JP2522497B2 - 可飽和インダクタ及びその製造方法並びにその可飽和インダクタを用いたパルスレ―ザ励起電源装置 - Google Patents

可飽和インダクタ及びその製造方法並びにその可飽和インダクタを用いたパルスレ―ザ励起電源装置

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JP2522497B2
JP2522497B2 JP62255277A JP25527787A JP2522497B2 JP 2522497 B2 JP2522497 B2 JP 2522497B2 JP 62255277 A JP62255277 A JP 62255277A JP 25527787 A JP25527787 A JP 25527787A JP 2522497 B2 JP2522497 B2 JP 2522497B2
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實 小原
克己 船越
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可飽和インダクタに係り、特に、昇圧トラン
スの後段に縦接的に接続される形式のものに関する。ま
た、この可飽和インダクタを用いたパルスレーザ励起電
源装置に関する。
〔従来の技術〕
この種のパルスレーザ励起電源装置に用いられる可飽
和インダクタは第7図に示すように、アモルファス金属
の間に絶縁材層を挟挿して巻回して構成されている。
アモルファス金属を用いるのは優れた磁気特性を得る
ためであるが、所期の磁気特性を得るためにはこれを30
0℃〜500℃程度で加熱処理必要がある。
一方、アモルファス金属を前記した温度にまで加熱す
ると、脆性が進行し、極めて脆くなるため、予め加熱処
理した上で巻回することは困難である。
このため、従来は未処理のアモルファス金属に絶縁材
を重ねて巻回し、しかる後に前記した温度で加熱処理し
て製造せざるを得なかった。
このため、前記絶縁材としては耐熱性に優れたものが
必要となり、従来は耐熱性が高いポリイミド(例えば、
デュポン・ファーイースト日本支社製、商品名「カプト
ン」)を使用して対処している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、ポリイミドは極めて高価であるため、可飽和
インダクタのコストが高くなる問題がある。
本発明は前記事項に鑑みてなされたもので、耐熱性が
低い安価な絶縁材を用いて構成することができ、コスト
を引き下げることができるようにした可飽和インダクタ
及びその製造方法を提供することにある。
また、これとあわせてこの可飽和インダクタを用いた
パルスレーザ励起電源装置を提供することを技術的課題
とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は前記技術的課題を解決するために、可飽和イ
ンダクタを以下のような方法で製造した。
即ち、巻き線たる帯状のアモルファス金属を、コイル
状に巻回する。そして加熱処理した後、このアモルファ
ス金属を巻回したことにより形成された隙間に合成樹脂
を含浸させる。この含浸工程は、ドブ浸、滴下、塗布、
吹き付け、真空含浸等によるものが例示できる。
また、コイル状の巻回したアモルファス金属1を加熱
処理し、このアモルファス金属の巻回により形成された
隙間に合成樹脂2を含浸させて可飽和インダクタを構成
した。
前記アモルファス金属としては組成で例えば、Fe,Co,
B,Si系、Fe,B,Si,C系、Fe,B,Si系、Fe,B,Si,Cr系、Fe,N
i,Mo,B系、Co,Fe,Ni,Mo,B,Si系,Co,Fe,Ni,B,Si系のもの
等が例示できる。
そして、パルスレーザ励起電源装置は、昇圧トランス
T1、この昇圧トランスT1に電源を断続的に接続するため
のパルススイッチ手段SW、及び前記昇圧トランスの出力
に継続的に接続され各々可飽和インダクタとエネルギ蓄
積コンデンサとを有する複数のパルス圧縮回路を具備
し、前記可飽和インダクタは、コイル状に巻回したアモ
ルファス金属1を加熱処理し、コイル状に巻回したアモ
ルファス金属に合成樹脂2を含浸させて構成した。
〔作用〕
本発明最大の特徴はアモルファス金属のみをコイル状
に巻回した状態で熱処理し、しかる後に、絶縁材たる合
成樹脂を含浸させ、螺旋状に残存した空隙に絶縁層を形
成して可飽和インダクタを構成することにある。
これにより含浸させる合成樹脂には耐熱性が要求され
ることはなく。ポリエステル等の安価なものを使用する
ことができる。
また、アモルファス金属は任意の温度で加熱すること
ができるため、その磁気特性を最大限に発揮させること
ができる。
含浸させる合成樹脂は、熱可塑性樹脂として、結晶
性、非晶性を問わず、低密度ポリエチレン、高密度ポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリ1−ブテン、ポリ4−
メチル−1−ペンテンあるいはエチレン、プロピレン、
1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン等のα−オレフ
ィン同士のランダムあるいはブロック共重合体等のポリ
オレフィン、エチレン、アクリン酸共重合体、エチレ
ン、酢酸ビニル共重合体、エチレン,ビニルアルコール
共重合体、エチレン、塩化ビニル共重合体等のエチレ
ン,ビニル化合物共重合体、ポリスチレン、アクリロニ
トリル,スチレン共重合体、ABS、メタクリル酸メチ
ル,スチレン共重合体、α−メチルスチレン,スチレン
共重合体等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩
化ビニリデン、塩化ビニル,塩化ビニリデン共重合体、
アクリル酸エステルとして、ポリアクリル酸メチル、ポ
リメタクリル酸メチル等のポリビニル化合物、ナイロン
6、ナイロン6−6、ナイロン6−10、ナイロン11、ナ
イロン12等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリブチレンテレフタレート等の熱可塑性ポリエス
テル、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイド等
あるいはそれらの混合物、若しくはシリコン系、ウレタ
ン系等のいずれの樹脂でもよい。
また、熱硬化性樹脂としてエポキシまたは尿素系のも
のも使用できる。
このように、種々の樹脂を使用できるが、可飽和イン
ダクタに要求する性能に応じて、誘電率、絶縁抵抗、耐
候性等を勘案して選定するのがよい。
〔実施例〕
本発明の実施例を第1図ないし第4図に基づいて説明
する。
巻き線たる帯状のアモルファス金属1を、渦巻きコイ
ル状に巻回する。そして400℃で2時間、10エルステッ
ド磁場中N2雰囲気中にて熱処理して所期の磁気特性を得
た。ここでの磁気特性とは飽和磁束密度△B及びB−H
特性における角型性等を示す。
このコイル状アモルファス金属1を熔融ポリエステル
に浸漬し、渦巻き状の隙間1aにポリエステルを含浸させ
る。
このとき、コイルの巻き線間を完全に絶縁するようむ
らなく含浸させることが必要である。
前記絶縁材2は従来のものと異なり耐熱性が要求され
ることはないため、電気的特性と耐候性等が条件に合致
すれば、実施例で使用したポリエステル樹脂の他、あら
ゆる合成樹脂材料を使用することができる。なお、アモ
ルファス金属の加熱温度、加熱時間、及び焼鈍時間は必
要な磁気特性が得られようアモルファス金属の種類に応
じて任意に設定できるのは勿論である。
以上述べたように、アモルファス金属単体を加熱処理
できるため、その加熱温度や加熱時間は任意に設定で
き、所望の磁気特性を得ることができる。
また、帯状のアモルファス金属1を渦巻きコイル状に
巻回したものに絶縁材2を含浸させたため、可飽和イン
ダクタの強度も大幅に向上させることができる。このた
め、過渡特性の改善が期待できる。
また、巻き線間の熱的結合を図ることができるため放
熱特性をも向上させることができる。
第3図は、前記構成になる可飽和インダクタを用いた
高速繰り返しパルスレーザ励起電源装置の電気的構成を
示す。同図の装置は充電電源PS、充電電源PSに接続され
たSCRのような半導体スイッチ素子SW、エネルギ蓄積コ
ンデンサC1、半導体スイッチ素子SWの両端にコンデンサ
C1を介して1次コイルが接続された昇圧トランスTI、こ
の昇圧トランスT1の2次コイルに縦続接続された可飽和
インダクタSL1,SL2,SL3及びコンデンサC1,C2,C3で構成
され、それにマキシマーレーザのようなレーザ負荷LDが
接続されている。第4図は第3図の装置に使用されてい
るパルス圧縮回路の具体的構成を示す。パルス圧縮回路
は第4図に示されるように、高電圧に対する安定性と低
インダクタンスを実現するために、高電位導体板を中央
に置き、これを2枚のアース導体板3a,3bによりはさみ
込む構造となっている。各コンデンサC1,C2,C3は例えば
夫々残留インダクタンスの小さいセラミックコンデンサ
等を複数個並列接続することにより構成される。
なお、昇圧トランスT1の1次コイル側に接続されるエ
ネルギ蓄積コンデンサC1としては例えばオイルコンデン
サ等が使用できる。各可飽和インダクタSL1,SL2,SL3近
辺には冷却ファン5a,5b,5cが夫々設けられているが、冷
却手段としては液冷でもよい。また、各可飽和インダク
タSL1,SL2,SL3は前記した方法により製造したものであ
る。
前記各可飽和インダクタSL1,SL2,SL3はこのような磁
心を各々所望の数だけ使用し、かつ、コイルの巻き線数
を適切に選択することにより飽和時のインダクタンスSL
satが例えば順次小さくなるように構成される。
以上のようにして構成された高速繰り返しパルスレー
ザ励起電源装置の動作を説明する。まず高電圧の充電電
源PSでエネルギ蓄積コンデンサC1をVC1(電圧)に充電
しておき、半導体スイッチSWのゲートを外部からトリガ
することによりこの半導体スイッチSWを導通させる。こ
れにより、コンデンサC1の電荷が昇圧トランスT1を介し
てコンデンサC2へ移乗し、コンデンサC2の電圧がVC2max
に達する。
ここで、可飽和インダクタSL1はこの間未飽和状態に
あり、高インダクタンスである。コンデンサC2の電荷は
ほとんどコンデンサC3へ移乗することはない。一方、コ
ンデンサC2の電圧がVC2maxに達すると可飽和インダクタ
SL1は飽和状態になり、急激に自己インダクタンスが低
下するように設定されている。これにより、コンデンサ
C2に蓄積された電荷は、コンデンサC1へ戻らず、コンデ
ンサC2、可飽和インダクタSL1及びコンデンサC3によっ
て構成される回路の時定数τ1に従ってコンデンサC3へ
移乗し、τ1時間経過後のコンデンサC3の電圧が最大電
圧VC3maxに達する。この時、時定数τ1は次式で表され
る。
ここで、SL1satは可飽和インダクタSL1の飽和インダ
クタンスである。上式で表される時定数τ1の時間の
間、可飽和インダクタSL2は未飽和状態にあり、コンデ
ンサC2に蓄積された電荷はコンデンサC4へ流れ込まず、
ほとんどコンデンサC3に移乗する。そして、コンデンサ
C3の電圧がVC3maxに達すると、可飽和インダクタSL2が
急激に飽和するが、ここで可飽和インダクタSL2の飽和
インダクタンスを可飽和インダクタSL1のそれより小さ
くしておくことにより、コンデンサC3、可飽和インダク
タSL2、およびコンデンサC4によって構成される回路の
時定数τ2に従ってコンデンサC3に蓄積されたエネルギ
を有効にコンデンサC4へ移乗させるとともに、電流パル
ス幅を圧縮することが可能となる。この場合、時定数τ
2は次式で表される。
ここで、SL2satは可飽和インダクタSL2の飽和インダ
クタンスである。
同様に、コンデンサC3の電荷が完全にコンデンサC4に
移乗するまで可飽和インダクタSL3が未飽和状態を保
ち、エネルギの移乗がおこなわれコンデンサC4の電圧が
最大になった時点で可飽和インダクタSL3が飽和し、コ
ンデンサC4に蓄積されたエネルギ負荷LDへ流れ込む。
なお、電源装置の出力インピーダンスZoutは、 で表され、可飽和インダクタSL3の形状を考慮すること
により、その飽和インダクタンスSL3satは数10nHと小さ
くすることができるから出力インピーダンスZoutを1Ω
以下にすることが可能である。
このように、コンデンサC2,C3,C4,を同一静電容量と
し、エネルギ共振移乗回路を複数個直列に接続し、回路
中のインダクタとして可飽和インダクタを使用し、かつ
可飽和インダクタの飽和インダクタンスを次第に減少さ
せることにより、磁気パルス圧縮装置を構成することが
可能となり、エネルギを効率良く伝達させるとともに、
インピーダンスを順次低下させ、かつパルス幅の圧縮が
可能となる。さらにパルス電源の出力インピーダンスと
エキシマーレーザの低い放電インピーダンスに整合させ
ることができる。
第5図及び第6図は高速繰り返しパルスレーザ励起電
源装置の他の構成例を示す。第5図に示すものは磁気ア
シスト回路である。パルススイッチとしてサイラトロン
SWを用いたものであり、サイラトロンSWの寿命を改善す
るための保護回路として可飽和インダクタSLを用いたも
のである。
第6図に示すものは磁気出力スイッチとして可飽和イ
ンダクタSLを用いた回路である。
このインピーダンス回路Zとしてはコンデンサ、又は
パルス成形回路(パルス成形線路)を用いることができ
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、アモルファス金属のみをコイル状に
巻回した状態で熱処理し、しかる後に、絶縁材たる合成
樹脂を含浸させ、螺旋状に残存した空隙に絶縁層を形成
したので、含浸させる合成樹脂には耐熱性が要求される
ことはなく、ポリエステル等の安価なものを使用するこ
とができる。
また、アモルファス金属は任意の温度で加熱すること
ができるため、その磁気特性を最大限に発揮させること
ができる。
このため、この可飽和インダクタを用いたパルスレー
ザ励起電源装置を低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第6図は本発明の実施例を示し、第1図は
熱処理したアモルファス金属の斜視図、第2図はアモル
ファス金属に合成樹脂を含浸させた状態を示す斜視図、
第3図は可飽和インダクタを用いたパルスレーザ励起電
源装置の回路図、第4図はパルスレーザ励起電源装置に
用いたパルス圧縮回路の内部構造を示す側面図、第5図
及び第6図はパルスレーザ励起電源装置の他の構成例を
示す回路図、第7図は標準的な可飽和インダクタの内部
構造を示す一部切欠した斜視図である。 1…アモルファス金属、2…絶縁材、T1…昇圧トラン
ス、PS…充電電源、SL1,SL2,SL3…可飽和インダクタ、C
1,C2,C3,C4…コンデンサ、LL…バイパスインダクタ、LD
…レーザ負荷。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/097 H01S 3/091 H02M 9/06 3/097 A (56)参考文献 特開 昭60−225412(JP,A) 特開 昭64−72512(JP,A) 特開 昭58−123708(JP,A) 特開 平1−96911(JP,A) 実開 昭62−5624(JP,U) 実公 昭49−6535(JP,Y1)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加熱処理済みのアモルファス金属製コイル
    に合成樹脂を含浸させたことを特徴とする可飽和インダ
    クタ。
  2. 【請求項2】アモルファス金属をコイル状に巻回し、加
    熱処理した後、このアモルファス金属の巻回により形成
    された隙間に合成樹脂を含浸させることを特徴とする可
    飽和インダクタの製造方法。
  3. 【請求項3】昇圧トランスと、この昇圧トランスに電源
    を断続的に接続するためのパルススイッチ手段と、及び
    前記昇圧トランスの出力に直列的に接続された可飽和イ
    ンダクタと、並列的に接続されたエネルギ蓄積コンデン
    サとを有する複数のパルス圧縮回路を具備し、前記可飽
    和インダクタは、コイル状に巻回したアモルファス金属
    を加熱処理し、この加熱処理済のアモルファス金属製コ
    イルに合成樹脂を含浸させたことを特徴とするパルスレ
    ーザ励起電源装置。
JP62255277A 1987-10-09 1987-10-09 可飽和インダクタ及びその製造方法並びにその可飽和インダクタを用いたパルスレ―ザ励起電源装置 Expired - Lifetime JP2522497B2 (ja)

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DE60222651T2 (de) * 2001-04-13 2008-07-17 Mitsui Chemicals, Inc. Magnetkern und klebharzzusammensetzung für magnetkernbenutzung
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