JP3787069B2 - 高圧トランス装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の目的）
本発明は高圧トランスに関し、その目的はその大きさと価格を縮小することにある。
【０００２】
本発明は明らかに直流電流や高低周波電流の高圧電源が要求される多くの分野で使用することができる。
【０００３】
（発明の背景）
従来、高圧トランスを構成する種々の要素（トランス、高圧スイッチ、整流器、分圧器、放電器等）間で電気的絶縁を達成するのは相当困難であることが知られている。高圧トランスの絶縁は従来、３つの方法で行われている。
【０００４】
１．真空または乾燥環境で、トランスの種々の構成要素を収容するタンクまたはハウジングの内側全体に液体またはガス流体を満たす。液体またはガス流体は、低価格にするために、通常シリコンまたは鉱油である。
【０００５】
２．固形絶縁材を使用する。これには、プラスチック、ガラス、磁器、樹脂等がある。
【０００６】
３．高圧絶縁シリコンまたは樹脂でアセンブリ全体を真空包装する。
【０００７】
これらの絶縁方法のいずれにおいても、トランスを構成する種々の要素間で最小距離を保持する必要がある。この最小距離は種々の要素間に印加される電圧に依存するので、多くの場合に関係する主電圧のポイント間で最小絶縁距離を維持する必要がある。この絶縁距離は、主電圧のポイント間で絶縁を達成するには、過剰になっている。この最終的な原因は、要素が大容積を占有し、この容積がさらに絶縁材料で被覆されなければならないことである。この事実により、トランスの重量が相当に増大し、価格が増加している。
【０００８】
さらに、この最小距離を達成する設計はトランスの種々の要素の組み立てを困難にしている。この事実により、また価格が増加している。
【０００９】
米国特許第４，５８７，６０６号は、空気−コア型の１次巻線の回りに設けられ、複数の部分に分割された２次巻線を記載している。第１と第２のダイオードのグループは２次巻線を包囲する４つの基板に配置されている。第１と第２のダイオードのグループの各々のダイオードは、２つの隣接する基板に配置され、これによりこれらのダイオードはそれぞれ同一の極性方向を有するように直列に接続されている。
【００１０】
第１と第２のダイオードのグループはそれぞれ複数のダイオード部に分割されている。巻始端と巻終端はそれぞれの２つの隣接するダイオード部の間に接続されている。
【００１１】
各基板に配置されたダイオード部は１次巻線の軸方向に沿って離れて位置するように配置されている。巻線部の誘導電圧が印加される一方のダイオード部は２つの隣接する基板に配置され、他方のダイオード部は他の２つの隣接する基板に配置されている。これらのダイオード部の位置は１次巻線の軸方向に沿って位置を変えられている。したがって、巻線部の誘導電圧が印加されるダイオード部は異なる基板に配置されていて、同じ面にには配置されていない。
【００１２】
日本の特開平６−３３３７５４号公報は、サイクロコンバータ用のトランスを記載し、正および負のグループ巻線における抵抗および漏れリアクタンスのファクターが等しいトランスを提供している。
【００１３】
第１の構成では、正のグループの巻線の導線と負のグループの巻線の導線は軸方向にコアの脚部の上で同時に２重に折り返されている。
【００１４】
第２の構成では、正のグループの巻線の導線と負のグループの巻線の導線は、コアの脚部の軸方向に分離した部分の置かれている。次に、電源供給巻船は２つに分離され、正と負のグループの巻線の外側の境界の周りに装着されている。
【００１５】
（発明の説明）
前記問題を解決するため、本発明は、構成要素が２つの区別されたグループに配置され、一方の正電圧を備えた要素と他方の負電圧を備えた要素は絶縁手段によって互いに分離されている新規な高圧トランスを開発した。
【００１６】
さらに、前記要素の配置は、全ての要素の一方の端部がグランドレベルまたはゼロ電位を有するように有利に設計されている。この電位は、正電圧を備えた要素の対向する端部に向かって漸進的に増加し、負電圧を備えた要素に向かって漸進的に減少し、各グループの要素はグランドレベルから等距離にて等電位を有する。
【００１７】
この構成は、同一グループの要素はそれらの間に絶縁を必要としないという大きな利点を有する。これにより、要素を分離する距離はかなり減少される。さらに、同一電位領域を占有する要素は迷電荷に少しも影響を与えない。これにより、それらの要素の接近に関しても、またそれらの要素間の対向する面に関しても何ら制限がない。
【００１８】
したがって、本発明により、要素の電位がそれらが占有している電位の領域に従うように要素が設計されるので、要素を互いにより接近して移動させることができる。これにより、容積がかなり減少し、トランスのハウジングまたはタンクの内側を満たす絶縁材料がかなり減少する。
【００１９】
この容積の減少の結果として、タンクが小さな寸法になり、充填する絶縁材料の量が少なくなるという事実により、重量の相当な減少が達成される。
【００２０】
本発明の他の利点は、迷電荷の減少であり、望ましくない副作用が排除される。
【００２１】
前記正電圧を備えた要素の電位の漸進的増加および前記負電圧を備えた要素の電位の漸進的減少は線形である。
【００２２】
前記ゼロ電位のレベルは低圧入力の信号が位置する領域に配置されることが有利である。
【００２３】
好ましい実施形態では、前記ゼロ電位のレベルはトランスの上側に配置されている。これにより、前記最大レベルの電位は、高圧スイッチの下端で規定される。
【００２４】
前記２つのグループの要素を分離する絶縁手段は単一の絶縁障壁で確立される。これにより、価格が減少すると同時に、トランスの種々の要素のアセンブリが単純化する。
【００２５】
本発明の他の特徴は、一方のグループの要素と他方のグループの要素との間の迷電荷を最小にする手段を有することにある。これらの手段は、一方のグループと他方のグループの種々の要素によって与えられる配置によって決定される。前記要素は、他方のグループの要素の表面に対向する一方のグループの表面が最小化されるように配置されている。
【００２６】
本発明により、支持手段、電気絶縁部材の数が減少し、組み立てに必要な工数が減少する。
【００２７】
この結果、本発明はタンクの全体価格や、保管、輸送価格を相当に減少することは明らかである。
【００２８】
（発明の好ましい実施形態の説明）
以下、添付図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２９】
本発明のトランスは、それを構成する従来の要素が２つのグループに区別されて配置されているという特徴を有する。一方の側には正電位の要素が配置され、他方の側には負電位の要素が配置されている。
【００３０】
この目的のために、トランスの長手方向半分には、磁気コア７を備えた高圧トランス１、整流器２、フィルタ３、抵抗分配器（resistive divider）４および陽極スイッチ５が配置され、これらは正電位を維持する要素を構成する。
【００３１】
他の長手方向半分には、磁気コア７´を備えた高圧トランス１´、整流器２´、フィルタ３´、抵抗分配器４´および陽極スイッチ５´が配置され、これらは負電位を維持する要素を構成する。
【００３２】
両グループの間には、該クループ間の適正な絶縁を付与する固体の絶縁手段（６）が配置されている。一方、各グループの種々の要素間の絶縁は、上側で、「ゼロ電位」またはグランドレベルに固定し、正電位を備えた要素の下端に向かって漸進的に増加し、負電位を備えた要素に向かって漸進的に減少することによって達成される。グランドレベルから同一距離では、各グループの要素は、図２，３に０±２０Ｋｖ、±４０Ｋｖ、±８０Ｋｖの電位が記されているように、同電位を有する。
【００３３】
ここで、電位は０ボルトから下方に線形的に増加している。これにより、電位の最大レベルはスイッチ５，５´の下端で規定されている。
【００３４】
等電位を達成することにより、同一電位を占める要素を殆ど互いに接触するまで互いに近くに移動することができる。これらは絶縁材を必要としないし、迷電荷（stray capacitance）に少しも影響を与えないので、それらを近接させたり、それらの面を対向させるのに制限がない。これにより、トランスの全容積を相当に減少させることができる。
【００３５】
さらに、図１に示すように、一方のグループの要素の表面に対向する他方のグループの要素の表面は非常に小さいので、迷電荷が最小化される。
【００３６】
記載された全ての要素はハウジング８内に収容されたままになっている。ハウジングは、上側がゼロ電位のポイントを構成するカバー９で閉じられている。カバーには低電圧入力１０が配置されている。この低電圧入力は、種々のレベルで生成される高電圧と比較すると、無視することができ、したがってゼロ電位とみなすことができる。
【００３７】
本発明の背景で説明したように、タンクまたはハウジング８の内側は絶縁材料で満たされている。絶縁材料は、本実施形態では、シリコンオイルまたは鉱油である。一例として、容積全体を満たすのに必要とされる絶縁材料の量は４リッターである。これは従来のトランスで必要とされた３６リッターに比べて、容積が非常に低減し、節減されたことを示している。
【００３８】
本発明の背景で説明したように、使用する絶縁材料は高圧絶縁シリコンまたは樹脂でアセンブリ全体を包囲する真空によって実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のトランスの可能な実施形態の概略平面図である。この図ではトランスのハウジングまたはタンクの上面すなわちカバーが取り除かれている。
【図２】 図１に示すトランスの側面図であり、この図では種々の要素の配置を明瞭にするために側面が取り除かれている。
【図３】 図２のＡ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１，１´ 高圧トランス
２，２´ 整流器
３，３´ フィルタ
４，４´ 容量分配器
５，５´ 陽極スイッチ
６ 絶縁障壁
７，７´ 磁気コア

Claims (6)

1. 変圧用の従来の要素を有し、
   該従来の要素は、少なくとも、
   磁気コア（７，７´）を備えた高圧トランス（１，１´）
   整流器（２，２´）
   フィルタ（３，３´）
   抵抗分割器（４，４´）
   高圧スイッチ（５，５´）
   低圧入力（１０）
   である高圧トランス装置において、
   前記従来の要素（１−５，１´−５´）は第１端と該第１端に対向する第２端とを有し、全ての要素の第１端はグランドレベルすなわちゼロ電位に接続され、
   前記従来の要素は前記低圧入力（１０）を除く正電圧を備えた一方の要素（１−５）と負電圧を備えた他方の要素（１´−５´）の２つの区別されたグループに配置され、
   前記正電圧を備えた要素（１−５）は前記負電圧を備えた要素（１´−５´）から固体の絶縁手段によって分離され、
   前記従来の要素の各々の電位は、正電圧を備えた要素の対向する端部に向かって漸進的に増加し、負電圧を備えた要素に向かって漸進的に減少し、各グループの要素はグランドレベルから等距離にて等電位を有することを特徴とする高圧トランス装置。
2. 前記正電圧を備えた要素の電位の漸進的増加および前記負電圧を備えた要素の電位の漸進的減少は線形であることを特徴とする請求項１に記載の高圧トランス装置。
3. 前記高圧トランス装置のゼロ電位のレベルは低圧入力（１０）と同じ領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧トランス装置。
4. 前記ゼロ電位のレベルは前記高圧トランス装置の上側（９）に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の高圧トランス装置。
5. 前記高圧トランス装置の最大レベルの電位は、高圧スイッチ（５，５´）の下端で規定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の高圧トランス装置。
6. 一方のグループの要素と他方のグループの要素との間の迷電荷を最小にするために、前記高圧トランス装置の要素が大きな表面と該大きな表面より小さい小さな表面を有し、前記一方のグループの要素が前記他方のグループの対応する要素に前記小さな表面で対向するように、前記高圧トランス装置の各要素が配置されている請求項１に記載の高圧トランス装置。

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