技術に基づいて工作物を切断するためにガス供給装置30がライン32を介してプラズマガスをノズル22に提供する。電源Bは18kHzを超えるスイッチング周波数で作動されるインバータ基準電源である。図示実施例において、インバータ基準電源Bは二つの分離出力回路を含んでおり、一つは第1方向ないし極性に電流を生成し、もう一つは第2方向ないし極性に電流を生成する。これらの対向極性信号はAC出力信号を構成している。標準的な実際例によれば、電源BはAC一次信号を通過させる単一出力回路を有するブリッジスイッチングネットワークを使用することができる。これらのタイプの電源はいずれも本発明によって使用することを意図しているが、別々の極性信号を有する電源を図1と2に示す。第1極性回路は、それぞれモジュールM1、M2およびM3の一次巻線部40、42および44と直列にあるライン34を介してパルスを方向付けるスイッチ31、33を含んでいる。帰還ライン46がスイッチ33に接続されている。従って、スイッチ31、33が導通しているとき、パルスが一次巻線部40、42および44を介してライン34によって方向付けられ、帰還ライン46に戻る。これは第1直列回路であって、マトリックス変圧器Tを形成するモジュールの一次側内に第1極性パルスを生成する。同様の方法で、第2直列回路がそれぞれモジュールM3、M2およびM1の第2一次巻線部60、62および64と直列にあるライン54によってパルスを方向付けるためにスイッチ50、52を閉じることによって作動される。帰還ライン66がスイッチ52に接続され、これによってスイッチ50、52が任意の極性パルスをモジュールM1、M2およびM3に向ける。変圧器Tの一次側の動作において、第1極性パルスがモジュールM1、M2およびM3に向けられる。その後、対向極性パルスが三つのモジュールを通過する。このパルスがAC信号をモジュールM1、M2およびM3の入力ないし一次巻線側に発生させ、モジュールを集合してマトリックス変圧器Tを形成する。モジュールの出力は、それぞれモジュールM1、M2およびM3内の多数回巻二次巻線70、72および74である。二次巻線は全波整流器80に接続された出力リード線70a、70b、全波整流器82に接続された出力リード線72a、72bおよび全波整流器84に接続された出力リード線74a、74bを有している。この種の整流器は出力リード線10、12間で直列回路86に接続されている。図2に示したように、一対の並列シリンダーの形状にある高透磁率変圧器コアC1、C2およびC3がモジュールの二つの一次巻線部分の周りに配置されている。それぞれの一次巻線が巻き取られた並列経路もこのシリンダーコアによって取り巻かれている。動作において、一次スイッチの「サイドA」を指示しているスイッチ31、33を通るパルスがモジュールを通る第1極性パルスを生成する。その後、スイッチ50、52が作動して一次スイッチの「サイドB」から対向極性パルスを生成する。パルスがそれぞれのモジュールの一次部分を通過する。従って、AC入力信号が、それぞれ全波整流器80、82および84に接続された二次巻線70、72および74内にAC電圧を誘起する目的でモジュールの一次部分に向けられる。このAC信号がリード線10、12両端に高電圧を発生させ、この電圧は通常約500〜1600ボルトDCの範囲にある。この種の高電圧は図1と2に示したこれらのモジュールの構成とともに新規なモジュールM1、M2およびM3の使用によって得ることができる。これらはマトリックス変圧器Tを構成するように組み合わされる。本発明を使用することによって、インバーター基準電源を使用したときにこれまで得ることができなかった電圧が達成される。
B 電源
E 電極
T マトリックス変圧器
WP 工作物
M1、M2、M3 モジュール
C1、C2、C3 変圧器コア
10、12 出力リード線
20 トーチ
22 ノズル
24 チョーク
30 ガス供給装置
31、33 スイッチ
32、34 ライン
40、42、44 一次巻線
46、66 帰還ライン
50、52 スイッチ
70、72、74 二次巻線
70a、70b、74a、74b 出力リード線
80、82、84 全波整流器
90 電圧帰還装置
92、94 入力リード線
100 電流帰還装置
120、122、124 平衡巻線
120a、122a、124a 電流制限抵抗器
130 ソフトフェライト飽和リアクター
140 共通モードチョーク
150、152、180、182 並列導電チューブ
154 ジャンパーストラップ
160、162 長尺経路
184 上方ストラップ
200、202、204、210、212、214 リング
300、302 ライン
Claims (38)
- 高周波変圧器の一次巻線を形成するモジュールであって、
第1および第2端部を有する第1導電チューブと、
第1および第2端部を有し、ほぼ平行に前記第1導電チューブに近接配置された第2導電チューブとを備え、
前記第1および第2導電チューブは、二次巻線を収容するための中央長尺通路を各々有しており、
前記第1および第2導電チューブの各々を取り巻いている磁気コアと、
前記第1および第2導電チューブの前記第1端部間を結合するジャンパーストラップと、
前記第1および第2導電チューブの前記第2端部でコネクターを形成する回路とを備えていることを特徴とするモジュール。 - 前記磁気コアの各々が、前記第1および第2導電チューブの周りに設けられた複数のドーナツ状リングで構成されていることを特徴とする請求項1に記載のモジュール。
- 第1および第2端部を有する第3導電チューブと、
第1および第2端部を有する第4導電チューブと、
前記第3および第4導電チューブの前記第1端部を互いに接続し、前記第1および第2導電チューブに対して互いに並列関係になるように接続する第2ジャンパーストラップとを備え、
前記第3および第4導電チューブが、それぞれ前記第1および第2導電チューブの前記通路内に入れ子式に嵌め込まれ、且つ、前記二次巻線を収容するための長尺通路を有しており、更に
前記第1および第3導電チューブ間の第1管状絶縁体と、
前記第2および第4導電チューブ間の第2管状絶縁体と、
を備えている導電アッセンブリを含むことを特徴とする請求項1または2に記載のモジュール。 - 前記第2巻線が、整流器に接続されていることを特徴とする請求項3に記載のモジュール。
- 高周波変圧器の一次巻線を形成するモジュールであって、
管状絶縁体によって分離された第1組の同心、同軸入れ子式導電チューブと、
管状絶縁体によって分離された第2組の同心、同軸入れ子式導電チューブと、
前記第1組及び第2組の導電チューブの各々の周りに設けられた磁気コアとを備え、
前記第1組及び第2組の導電チューブは、二次巻線を収容するための長尺中央通路を備え、更に
前記第1組及び第2組の導電チューブを接続して、二つの直列回路を形成するための導電体と、
を有していることを特徴とするモジュール。 - 前記磁気コアの各々が、前記第1組及び第2組の導電チューブの周りに設けられた複数のドーナツ状リングで構成されていることを特徴とする請求項5に記載のモジュール。
- 出力変圧器の二次巻線を駆動するための高周波スイッチングインバータを備えたプラズマ装置であって、前記出力変圧器が、前記変圧器の一次巻線を形成する複数のモジュールを有し、前記モジュールの各々が、
管状絶縁体によって分離された第1組の同心、同軸入れ子式導電チューブと、
管状絶縁体によって分離された第2組の同心、同軸入れ子式導電チューブとを備え、
前記第1組及び第2組の導電チューブは、前記二次巻線を収容するための長尺中央通路を備え、更に
前記第1組及び第2組の導電チューブを接続して、二つの直列回路を形成するための導電体と、
を有していることを特徴とするプラズマ装置。 - 前記モジュールの前記二次巻線が、正および負電流出力を生成するための整流器に接続され、前記出力を直列接続する回路を設けたことを特徴とする請求項7に記載のプラズマ装置。
- 前記整流器が、全波整流器であることを特徴とする請求項8に記載のプラズマ装置。
- 前記装置が、プラズマカッターであることを特徴とする請求項11に記載のプラズマ装置。
- AC電流で出力変圧器の二次巻線を駆動するための高周波インバータを備えたプラズマアークカッターであって、
前記出力変圧器が、一次巻線を有する複数のモジュールを有しており、
前記モジュール各々が、直列に接続され、且つ並置された導電チューブを有すると共に、前記二次巻線を収容する一対の並置された長尺中央通路を有していることを特徴とするプラズマアークカッター。 - 前記モジュールの前記二次巻線が、正および負電流出力を生成するための整流器に接続され、前記出力を直列接続する回路を設けたことを特徴とする請求項11に記載のプラズマアークカッター。
- 前記直列接続された出力が、400ボルトDCを超える電圧を有していることを特徴とする請求項12に記載のプラズマアークカッター。
- 出力変圧器の二次巻線を駆動するための高周波スイッチングインバータを備えたプラズマ装置であって、前記出力変圧器が、前記変圧器の一次巻線を形成するモジュールを有し、前記モジュールが、
管状絶縁体によって分離された第1組の同心、同軸入れ子式導電チューブと、
管状絶縁体によって分離された第2組の同心、同軸入れ子式導電チューブとを備え、
前記第1組及び第2組の導電チューブは、前記二次巻線を収容するための長尺中央通路を備え、更に
前記第1組及び第2組の導電チューブを接続して、二つの直列回路を形成するための導電体と、
を有していることを特徴とするプラズマ装置。 - 前記モジュールの前記二次巻線が整流器に接続され、正および負電流出力を生成することを特徴とする請求項14に記載のプラズマ装置。
- 一つを超える前記モジュールと、それぞれのモジュールの出力を直列出力にする回路とを有することを特徴とする請求項15に記載のプラズマ装置。
- 前記整流器が、全波整流器であることを特徴とする請求項15または16に記載のプラズマ装置。
- 前記直列出力が、400ボルトDCを超える電圧を有していることを特徴とする請求項16または17に記載のプラズマ装置。
- AC電流で出力変圧器の二次巻線を駆動するための高周波インバータを備えたプラズマアークカッターであって、
前記出力変圧器が、一次巻線を有するモジュールを有しており、
前記モジュールが、直列に接続され、且つ並置された導電チューブを有すると共に、前記二次巻線を収容する一対の並置された長尺中央通路を有していることを特徴とするプラズマアークカッター。 - 前記モジュールの前記二次巻線が整流器に接続され、正および負電流出力を生成することを特徴とする請求項19に記載のプラズマアークカッター。
- 一つを超える前記モジュールと、それぞれのモジュールの出力を直列出力にする回路とを有することを特徴とする請求項20に記載のプラズマアークカッター。
- 前記直列出力が、400ボルトDCを超える電圧を有していることを特徴とする請求項21に記載のプラズマアークカッター。
- インバータ電源を具備する電気アーク溶接機のための高周波変圧器であって、前記高周波変圧器が多数のモジュールを含み、前記各モジュールが、一次巻線部と二次巻線とを有しており、前記一次巻線部がマトリックス状に相互接続され、前記二次巻線が各モジュールを通過するように構成したことを特徴とする高周波変圧器。
- 少なくとも二つのモジュールを具備するマトリックス変圧器であって、各モジュールが、
第1および第2端部と中央長尺通路を備えた並置された第1および第2導電チューブと、
前記第1および第2導電チューブの前記第1端部間を結合するジャンパーストラップとを含み、
前記第1および第2導電チューブが、所定の電圧を有している前記マトリックス変圧器の一次巻線部を形成し、
前記モジュールのそれぞれの前記中央長尺通路を通り複数回巻回された二次巻線を具備して、前記複数回の巻回により前記所定の電圧を少なくとも200ボルトに昇圧するように構成し、
更に、前記モジュール間で前記一次巻線部を直列に接続する回路を具備することを特徴とするマトリックス変圧器。 - 前記一次巻線部には、電源の第1出力によって生成された第1極性及び前記電源の第2出力によって生成された第2極性を有するAC電流が印加されることを特徴とする請求項24に記載のマトリックス変圧器。
- 前記一次巻線部には、電源の出力からAC電流が印加されるように構成したことを特徴とする請求項24に記載のマトリックス変圧器。
- 各モジュールが、
第1端部とこの第1端部に接続された第2端部とを具備する並置された第3および第4チューブを含み、
前記第3および第4チューブが、それぞれ前記第1および第2チューブと隣接し、かつ、同心をなしており、これにより、前記第1および第2チューブが第1一次巻線部を形成し、且つ、前記第3および第4チューブが第2一次巻線部を形成し、前記第1および第2チューブの前記中央長尺通路が前記第3および第4チューブの中央長尺通路となり、前記モジュールの前記長尺通路を形成していることを特徴とする請求項24又は25に記載のマトリックス変圧器。 - 前記モジュールの各々の前記長尺通路内に巻回された平衡巻線を含み、前記モジュールの前記平衡巻線が、抵抗器を含むと共に、前記平衡巻線が並列に接続されていることを特徴とする請求項24から27のいずれか一項に記載のマトリックス変圧器。
- 各モジュールの前記二次巻線の出力に設けられた整流回路を含むことを特徴とする請求項24から28のいずれか一項に記載のマトリックス変圧器。
- 前記整流回路を直列に接続する回路を含んでいることを特徴とする請求項30に記載のマトリックス変圧器。
- AC出力信号を生成するための電源を含むプラズマ装置であって、前記電源と第1リード線および第2リード線を伴った直列回路間に設けられたマトリックス変圧器であって、前記マトリックス変圧器が少なくとも二つのモジュールからなり、前記モジュールが、
一端が接続された第1および第2チューブからなる第1一次巻線部と、
一端が接続された第3および第4チューブからなる第2一次巻線部とからなり、前記第3および第4チューブは、それぞれ前記第1および第2チューブ内に電気的に絶縁されて組み立てられ、同心チューブが、前記モジュールのほぼ平行な長尺通路を形成しており、二次巻線が前記長尺通路を通して巻回され、更に、
第1極性の前記AC出力信号を第1一次巻線部を介して前記電源から前記マトリックス変圧器に送る第1直列回路と、
第2極性の前記AC出力信号を第2一次巻線部を介して前記電源から前記マトリックス変圧器に送る第2直列回路と、
前記モジュールの各前記二次巻線用に設けられた整流回路と、
前記第1リード線および第2リード線を具備する前記整流回路を直列に接続する第3直列回路と、
で構成したことを特徴とするプラズマ装置。 - 前記マトリックス変圧器が、前記モジュールの各々の前記長尺通路内に巻回された平衡巻線を含んでおり、前記モジュールの前記平衡巻線が、抵抗器を含むと共に、並列に接続されていることを特徴とする請求項31に記載のプラズマ装置。
- 前記二次巻線が、前記二次巻線部の電圧を少なくとも200ボルトに昇圧する巻回数を有していることを特徴とする請求項32に記載のプラズマ装置。
- 前記通路の各々を形成する前記チューブを取り巻く高透磁率コアが設けられていることを特徴とする請求項31から33のいずれか一項に記載のプラズマ装置。
- 前記第1および第2直列回路内に飽和可能なリアクターを含んでいることを特徴とする請求項31から34のいずれか一項に記載のプラズマ装置。
- 前記第1と第2リード線間には、共通モードチョークが設けられていることを特徴とする請求項31から35のいずれか一項に記載のプラズマ装置。
- 前記電源が、AC出力信号を生成する高速スイッチングに基づいたインバータであることを特徴とする請求項31から36のいずれか一項に記載のプラズマ装置。
- 前記電源の一つまたはそれ以上の電源の前記第1および第2リード線を並列に接続したことを特徴とする請求項31から37のいずれか一項に記載のプラズマ装置。
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