JP3011435B2 - 磁気パルス圧縮回路および磁気パルス圧縮用可飽和リアクトルの磁気リセット方法 - Google Patents

磁気パルス圧縮回路および磁気パルス圧縮用可飽和リアクトルの磁気リセット方法

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JP3011435B2
JP3011435B2 JP2161213A JP16121390A JP3011435B2 JP 3011435 B2 JP3011435 B2 JP 3011435B2 JP 2161213 A JP2161213 A JP 2161213A JP 16121390 A JP16121390 A JP 16121390A JP 3011435 B2 JP3011435 B2 JP 3011435B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、エキシマレーザやCO2レーザなどのガス
レーザの電源装置に使用される磁気パルス圧縮(Magnet
ic Pulse Compression;MPCと略す)回路およびMPC用可
飽和リアクトルの磁気リセット方法に関するものであ
る。
[従来の技術] 第5図は例えば特開昭62−48274号公報に開示された
従来のガスレーザ電源装置の回路図であり、図におい
て、(1)はMPC用可飽和リアクトル、(2)はこのMPC
用可飽和リアクトル(1)の巻線、(3)はこの巻線
(2)が巻回されるコア、(4)は磁気リセットのため
にコア(3)に巻回された逆方向磁束発生用巻線、
(5)はこの逆方向磁束発生用巻線(4)に接続されて
これに電流を流す逆方向磁束発生用電源、(6)、
(7)はコンデンサであって、MPC用可飽和リアクトル
(1)と共に閉ループのMPC回路を構成する。(8)は
高圧電源、(9)はこの高圧電源(8)の両端間に並列
に接続されたサイラトロン、(10)、(11)はこのサイ
ラトロン(9)と並列にかつ互いに直列に接続されたそ
れぞれコンデンサ、リアクトル、(12)はこれらコンデ
ンサ(10)とリアクトル(11)の接続点、上述したMPC
用可飽和リアクトル(1)の巻線(2)とコンデンサ
(6)の接続点間に接続されたリアクトル、そして(1
3)はコンデンサ(7)と並列に接続された一対のレー
ザ電極である。
第6図は従来のガスレーザ電極装置の各部における電
圧および電流を示す波形図である。第7図はMPC用可飽
和リアクトル(1)に使用されているコア(3)の磁界
Hに対する磁束密度Bの変化を示す図である。
従来のガスレーザ電源装置は上述したように構成され
ており、その動作を第5図〜第7図について説明する。
まず高圧電源(8)を用いて高圧電源(8)、コンデン
サ(10)、リアクトル(11)から成る閉ループに電流を
流し、コンデンサ(10)を所定の電圧Eまで充電する。
この場合、コンデンサ(10)はゆるやかに充電されるの
で、リアクトル(11)にはほとんど電圧は印加されな
い。
次に、サイラトロン(9)を時刻t0で点弧すると、コ
ンデンサ(10)、サイラトロン(9)、コンデンサ
(6)、リアクトル(12)から成る閉ループに時刻t0
らt1まで通電幅τ(=t1−t0)、波高値IP1のパルス
電流I1が流れ、コンデンサ(6)にパルス電圧V2が発生
する。MPC用可飽和リアクトル(1)に用いられている
コア(3)の磁界H−磁束密度Bの座標系における動作
点は、時刻t0では逆方向磁束発生用電源(5)から逆方
向磁束発生用巻線(4)に直流電流Irが供給されている
ので、方向に磁気飽和して磁束密度B=−BS(BS:飽
和磁束密度)となる第7図のa点にある。時刻t0以後、
パルス電圧V2によってMPC用可飽和リアクトル(1)に
磁界Hの方向に励磁電流が流れると、動作点がa点か
らb点、c点へと移動して磁気飽和状態から非飽和状態
へ変わり、MPC用可飽和リアクトル(1)は低インピー
ダンスから高インピーダンスに変わる。その結果、MPC
用可飽和リアクトル(1)にパルス電圧VLが印加され
る。
パルス電流I1が時刻t1で零となり、パルス電圧V2が波
高値−VP2に達した時点で、コア(3)の動作点がd点
に達し、方向に磁気飽和して磁束密度B=+BSとなる
と、MPC用可飽和リアクトル(1)は再び低インピーダ
ンスとなる。その結果、コンデンサ(6)、コンデンサ
(7)、MPC用可飽和リアクトル(1)から成る閉ルー
プのMPC回路に時刻t1からt2まで通電幅τ(=t2
t1)、波高値IP2のパルス電流I2が流れ、コンデンサ
(7)にパルス電圧V3が発生する。コンデンサ(6)、
コンデンサ(7)、飽和したMPC用可飽和リアクトル
(1)の閉ループのインダクタンスがコンデンサ(1
0)、サイラトロン(9)、コンデンサ(6)、リアク
トル(12)の閉ループのインダクタンスよりも小さく設
定されているので、パルス電流I2はパルス電流I1よりも
波高値が大きく(IP2>IP1)、通電幅が小さくなるτ
<τ)、即ち、パルス圧縮が行なわれる。この時、MP
C用可飽和リアクトル(1)の巻線(2)を流れるパル
ス電流I2によって大きな磁界Hが作られるので、コア
(3)の動作点はd点からe点の方へ大きく移動する。
パルス電流I2が時刻t2で零となり、パルス電圧V3が波
高値−VP3に達した時点で一対のレーザ電極(13)間が
ブレークダウンし、グロー放電が生じると、パルス電流
I3はコンデンサ(7)、一対のレーザ電極(13)間に流
れて、レーザ光が出力される。
最後に、パルス電流I2が零となると、逆方向磁束発生
用電源(5)から逆方向磁束発生用巻線(4)に供給さ
れる直流電流Irによってコア(3)の動作点f点、g点
を通って再びパルス圧縮前のa点にリセットされる。
[発明が解決しようとする課題] 従来のガスレーザ電源装置では、磁気リセットのため
の逆方向磁束発生用電源(5)が必要なことから高価と
なる、また、逆方向磁束発生用巻線(4)を設けるため
にMPC用可飽和リアクトル(1)の構造が複雑となると
いった問題点があった。
この発明はこのような問題点を解決するためになされ
たもので、逆方向磁束発生用電源(5)と逆方向磁束発
生用巻線(4)を不要とすることにより、安価で、かつ
MPC用可飽和リアクトル(1)の構造が簡単なMPC回路を
得ることを目的とする。
[課題を解決するための手段] この発明に係るMPC回路は、可飽和リアクトルと並列
または直列に、可飽和リアクトルをリセットするための
少なくとも1個の空芯リアクトルを接続したものであ
る。
[作 用] この発明において、空芯リアクトルは、パルスを1回
圧縮する毎に、パルスによって注入された電気エネルギ
ーを放出し、空芯リアクトルに印加される電圧の時間積
分値が零となる性質を有しているので、空芯リアクトル
に電気的に接続される可飽和リアクトルに使用されてい
るコアの動作点は、パルス圧縮前の状態にリセットされ
る、即ち、可飽和リアクトルは磁気リセットされる。
[実施例] 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
1図はこの発明のMPC回路を使用したガスレーザ電源装
置の回路図であり、図において(1A)はこの発明で使用
されるMPC用可飽和リアクトルであって、従来技術と同
様に巻線(2)およびコア(3)を有している。(6)
〜(13)は第5図について説明したものと全く同じであ
る。そして(14)はMPC用可飽和リアクトル(1A)の両
端間に従って並列に接続された空芯リアクトルである。
第2図はこの発明の磁気リセット方法が適用されるMP
C用可飽和リアクトル(1A)に使用されているコア
(3)の磁界Hに対する磁束密度Bの変化を示す図であ
る。これは、MPC用可飽和リアクトル(1A)に逆方向磁
束発生用巻線が設けられていないので、パルス圧縮前の
初期状態(a′点)において磁束密度Bが飽和磁束密度
BSではなく、残留磁束密度Brに等しくセットされている
点が従来のもの(第7図)と異なる。第3図はMPC用可
飽和リアクトル(1A)の磁気リセットのため設けられた
空芯リアクトル(14)の電流I0と磁束Φの関係を示す
図である。空芯リアクトル(14)のため、磁束Φは飽
和することがなく、電流I0と磁束Φの関係は、原点
(I0=0でΦ=0の点)を通り、傾きがL0(L0:イン
ダクタンス)の直線となる。
次に、第1図に示したガスレーザ電源装置の動作を、
第2図、第3図および第6図を参照して説明する。ま
ず、高圧電源(8)を用いて高圧電源(8)、コンデン
サ(10)、リアクトル(11)の閉ループに電流を流し、
コンデンサ(10)を所定の電圧Eまで充電する。この場
合、コンデンサ(10)はゆるやかに充電されるので、リ
アクトル(11)にはほとんど電圧は印加されない。
次に、サイラトロン(9)を時刻t0で点弧すると、コ
ンデンサ(10)、サイラトロン(9)、コンデンサ
(6)、リアクトル(12)のループに時刻t0からt1まで
通電幅τ(=t1−t0)、波高値IP1のパルス電流I1
流れ、コンデンサ(6)にパルス電圧V2が発生する。時
刻t0以後、パルス電圧V2によってMPC用可飽和リアクト
ル(1A)に磁界Hの方向に励磁電流が流れると、コア
(3)の動作点がa′点からb′点へと移動する結果、
MPC用可飽和リアクトル(1A)にパルス電圧VLが印加さ
れる。
パルス電流I1が時刻t1で零となり、パルス電圧V2が波
高値−VP2に達した時点で、コア(3)の動作点がc′
に達し、方向に磁気飽和して磁束密度B=+BSとなる
と、MPC用可飽和リアクトル(1A)は再び低インピーダ
ンスとなる。その結果、コンデンサ(6)、コンデンサ
(7)、MPC用可飽和リアクトル(1A)の閉ループに時
刻t1からt2まで通電幅τ(=t2−t1)、波高値Ip2
パルスI2が流れ、コンデンサ(7)にパルス電圧V3が発
生する。コンデンサ(6)、コンデンサ(7)、飽和し
たMPC用可飽和リアクトル(1A)の閉ループのインダク
タンスが、コンデンサ(10)、サイラトロン(9)、コ
ンデンサ(6)、リアクトル(12)の閉ループのインダ
クタンスよりも小さく設定されているので、パルス電流
I2はパルス電流I1よりも波高値が大きく(IP2>IP1)、
通電幅が小さくなる(τ<τ)、即ち、パルス圧縮
が行なわれる。この時、MPC用可飽和リアクトル(1A)
の巻線(2)を流れるパルス電流I2によって大きな磁界
Hが作られるので、コア(3)の動作点はc′点から
d′点の方へ大きく移動する。
パルス電流I2が時刻t2で零となり、パルス電圧V3が波
高値−VP3に達した時点で一対のレーザ電極(13)間が
ブレークダウンし、グロー放電が生じると、パルス電流
I3はコンデンサ(7)、一対のレーザ電極(13)間に流
れて、レーザ光が出力される。
ここで、パルス圧縮直前とパルス圧縮直後におけるMP
C用可飽和リアクトル(1A)のコア(3)の磁束密度の
変化量ΔBは、磁束の変化量ΔΦ(=ΔB・S)がMPC
用可飽和リアクトル(1A)の印加電圧VLの時間積分値と
等しいことから と表わされる。ただし、Sはコア(3)の断面積であ
る。
一方、空芯リアクトル(14)は、パルス圧縮直前の時
刻t0では電流が流れていないので、第3図からわかるよ
うにこの時の磁束Φは零である。次に、空芯リアクト
ル(14)がMPC用可飽和リアクトル(1A)に電気的に接
続されていることから、パルス圧縮直後の時刻t2には、
空芯リアクトル(14)に の電流が流れ、 の電気エネルギーが注入される。ただし、L0は空芯リア
クトル(14)のインダクタンスである。パルス圧縮が終
わると、この注入された電気エネルギーEL0は、電気的
に接続されたMPC用可飽和リアクトル(1A)やコンデン
サ(6)、コンデンサ(7)等へ供給され、十分な時間
がたてば消費されてしまう。その結果、次のパルス圧縮
が行なわれる直前では空芯リアクトル(14)には電流が
流れていないので、その磁束Φは零である。従って、
空芯リアクトル(14)の場合、パルス圧縮1回毎に磁束
の変化量ΔΦは必ず零となり、磁気リセットされる。
このことから、パルス圧縮直後の時刻t2から十分な時間
がたてば、空芯リアクトル(14)から放出される電気エ
ネルギーにより、注入された場合と同じ大きさで逆極性
の時間積分値となる電圧VLが次式に示すように空芯リア
クトル両端子間に発生する。
この電圧VLは、空芯リアクトル(14)がMPC用可飽和
リアクトル(1A)の両端子に電気的に接続されているの
で、MPC用可飽和リアクトル(1A)にも印加される。従
って、(1)式と(4)式からわかるように、空芯リア
クトル(14)から放出される電気エネルギーにより、時
刻t0からt2までのパルス圧縮時において加わった電圧VL
の時間積と同じ大きさで逆極性の時間積分値となる電圧
VLがパルス圧縮直後の時刻t2以後にMPC用可飽和リアク
トル(1A)に加わるので、その磁気リセットが出来る。
なお、上記実施例ではMPC用可飽和リアクトル(1A)
に1個の空芯リアクトル(14)を電気的に接続したが、
第4図に示すように、MPC用可飽和リアクトル(1A)に
2個の空芯リアクトル(15)及び(16)からなる直列回
路を並列接続しても良い。即ち、コンデンサ(6)とコ
ンデンサ(7)にそれぞれ空芯リアクトル(15)と(1
6)を並列接続しても良い。
[発明の効果] 以上、詳しく説明したように、この発明は、可飽和リ
アクトルと並列または直列に、可飽和リアクトルをリセ
ットするための空芯リアクトルを少なくとも1個接続し
たことにより、逆方向磁束発生用電源と逆方向磁束発生
用巻線を設けずにMPC用可飽和リアクトルの磁気リセッ
トができるという効果を奏す。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を用いたガスレーザ電源装
置の回路図、第2図はこの発明におけるコアの磁界Hに
対する磁束密度Bの変化を示す図、第3図は空芯リアク
トルの電流I0と磁束Φの関係を示す図、第4図はこの
発明の他の実施例を用いたガスレーザ電源装置の回路
図、第5図は従来のガスレーザ電源装置の回路図、第6
図は従来のガスレーザ電源装置の動作説明用波形図、第
7図は従来例におけるコアの磁界Hに対する磁束密度B
の変化を示す図である。 図において、(1A)はMPC用可飽和リアクトル、(3)
はMPC用可飽和リアクトル(1)のコア、(6)と
(7)はコンデンサ、(14)と(15)と(16)は空芯リ
アクトルである。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/097 - 3/0977 H02M 9/00 - 9/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】可飽和リアクトルと一対のコンデンサの閉
    ループから成り、供給されたパルスをより急峻な立上り
    のパルスに圧縮する磁気パルス圧縮回路において、 前記可飽和リアクトルと並列または直列に、前記可飽和
    リアクトルをリセットするための少なくとも1個の空芯
    リアクトルを接続したことを特徴とする磁気パルス圧縮
    回路。
  2. 【請求項2】供給されたパルスの電気エネルギーの一部
    を空芯リアクトルに注入し、前記パルスの圧縮後に前記
    空芯リアクトル、から放出される電気エネルギーによっ
    て磁気パルス圧縮用可飽和リアクトル中のコアのパルス
    圧縮直後における磁化状態をパルス圧縮前の状態にリセ
    ットすることを特徴とする磁気パルス圧縮用可飽和リア
    クトルの磁気リセット方法。
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