JP3707312B2

JP3707312B2 - 高圧トランス装置

Info

Publication number: JP3707312B2
Application number: JP24873299A
Authority: JP
Inventors: 隆朝比奈; 昌士岡本
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: JP2001076939A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は高圧トランス装置に関する。特に、誘電体バリア放電ランプを点灯させるために高電圧を発生させる高圧トランス装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のトランスは、シリコン樹脂やエポキシ樹脂でモールドしたタイプや、絶縁用に油漬けしたタイプ、さらにはファンで冷却するタイプのものが存在する。このうち、上記樹脂でモールドしたトランスは、電気絶縁には優れているが、巻線温度の上昇により発生する熱が内部にこもってしまうという問題がある。また、ファンで冷却するタイプはトランスの内部まで冷却できないという問題がある。さらには、絶縁用に油漬けするタイプは、電気絶縁にも優れ、また熱の伝わりも良いという利点はあるが、容器の蓋を開け閉めするためにトランスに対する導電線が長くなり、インダクタンスの増加や引き出し線同士の接触による短絡の可能性がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、良好な電気絶縁を保ち、不所望な放電を起こすことがなく、かつ良好に高電圧変圧器を冷却できるとともに絶縁オイルの昇温による膨張に対して安全な高圧トランス装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段について述べる。まず、請求項１の発明においては、金属製容器の中に絶縁用に油付け状態で配置された高圧トランスと、この金属製容器の蓋部材を兼ねる電気回路基板と、この蓋部材と絶縁油の間に形成された空洞と、一端が高圧トランスに接続され他端が電気回路基板に接続される高圧線と、この金属製容器と同電位となり当該絶縁油の中に完全に浸されるとともに、高圧トランスと絶縁油の油面との間に配置された板状金属部材とよりなることを特徴とする。
【０００５】
つぎに、請求項２の発明においては、前記絶縁油を冷却する手段を有することを特徴とする。次に、このような手段の具体的な実施例について述べる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の高圧トランス装置の一例を示す。（ａ）図は横断面図、(ｂ)図は冷却手段７を施した金属製容器１の外側側面図を示す。金属製容器１の中には高圧トランス２が絶縁油３のなかに完全に浸されるような状態で配置される。また、金属製容器１の中は絶縁油３と空洞が形成される。金属製容器１はその一面が開口する略箱型のもので、開口した一面には電気回路基板を兼ねた蓋部材４がパッキンなどを介して金属製容器１内部を密閉するように設けられている。
【０００７】
蓋部材４からは高圧トランス２を支持する支持部材５があり、さらに、蓋部材４の外側表面において種々の電気回路素子と電気的接続をするための高圧線６が接続される。従って、この高圧線６はその一端が高圧トランス２に接続されるとともに、他端において蓋部材４と接続している。この構造により、蓋部材を兼ねるプリント基板と高圧線６および高圧トランス２が一体となり、蓋を開閉することで高圧トランスを絶縁油で満たされた金属製容器１に対して出し入れできる構造となっている。金属製容器１の側部の外側表面には冷却手段７が設けられている。冷却手段７は金属製容器１の側部の外側表面を可能な限り冷却するために幅が広く経路が長い蛇行した冷却水路である。この冷却水路は金属板を加工し、それを金属製容器１の側部の外側表面に溶接することにより設けられている。また、冷却手段７と異なる実施例として金属製容器１のいずれかの面を水冷もしくは空冷を施した冷却ブロックに接触させることを特徴とするものがある。また、金属製容器１の中に絶縁油３と十分な空洞が形成されることにより、絶縁油３が昇温、膨張しても容器を破損するということはない。
【０００８】
高圧トランス装置の全体の構造は以上のとおりであるが、以下に各部材の一例を示す。金属製容器１は、例えばステンレスよりなり、全体の大きさは縦１６０ｍｍ×横１６０ｍｍ×高さ１６０ｍｍの全体箱型のものである。高圧トランス２は、例えば、ＥＥ型フェライトコアに適宜絶縁テープを施しながら、１次線及び２次線を巻き上げたものであり、全体の大きさは大凡８０ｍｍ×８０ｍｍ×８０ｍｍ程度であり、例えば、一次側電圧は、繰り返し周波数約６０ｋＨｚで０−ピーク電圧が２００〜２５０Ｖを有する矩形波を印可しを二次側電圧として同じ周波数、矩形波で０−ピークが３．０ｋｖ〜３．５ｋＶに変換する。なお、この高圧トランス２は、例えば冷却なしで３時間の使用により７５ｄｅｇ程度の温度上昇を伴う熱を発生する。
【０００９】
空洞１２は、トランス組み立て作業場の空気であるが、低湿度であることが好ましい。また空気以外でも不所望な放電を防止できる気体、たとえばＳＦ６などを充填してもよい。絶縁油３は、例えばＳｈｅｌｌＯｉｌ製絶縁油（ダイアラオイルＢ）よりなり、上記金属製容器１の内部であって高さ１１０〜１３０ｍｍぐらいにまで注入される。この高さについては、高圧トランス２を完全にかぶる程度にまでは最低必要となる。蓋部材４は、例えば、プリント基板を兼ねたガラスエポキシ製基板よりなる。高圧線６は、例えば、複数のニッケル製の撚り線の周囲を高耐電圧のシリコンなどで被覆したものである。このシリコンと複数のニッケル製の撚り線の間に毛細管現象により絶縁油が吸い上げられる。
【００１０】
このような構造の高圧トランス装置は以下の利点を有する。
１．絶縁油の中にトランスを浸す構造のため絶縁油の対流により熱が篭ることを防止できる。
２．絶縁油を使うのでトランスの内部まで効率良く放熱をすることができる。
３．トランスを蓋に付けたのでトランスからの引き出し線を最短のものとすることができる。
４．トランスの発熱により絶縁油が膨張しても、空洞１２でその膨張を緩和でき、金属製容器１に負担を与えない。
【００１１】
図２は本発明による高圧トランス装置の他の実施例である。（ａ）図は横断面図、（ｂ）図は上方（ａ図において矢印Ａから見た図）から見た図を示す。この実施例では冷却手段が絶縁油の中に浸されている冷却パイプ８であることを特徴とする。その他の構造は図１に示した構造と同一である。
【００１２】
冷却手段については、図１で示したように、絶縁油と金属製容器１が直接触れる部分について、局所的に金属製容器１の外側を冷却することにより絶縁油を冷却する方法も考えられるが、金属製容器１は、箱体の強度等を確保する目的から必ずしも熱伝導性に優れた材料あるいは形状を選択できない。
【００１３】
本発明においては、冷却方法として、冷却パイプ８を使用することから、金属製容器として強度等より適した材料を選択することができ、かつ、効率よく絶縁油を冷却することができる。また、形状も自由に選択できることから、絶縁油内での対流を効率よく発生させることができることから、高圧トランス２の巻き線への冷却効果も高まるのもである。
【００１４】
図３は本発明の他の実施例であり、図１、２に示した高圧トランス2の支持部材５の途中に板状金属部材9を設けている。この板状金属部材９は蓋部材４と略同一形状であり、大きさは金属製容器１内に収まる分だけ若干短くなっている。板状金属部材９は、例えば、ステンレス製であり、このように空洞１２に直接触れないように板状金属部材９を設けることで、絶縁油3面と金属製容器１内面とにおける不所望な放電を防止することができる。
これは、板状金属部材９がアースされた金属製容器１と電気的につながっており、かつ板状金属部材９が絶縁油の中に完全に浸されているので、板状金属部材９を設けない状態では、高圧トランスの高電圧部分から発して絶縁油面を貫いて金属製容器１に至る電気力線が存在していたものが、板状金属部材９を設けた状態では、前記電気力線が板状金属部材９により絶縁油の中で終端され、高圧トランスの高電圧部分から絶縁油面を貫いて金属製容器１に達する電気力線が存在しなくなるため、結果として絶縁油面もアースされることになるためである。
【００１５】
このような板状金属部材９が絶縁油３中に完全に浸されることが必要になるが、図４に示すようにトランス全体を３０°程度傾斜させた場合においても絶縁油３面から板状金属部材９が空洞１２に露出しないような位置に配置することが好ましい。この角度は、搬送系に高圧トランス装置が組み込まれ、移動時の振動、ゆれにより絶縁油３面が水平に対して傾く場合や、設置場所の立地条件から水平の確保できないような場所で傾くであろう角度を想定したものである。
【００１６】
本発明の高圧トランス装置は、図５に示すように複数のトランスを空洞１２を設けた１つの容器の中に絶縁油付けするような構造であってもかまわない。
【００１７】
なお、本発明の高圧トランス装置は、例えば１〜１０ｋＶ程度の高電圧に有効である。特に図６に示すような誘電体バリア放電ランプ１０の点灯装置に用いることに適している。図６において、誘電体バリア放電ランプ１０は、本発明の高圧トランス２に接続されて、さらに高圧トランス２は主電源１１に接続される。
【００１８】
誘電体バリア放電ランプ１０は、放電容器にエキシマ分子を形成する放電用ガスを充填し、誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形成せしめ、このエキシマ分子から紫外光を放射させるものである。誘電体には石英ガラス等が使われ、この誘電体を放電路に介在させることでアーク放電の発生を良好に抑え、また特定の場所に放電が集中することもないので発生する紫外光の放射密度はほぼ一様のものとすることができる。このような誘電体バリア放電ランプ１０は、放電用ガスをしてキセノンガスを用いることにより波長１７２ｎｍという短波長の紫外光を放射し、また、放電用ガスとしてクリプトンと塩素ガスの混合ガスを用いることにより波長２２２ｎｍの紫外光を放射する。しかもこれらの紫外光は、単一波長の光を選択的に高効率に発生するという、従来の低圧放電ランプや高圧放電ランプにはない種々の特徴を有している。このような誘電体バリア放電ランプ１０については、例えば、特開平１−１４４５６０号、特開平２−７３５７号、米国特許第４，８３７，４８４号など多数の文献に開示される。また、放電容器の内面に蛍光物質を設けることで高効率の可視光線を放射する希ガス蛍光ランプが米国特許５，１１７，１６０に開示されておりこのようなランプにも適用できる。誘電体バリア放電ランプは高電圧を必要とするのでトランスの温度上昇もかなりのものであり、また、絶縁性、トランスからの引き出し線を短くできるという点で特に本発明のトランス装置を適用することは効果的である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の高圧トランス装置は、金属製容器の中に空洞と絶縁油に油漬け状態で配置された高圧トランスと、この金属製容器の蓋部材を兼ねる電気回路基板と、一端が高圧トランスに接続され他端が電気回路基板に接続され、かつ毛細管現象によって絶縁油を内部に吸い上げることが可能な構造を有する高圧線と、当該金属性容器内の絶縁油を冷却する冷却手段とよりなるので、絶縁油の中に高圧トランスを浸す構造のため絶縁油の対流により熱が篭ることを防止でき、絶縁油を使うのでトランスの内部まで効率良く放熱をすることができトランスを蓋部材４に付けたので高圧トランスからの引き出し線を最短のものとすることができ、毛細管現象で絶縁油を吸い上げる高圧線を使うので高圧線の内部で不所望な放電はおこらないという効果を有する。
【００２０】
また、金属製容器の中には、金属製容器と同電位となる金属部材が絶縁油の中に浸され空洞と直接触れないようにするので、絶縁油の液面と金属製容器内面の間で不所望な放電を生じることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高圧トランス装置を示す。
【図２】本発明の高圧トランス装置の他の実施例を示す。
【図３】本発明の高圧トランス装置の使用状態の一例を示す。
【図４】本発明の高圧トランス装置の他の実施例を示す。
【図５】本発明の高圧トランス装置の他の実施例を示す。
【図６】本発明の高圧トランス装置の誘電体バリア放電ランプ１０の点灯装置の全体を示す。
【符号の説明】
１金属製容器
２高圧トランス
３絶縁油
４蓋部材
５支持部材
６高圧線
７冷却手段
８冷却パイプ
９板状金属部材
１０誘電体バリア放電ランプ
１１主電源
１２空洞

Claims

金属製容器の中に絶縁用に油付け状態で配置された高圧トランスと、この金属製容器の蓋部材を兼ねる電気回路基板と、この蓋部材と絶縁油の間に形成された空洞と、一端が高圧トランスに接続され他端が電気回路基板に接続される高圧線と、この金属製容器と同電位となり当該絶縁油の中に完全に浸されるとともに、高圧トランスと絶縁油の油面との間に配置された板状金属部材とよりなることを特徴とする高圧トランス装置。
前記高圧トランス装置は、前記絶縁油を冷却する手段を有することを特徴とする請求項１の高圧トランス装置。