JP4980502B2

JP4980502B2 - 電源装置

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Publication number: JP4980502B2
Application number: JP2012506019A
Authority: JP
Inventors: 昭弘鈴木; 仁志城所; 利樹腰前; 宏久留島; 真人松原; 直樹西川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2031-09-07
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Description

本発明は、電源装置に関する。

特許文献１には、ガスレーザ発振器用の電源装置において、商用電源の交流電圧がコンバータ部で直流電圧に変換されてインバータ部に入力され、スイッチング素子及び還流ダイオードを有するインバータ部で直流電圧が方形波交流電圧に変換され、インバータ部の出力電圧がインダクタンスを有した高周波トランスで昇圧されて誘電体電極間に印加されることにより、誘電体電極間に放電が発生することが記載されている。この電源装置では、インバータ部の出力側に高周波トランスと並列にリアクトルが接続されている。これにより、特許文献１によれば、誘電体電極間に放電が発生していないときに、インバータ部内の還流ダイオードに流れるリカバリー電流を低減できるので、還流ダイオードの発熱を抑えることができるとされている。

特許文献２には、レーザ電源装置において、整流部が商用の交流電源を整流し、その整流電圧を昇圧コンバータ部が平滑して直流電圧にして昇圧し、その昇圧された直流電圧をインバータ部が高周波電圧に変換し、その高周波電圧を昇圧トランスがレーザ発振用放電電極部への印加電圧まで昇圧することが記載されている。これにより、特許文献２によれば、昇圧コンバータ部により商用の交流電源を昇圧して昇圧トランスの巻き数比（昇圧比）を低減できるので、トランスにおける２次側巻き数の２乗に比例する２次側漏れインダクタンスを低減できるとされている。

特許文献３には、直流電源装置において、整流器が交流入力電源を直流電圧に整流してインバータへ入力し、その直流電圧をインバータが高周波電圧に変換し、その高周波電圧が、並列接続された２つの絶縁トランスのそれぞれの１次巻線と結合トランスにおける２つの巻線とへ印加されることが記載されている。この直流電源装置では、結合トランスにおける２つの巻線が、２つの絶縁トランスのうちの一方の絶縁トランスにおける１次巻線の一方の極性の入力電路と、２つの絶縁トランスのうちの他方の絶縁トランスにおける１次巻線の逆極性の入力電路とを、巻数比１で磁気的に結合する。これにより、特許文献３によれば、結合トランスにおける２つの巻線に強制的に等しい電流が流れて、２つの絶縁トランスのそれぞれの１次巻線に強制的に等しい電流が流れるので、２つの絶縁トランスの電流バランスがとれるとされている。

国際公開第２００５／１０４３４３号特開２００３−２４３７４９号公報特開平９−２１５１８１号公報

特許文献１及び特許文献２には、インバータ部の出力側に複数の昇圧トランス（変圧器）を並列接続する構成に関して記載がない。

特許文献３に記載の発明では、２つの絶縁トランス（変圧器）の電流バランスをとるためにインバータと２つの絶縁トランスとの間に新たに結合トランスを追加して設ける必要があるので、直流電源装置が大型化する傾向にある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電流バランスをとるための素子を追加することなく２つの変圧器の電流バランスを均等にできる電源装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる電源装置は、出力端子群を有し、直流電力から交流電力を生成し前記出力端子群から出力するインバータと、前記出力端子群から出力された交流電力を変圧する第１の変圧器と、前記出力端子群に対して前記第１の変圧器と並列に接続され、前記出力端子群の中心を通るとともに前記出力端子群を含む平面に垂直に延びた直線に関して前記第１の変圧器の反対側に配され、前記出力端子群から出力された交流電力を変圧する第２の変圧器と、前記出力端子群と前記第１の変圧器の両端とを接続する複数の第１の導電ラインと、前記出力端子群と前記第２の変圧器の両端とを接続する複数の第２の導電ラインとを備え、前記インバータ、前記複数の第１の導電ライン、及び前記第１の変圧器により形成される第１のループの面積は、前記インバータ、前記複数の第２の導電ライン、及び前記第２の変圧器により形成される第２のループの面積と均等であることを特徴とする。

本発明によれば、インバータ及び第１の変圧器の間の電流路のインダクタンスとインバータ及び第２の変圧器の間の電流路のインダクタンスとを均等にできるので、第１の変圧器及び第２の変圧器の電流バランスを均等にできる。すなわち、電流バランスをとるための素子を追加することなく２つの変圧器の電流バランスを均等にできる。

図１は、実施の形態１にかかる電源装置の構成を示す図である。図２は、実施の形態１にかかる電源装置の構成を示す図である。図３は、実施の形態１の変形例にかかる電源装置の構成を示す図である。図４は、実施の形態１の他の変形例にかかる電源装置の構成を示す図である。図５は、実施の形態２にかかる電源装置の構成を示す図である。図６は、実施の形態３にかかる電源装置の構成を示す図である。図７は、実施の形態３の変形例にかかる電源装置の構成を示す図である。図８は、実施の形態４にかかる電源装置の構成を示す図である。図９は、実施の形態４にかかる電源装置の構成を示す図である。図１０は、実施の形態５にかかる電源装置の構成を示す図である。

以下に、本発明にかかる電源装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
実施の形態１にかかる電源装置１の回路構成について図２を用いて説明する。図２は、電源装置１の回路構成を示す図である。

電源装置１は、外部から交流電力を受けて、交流電力から高周波電力を生成して負荷素子５０の両端へ印加する。負荷素子５０は、例えば、一対の電極５１、５２を有する。すなわち、電源装置１は、一対の電極５１、５２の間に高周波電力を印加することにより、一対の電極５１、５２の間に放電を発生させる。一対の電極５１、５２は、例えば、ガスレーザ発振器における放電電極対である。

電源装置１は、昇圧チョッパ回路（コンバータ）１０、インバータ２０、導電ライン（複数の第１の導電ライン）Ｌ１１、Ｌ１２、導電ライン（複数の第２の導電ライン）Ｌ２１、Ｌ２２、トランス（第１の変圧器）３０、トランス（第２の変圧器）４０、導電ライン（複数の第３の導電ライン）Ｌ３１、Ｌ３２、及び導電ライン（複数の第４の導電ライン）Ｌ４１、Ｌ４２を備える。この電源装置１では、インバータ２０の出力側にトランス３０とトランス４０とが互いに並列に接続されている。トランス３０とトランス４０とは、負荷素子５０の両端に互いに並列に接続されている。

昇圧チョッパ回路１０は、外部から受けた交流電力（例えば、商用の交流電源電力）から昇圧された直流電力を生成する。昇圧チョッパ回路１０は、リアクトル１１、スイッチング素子１２、ダイオード１３、ダイオード１４、及びコンデンサ１５を有する。スイッチング素子１２がオンされている期間に、リアクトル１１が流れ込んだ電流に応じたエネルギーを蓄える。スイッチング素子１２がオフされると、リアクトル１１は、蓄えたエネルギーを放出する。このとき、ダイオード１４は、外部から受けた交流電力にそのエネルギーが加わった交流電力、すなわち昇圧された交流電力を受けて、昇圧された交流電力を昇圧された直流電力に変換する。コンデンサ１５は、その変換後の直流電力を平滑化してインバータ２０へ出力する。

インバータ２０は、昇圧チョッパ回路１０から受けた直流電力から高周波電力（交流電力）を生成し出力端子群Ｔ１１〜Ｔ２２から出力する。インバータ２０は、複数のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４及び複数のダイオードＤ１〜Ｄ４を有する。例えば、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４がオンしスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３がオフしている期間に、出力ノードＮ１から出力端子Ｔ１１、Ｔ２１へ向かう方向の電流と、出力端子Ｔ１２、Ｔ２２から出力ノードＮ２へ向かう方向の電流とをそれぞれ発生させる。例えば、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３がオンしスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４がオフしている期間に、出力端子Ｔ１１、Ｔ２１から出力ノードＮ１へ向かう方向の電流と、出力ノードＮ２から出力端子Ｔ１２、Ｔ２２へ向かう方向の電流とをそれぞれ発生させる。

複数の導電ラインＬ１１、Ｌ１２は、出力端子群Ｔ１１〜Ｔ２２とトランス３０における後述の１次側コイル３１の両端３１ａ、３１ｂとを接続する。例えば、導電ラインＬ１１は、インバータ２０の出力端子Ｔ１１（出力ノードＮ１）と１次側コイル３１の一端３１ａとを接続する。導電ラインＬ１２は、インバータ２０の出力端子Ｔ１２（出力ノードＮ２）と１次側コイル３１の他端３１ｂとを接続する。

複数の導電ラインＬ２１、Ｌ２２は、出力端子群Ｔ１１〜Ｔ２２とトランス４０における後述の１次側コイル４１の両端４１ａ、４１ｂとを接続する。例えば、導電ラインＬ２１は、インバータ２０の出力端子Ｔ１１（出力ノードＮ１）と１次側コイル４１の一端４１ａとを接続する。導電ラインＬ２２は、インバータ２０の出力端子Ｔ１２（出力ノードＮ２）と１次側コイル４１の他端４１ｂとを接続する。

トランス３０は、出力端子群Ｔ１１〜Ｔ２２に対してトランス４０と並列に接続されている。トランス３０は、複数の導電ラインＬ１１、Ｌ１２を介してインバータ２０から受けた高周波電力を昇圧して複数の導電ラインＬ３１、Ｌ３２経由で負荷素子５０の両端（一対の電極５１、５２）へ印加する。トランス３０は、１次側コイル３１及び２次側コイル３２を有する。トランス３０は、インバータ２０からの高周波電力を１次側コイル３１の両端３１ａ、３１ｂで受け、１次側コイル３１及び２次側コイル３２の巻数比に応じた昇圧比で高周波電力を昇圧する。トランス３０は、昇圧した高周波電力を２次側コイル３２の両端３２ａ、３２ｂから複数の導電ラインＬ３１、Ｌ３２経由で負荷素子５０の両端へ印加する。なお、トランス３０は、さらに鉄心３３を有していても良い。この場合、トランス３０は、１次側コイル３１の両端３１ａ、３１ｂで受けた高周波電力を、鉄心３３を介して昇圧し、昇圧された高周波電力を２次側コイル３２の両端３２ａ、３２ｂに発生させる。

トランス４０は、出力端子群Ｔ１１〜Ｔ２２に対してトランス３０と並列に接続されている。トランス４０は、複数の導電ラインＬ２１、Ｌ２２を介してインバータ２０から受けた高周波電力を昇圧して複数の導電ラインＬ４１、Ｌ４２経由で負荷素子５０の両端（一対の電極５１、５２）へ印加する。トランス４０は、１次側コイル４１及び２次側コイル４２を有する。トランス４０は、インバータ２０からの高周波電力を１次側コイル４１の両端４１ａ、４１ｂで受け、１次側コイル４１及び２次側コイル４２の巻数比に応じた昇圧比で高周波電力を昇圧する。トランス４０は、昇圧した高周波電力を２次側コイル４２の両端４２ａ、４２ｂから複数の導電ラインＬ４１、Ｌ４２経由で負荷素子５０の両端へ印加する。なお、トランス４０は、さらに鉄心４３を有していても良い。この場合、トランス４０は、１次側コイル４１の両端４１ａ、４１ｂで受けた高周波電力を、鉄心４３を介して昇圧し、昇圧された高周波電力を２次側コイル４２の両端４２ａ、４２ｂに発生させる。

複数の導電ラインＬ３１、Ｌ３２は、トランス３０における２次側コイル３２の両端３２ａ、３２ｂと負荷素子５０の両端（一対の電極５１、５２）とを接続する。例えば、導電ラインＬ３１は、２次側コイル３２の一端３２ａと電極５１とを接続する。導電ラインＬ３２は、２次側コイル３２の他端３２ｂと電極５２とを接続する。

複数の導電ラインＬ４１、Ｌ４２は、トランス４０における２次側コイル４２の両端４２ａ、４２ｂと負荷素子５０の両端（一対の電極５１、５２）とを接続する。例えば、導電ラインＬ４１は、２次側コイル４２の一端４２ａと電極５１とを接続する。導電ラインＬ４２は、２次側コイル４２の他端４２ｂと電極５２とを接続する。

次に、実施の形態１にかかる電源装置１の外観構成について図１を用いて説明する。図１は、電源装置１の外観構成の一部を示す平面図である。

図１には、図２に示す構成のうち、インバータ２０、トランス３０、トランス４０、複数の導電ラインＬ１１、Ｌ１２、複数の導電ラインＬ２１、Ｌ２２に対応した外観構成が示されている。

図１に示すように、インバータ２０は、例えば、略直方体形状のケーシング２０ｃを有する。ケーシング２０ｃ内には、複数のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４及び複数のダイオードＤ１〜Ｄ４（図２参照）が実装されている。ケーシング２０ｃにおけるトランス３０及びトランス４０に向く面２０ｃ１には、出力端子群Ｔ１１〜Ｔ２２が配されている。すなわち、面２０ｃ１に沿った平面Ｐ１には、出力端子群Ｔ１１〜Ｔ２２と、出力端子群Ｔ１１〜Ｔ２２の中心Ｃ１とが含まれている。

トランス３０及びトランス４０は、出力端子群Ｔ１１〜Ｔ２２の中心Ｃ１を通り平面Ｐ１に垂直に延びた直線（仮想線）ＳＬの両側に配されている。

トランス３０は、直線ＳＬに関してトランス４０の反対側に配されている。トランス３０は、例えば、略直方体形状のケーシング３０ｃを有する。ケーシング３０ｃ内には、１次側コイル３１及び２次側コイル３２（図２参照）が実装されている。ケーシング３０ｃにおけるインバータ２０に向く面３０ｃ１には、１次側コイル３１の両端への接続端子３１ａ、３１ｂが配されている。

トランス４０は、直線ＳＬに関してトランス３０の反対側に配されている。トランス４０は、例えば、略直方体形状のケーシング４０ｃを有する。ケーシング４０ｃ内には、１次側コイル４１及び２次側コイル４２（図２参照）が実装されている。ケーシング４０ｃにおけるインバータ２０に向く面４０ｃ１には、１次側コイル４１の両端への接続端子４１ａ、４１ｂが配されている。

複数の導電ラインＬ１１、Ｌ１２は、例えば、複数のブスバーＢＢ１１、ＢＢ１２を有する。複数のブスバーＢＢ１１、ＢＢ１２のそれぞれは、例えば、金属などの導体で形成された棒状の部材である。ブスバーＢＢ１１は、インバータ２０の出力端子Ｔ１１とトランス３０の接続端子３１ａとを接続している。ブスバーＢＢ１２は、インバータ２０の出力端子Ｔ１２とトランス３０の接続端子３１ｂとを接続している。すなわち、インバータ２０とトランス３０とは２本のブスバーＢＢ１１、ＢＢ１２で接続されている。２本のブスバーＢＢ１１、ＢＢ１２は、インバータ２０からトランス３０まで互いに並んで延びている。これに応じて、図１に破線で示すように、インバータ２０、複数のブスバーＢＢ１１、ＢＢ１２、及びトランス３０によりループＬＰ１が形成されている。

複数の導電ラインＬ２１、Ｌ２２は、例えば、複数のブスバーＢＢ２１、ＢＢ２２を有する。複数のブスバーＢＢ２１、ＢＢ２２のそれぞれは、例えば、金属などの導体で形成された棒状の部材である。ブスバーＢＢ２１は、インバータ２０の出力端子Ｔ２１とトランス４０の接続端子４１ａとを接続している。ブスバーＢＢ２２は、インバータ２０の出力端子Ｔ２２とトランス４０の接続端子４１ｂとを接続している。すなわち、インバータ２０とトランス４０とは２本のブスバーＢＢ２１、ＢＢ２２で接続されている。２本のブスバーＢＢ２１、ＢＢ２２は、インバータ２０からトランス４０まで互いに並んで延びている。これに応じて、図１に破線で示すように、インバータ２０、複数のブスバーＢＢ２１、ＢＢ２２、及びトランス４０によりループＬＰ２が形成されている。

図１に示すように、トランス３０及びトランス４０は、インバータ２０の出力側に並列に接続されるとともに、直線（仮想線）ＳＬの両側に配されている。これに応じて、ループＬＰ１及びループＬＰ２も、直線ＳＬの両側に配されている。そして、ループＬＰ１の面積とループＬＰ２の面積とは互いに均等になっている。

また、トランス３０及びトランス４０は、直線ＳＬの両側における直線ＳＬに関して互いに対称な位置に配されている。２本のブスバーＢＢ１１、ＢＢ１２と２本のブスバーＢＢ２１、ＢＢ２２とは、直線ＳＬの両側における直線ＳＬに関して互いに対称な位置に配されている。これにより、ループＬＰ１とループＬＰ２とは、直線ＳＬに関して互いに対称な形状（例えば、略Ｌ字形状）を有している。

ここで、仮に、トランス３０及びトランス４０の電流バランスをとるために、導電ラインＬ１２と導電ラインＬ２１とを巻数比１で磁気的に結合するような結合トランスを設ける場合について考える。この場合、図１に示す構成においてインバータ２０とブスバーＢＢ１２、ＢＢ２１との間に結合トランスを追加して設けることになる。これにより、電源装置が直線ＳＬに沿った方向に長くなり、電源装置が大型化する傾向にある。

それに対して、実施の形態１では、トランス３０及びトランス４０が、インバータ２０の出力側に並列に接続されるとともに、直線（仮想線）ＳＬの両側に配されている。これに応じて、ループＬＰ１及びループＬＰ２も、直線ＳＬの両側に配されている。そして、ループＬＰ１の面積とループＬＰ２の面積とは互いに均等になっている。これにより、インバータ２０及びトランス３０の間の電流路のインダクタンスとインバータ２０及びトランス４０の間の電流路のインダクタンスとを均等にできるので、トランス３０及びトランス４０の電流バランスを均等にできる。すなわち、電流バランスをとるための素子を追加することなく２つのトランス３０、４０の電流バランスを均等にできる。この結果、２つのトランス３０、４０の一方に過大な電流が流れることを低減できるので、過大な電流に起因した発熱によるトランスの劣化（例えば、コイルや鉄心の劣化）を低減できる。

また、実施の形態１では、ループＬＰ１とループＬＰ２とが、直線ＳＬに関して互いに対称な形状（例えば、略Ｌ字形状）を有している。これにより、各電流ループ（ループＬＰ１、ＬＰ２）で発生する浮遊のインダクタンスを例えば約１／２にすることができる。

さらに、ループＬＰ１とループＬＰ２とが直線ＳＬに関して互いに対称な形状を有しているので、ループの形状で決まる浮遊のインダクタンスを電極の直線ＳＬの両側の各ループにて等しくすることが容易であり、２つのループ間での電流偏りを低減することが容易である。

また、ループＬＰ１とループＬＰ２とが直線ＳＬに関して互いに対称な形状を有しているので、ループＬＰ１とループＬＰ２を形成するための部材、すなわちブスバーＢＢ１１〜ＢＢ２２及び各トランスにおける接続端子を直線ＳＬに関して共通化できる。これにより、ループＬＰ１の面積とループＬＰ２の面積とが互いに均等になるように電源装置を製造することが容易であるとともに、電源装置の製造コストを低減することが容易である。

さらに、ループＬＰ１とループＬＰ２とが直線ＳＬに関して互いに対称な形状を有しているので、ループＬＰ１で生成される磁界とループＬＰ２で生成される磁界とが互いに等しく逆向きになるように発生でき互いに打ち消しあうようにすることができる。これにより、各電流ループ（ループＬＰ１、ＬＰ２）におけるインダクタンスを低減できる。

また、実施の形態１では、直線ＳＬの両側のそれぞれにおいて、２本のブスバーがインバータからトランスまで互いに並んで延びている。すなわち、直線ＳＬの一方の側において、２本のブスバーＢＢ１１、ＢＢ１２は、インバータ２０からトランス３０まで互いに並んで延びている。直線ＳＬの他方の側において、２本のブスバーＢＢ２１、ＢＢ２２は、インバータ２０からトランス４０まで互いに並んで延びている。これにより、ループＬＰ１とループＬＰ２とが直線ＳＬに関して互いに対称な形状を有するようにすることが容易である。

なお、インバータ２０と複数のトランス３０、４０との接続部分（電流路、すなわちループＬＰ１、ＬＰ２）に生じるインダクタンス値より大きな１次側漏れリアクタンスを複数のトランス３０、４０にそれぞれ設けてもよい。これにより、インバータ２０と複数のトランス３０、４０との接続部分に発生するインダクタンス分のばらつきにより複数のトランス３０、４０間の電流バランスが崩れることを抑制できる。

また、複数の導電ラインＬ１１、Ｌ１２は、複数のブスバーＢＢ１１、ＢＢ１２に代えて例えば複数のケーブルを有していてもよい。同様に、複数の導電ラインＬ２１、Ｌ２２は、複数のブスバーＢＢ２１、ＢＢ２２に代えて例えば複数のケーブルを有していてもよい。この場合でも、複数のケーブルのそれぞれが所定の部材（例えば、他の装置のケーシング）に固定されれば、直線ＳＬの両側に互いに面積の均等なループＬＰ１及びループＬＰ２を形成することができる。あるいは、所定のガイド部材（例えば、プラスチック等のチューブ）で案内されれば、直線ＳＬの両側に互いに面積の均等なループＬＰ１及びループＬＰ２を形成することができる。

また、実施の形態１の考え方は、図９に示すような、インバータ３２０の出力側に複数のトランス３３０、３４０と並列にリアクトル３６０を接続する回路構成の場合に適用してもよい。この場合も、実施の形態１と同様の効果を奏する。なお、リアクトル３６０は、インバータ３２０におけるダイオードＤ１〜Ｄ４がリカバリモードに入ることを防止または軽減するためのものである。ダイオードＤ１〜Ｄ４がリカバリモードに入りダイオードＤ１〜Ｄ４にリカバリー電流が流れるとダイオードＤ１〜Ｄ４に異常発熱が発生する可能性がある。

また、図３に示すように、電源装置１ｉにおいて、２本のブスバーＢＢ１１ｉ、ＢＢ１２ｉと２本のブスバーＢＢ２１ｉ、ＢＢ２２ｉとは、直線ＳＬの両側における直線ＳＬに関して互いに非対称な位置に配されていてもよい。これに応じて、ループＬＰ１ｉとループＬＰ２ｉとは、直線ＳＬに関して互いに対称な形状を有していてもよい。この場合でも、ループＬＰ１ｉの面積とループＬＰ２ｉの面積とは互いに均等になっている。これにより、インバータ２０及びトランス３０の間の電流路のインダクタンスとインバータ２０及びトランス４０の間の電流路のインダクタンスとを均等にできるので、トランス３０及びトランス４０の電流バランスを均等にできる。

あるいは、図４に示すように、電源装置１ｊにおいて、インバータ２０とトランス３０、４０とを結ぶブスバーを２本としてもよい。すなわち、ブスバーＢＢ１１及びブスバーＢＢ２１を共通化してブスバーＢＢ１１ｊとしても良い。このブスバーＢＢ１１ｊは、トランス３０の接続端子３１ａとトランス４０の接続端子４１ｂとをともに、インバータ２０における出力端子Ｔ１１、Ｔ２１の共通化された出力端子Ｔ１１ｊへ接続する。ブスバーＢＢ１１ｊは、例えば、平面視において略Ｌ字形状を有している。同様に、ブスバーＢＢ１２及びブスバーＢＢ２２を共通化してブスバーＢＢ２２ｊとしても良い。このブスバーＢＢ２２ｊは、トランス３０の接続端子３１ｂとトランス４０の接続端子４１ａとをともに、インバータ２０における出力端子Ｔ１２、Ｔ２２の共通化された出力端子Ｔ２２ｊへ接続する。ブスバーＢＢ２２ｊは、例えば、平面視において略Ｌ字形状を有している。この場合、ブスバーを形成するための材料の量を低減することができ、電源装置１ｊの製造コストを低減できる。

また、この場合でも、図４に示すように、ループＬＰ１ｊの面積とループＬＰ２ｊの面積とは互いに均等になっているとともに、ループＬＰ１ｊとループＬＰ２ｊとが直線ＳＬに関して互いに対称な形状を有している。

実施の形態２．
実施の形態２にかかる電源装置１００について図５を用いて説明する。図５は、実施の形態２にかかる電源装置１００の外観構成の一部を示す平面図である。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

電源装置１００は、複数の導電ラインＬ１３１、Ｌ１３２、及び複数の導電ラインＬ１４１、Ｌ１４２を備える。図５には、複数の導電ラインＬ１３１、Ｌ１３２、複数の導電ラインＬ１４１、Ｌ１４２、及び負荷素子５０に対応した外観構成がさらに示されている。図５において、負荷素子５０における一対の電極（レーザ励起用放電電極）５１、５２は、図５に示す電極５１および紙面奥方向に電極５１と平行に配置したもう１本の電極５１の合計２本があり、２本で一対の放電電極を構成している。放電電流は、インバータ→ブスバー→トランス→導体部材→電極５１→電極５２→導体部材→トランス→ブスバー→インバータの経路で流れる。負荷素子５０における一対の電極５１、５２のそれぞれは、例えば、インバータ２０等よりも紙面奥方向において直線ＳＬに沿った方向に延びている。

図５に示すように、トランス３０のケーシング３０ｃにおけるインバータ２０に向く面３０ｃ１の反対側の面３０ｃ２には、２次側コイル３２の両端への接続端子３２ａ、３２ｂが配されている。同様に、トランス４０のケーシング４０ｃにおけるインバータ２０に向く面４０ｃ１と反対側の面４０ｃ２には、２次側コイル４２の両端への接続端子４２ａ、４２ｂが配されている。

複数の導電ラインＬ１３１、Ｌ１３２は、例えば、複数の導体部材ＣＭ１３１、ＣＭ１３２を有する。複数の導体部材ＣＭ１３１、ＣＭ１３２のそれぞれは、例えば、金属などの導体で形成された棒状の部材である。導体部材ＣＭ１３１は、トランス３０の接続端子３２ａと負荷素子５０の電極５１とを接続している。導体部材ＣＭ１３２は、トランス３０の接続端子３２ｂと負荷素子５０の電極５２とを接続している。すなわち、トランス３０と負荷素子５０とは２本の導体部材ＣＭ１３１、ＣＭ１３２で接続されている。２本の導体部材ＣＭ１３１、ＣＭ１３２は、トランス３０から負荷素子５０まで互いに並んで延びている。これに応じて、図５に破線で示すように、トランス３０、複数の導体部材ＣＭ１３１、ＣＭ１３２、及び負荷素子５０によりループＬＰ１０３が形成されている。

複数の導電ラインＬ１４１、Ｌ１４２は、例えば、複数の導体部材ＣＭ１４１、ＣＭ１４２を有する。複数の導体部材ＣＭ１４１、ＣＭ１４２のそれぞれは、例えば、金属などの導体で形成された棒状の部材である。導体部材ＣＭ１４１は、トランス４０の接続端子４２ａと負荷素子５０の電極５１とを接続している。導体部材ＣＭ１４２は、トランス４０の接続端子４２ｂと負荷素子５０の電極５２とを接続している。すなわち、トランス４０と負荷素子５０とは２本の導体部材ＣＭ１４１、ＣＭ１４２で接続されている。２本の導体部材ＣＭ１４１、ＣＭ１４２は、トランス４０から負荷素子５０まで互いに並んで延びている。これに応じて、図５に破線で示すように、トランス４０、複数の導体部材ＣＭ１４１、ＣＭ１４２、及び負荷素子５０によりループＬＰ１０４が形成されている。

このように、実施の形態２では、直線（仮想線）ＳＬに対して各トランスと電極とを接続する電流路（ループＬＰ１０３及びループＬＰ１０４）を対称に構成することができる。例えば、ループＬＰ１０３及びループＬＰ１０４は、それぞれ、直線ＳＬに関して対称な略Ｌ字形状とすることができる。これにより、インバータ２０とトランス３０、４０との間の電流路に加えてトランス３０、４０と負荷素子５０との間の電流路のインダクタンスを均等にすることができるので、２個のトランスに流れる電流のバランスを均等に保つことがさらに容易である。

なお、上記の実施の形態では、インバータ２０の出力側に２個のトランス３０、４０を並列接続する場合について例示したが、インバータの出力側に複数のトランスを偶数個並列接続し、一対のレーザ励起用電極を両断する直線（仮想線）の両側にその複数のトランスを同数ずつ配置してもよい。

実施の形態３．
実施の形態３にかかる電源装置２００について図６を用いて説明する。図６は、実施の形態３にかかる電源装置２００の外観構成の一部を示す平面図である。以下では、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。

電源装置２００は、インバータ２２０、複数の導電ラインＬ２１１、Ｌ２１２、複数の導電ラインＬ２２１、Ｌ２２２、及びトランス２３０、２４０を備える。

インバータ２２０は、例えば、略直方体形状の複数のケーシング２２１ｃ、２２２ｃを有する。ケーシング２２１ｃ内には、複数のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２及び複数のダイオードＤ１、Ｄ２（図２参照）が第１の逆変換器として実装されている。ケーシング２２１ｃにおけるトランス２３０に向く面２２１ｃ１には、出力端子Ｔ１１、Ｔ１２が配されている。同様に、ケーシング２２２ｃ内には、複数のスイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ４及び複数のダイオードＤ３、Ｄ４（図２参照）が第２の逆変換器として実装されている。ケーシング２２２ｃにおけるトランス２４０に向く面２２２ｃ１には、出力端子Ｔ２１、Ｔ２２が配されている。なお、直線ＳＬ２００は、出力端子群Ｔ１１〜Ｔ２２の中心Ｃ２０１を通る直線であるとともに、出力端子群Ｔ１１〜Ｔ２２を含む平面Ｐ２０１に垂直に延びた直線となっている。

図６に示すように、複数のケーシング２２１ｃ、２２２ｃは、直線ＳＬ２００の両側における互いに対称な位置であって、平面視で電極５１、５２に重ならない位置に配されている。同様に、トランス２３０のケーシング２３０ｃとトランス２４０のケーシング２４０ｃとは、直線ＳＬの両側における互いに対称な位置であって、平面視で電極５１、５２に重ならない位置に配されている。これに応じて、複数の導電ラインＬ２１１、Ｌ２１２は、直線ＳＬ２００に沿って直線状にそれぞれ延びた複数のブスバーＢＢ２１１、ＢＢ２１２を有する。すなわち、インバータ２２０のケーシング２２１ｃとトランス２３０のケーシング２３０ｃとは２本の略平行なブスバーＢＢ２１１、ＢＢ２１２で接続されている。これに応じて、図６に破線で示すように、インバータ２２０、複数のブスバーＢＢ２１１、ＢＢ２１２、及びトランス２３０により略長方形のループＬＰ２０１が形成されている。

同様に、複数の導電ラインＬ２２１、Ｌ２２２は、直線ＳＬ２００に沿って直線状にそれぞれ延びた複数のブスバーＢＢ２２１、ＢＢ２２２を有する。すなわち、インバータ２２０のケーシング２２２ｃとトランス２４０のケーシング２４０ｃとは２本の略平行なブスバーＢＢ２２１、ＢＢ２２２で接続されている。これに応じて、図６に破線で示すように、インバータ２２０、複数のブスバーＢＢ２２１、ＢＢ２２２、及びトランス２４０により略長方形のループＬＰ２０２が形成されている。

このように、実施の形態３では、インバータ２２０がトランス２３０、２４０に対応して第１の逆変換器と第２の逆変換器とに分割され直線ＳＬの両側に配されている。これに応じて、直線ＳＬの両側に配された複数のブスバーＢＢ２１１、ＢＢ２１２と複数のブスバーＢＢ２２１、ＢＢ２２２とのそれぞれを直線状の形状にすることができる。これにより、ループＬＰ２０１とループＬＰ２０２とが直線ＳＬ２００に関して互いに対称な形状を有するようにすることがさらに容易である。

なお、図７に示すように、電源装置２００ｉにおいて、インバータ２２０ｉにおける複数のケーシング２２１ｃｉ、２２２ｃｉは、直線ＳＬ２００の両側における互いに対称な位置であって、平面視で電極５１、５２に一部重なる位置に配されていてもよい。また、トランス２３０ｉのケーシング２３０ｃｉとトランス２４０ｉのケーシング２４０ｃｉとは、直線ＳＬ２００の両側における互いに対称な位置であって、平面視で電極５１、５２に一部重なる位置に配されていてもよい。この場合でも、複数のケーシング２２１ｃｉ、２２２ｃｉと複数のケーシング２３０ｃｉ、２４０ｃｉとが直線ＳＬ２００の両側における対応した位置に配されているので、直線ＳＬ２００の両側に配された複数のブスバーＢＢ２１１、ＢＢ２１２と複数のブスバーＢＢ２２１、ＢＢ２２２とのそれぞれを直線状の形状にすることができる。

実施の形態４．
次に、実施の形態４にかかる電源装置３００について図８及び図９を用いて説明する。図８（ａ）は、実施の形態４にかかる電源装置３００の外観構成の一部を示す斜視図である。図８（ｂ）は、実施の形態４にかかる電源装置３００の外観構成の一部を示す平面図である。図９は、実施の形態４にかかる電源装置３００の回路構成を示す図である。以下では、図４に示す実施の形態１の変形例と異なる部分を中心に説明する。

電源装置３００は、インバータ３２０、複数の導電ラインＬ３１１〜Ｌ３２２、トランス３３０、３４０、及びリアクトル３６０を備える。

インバータ３２０のケーシング３２０ｃにおけるトランス３３０及びトランス３４０に向く面３２０ｃ１には、出力端子群Ｔ３１１、Ｔ３２２が配されている。各出力端子Ｔ３１１、Ｔ３２２は、例えば、平面視（図８（ｂ）参照）において直線ＳＬ３００に重なる位置であって、リアクトル３６０の中心軸ＣＡ３００に沿って互いにシフトさせた位置に配されている。なお、直線ＳＬ３００は、出力端子群Ｔ３１１、Ｔ３２２の中心Ｃ３０１を通る直線であるとともに、出力端子群Ｔ３１１、Ｔ３２２を含む平面Ｐ３０１に垂直に延びた直線となっている。

トランス３３０のケーシング３３０ｃにおけるインバータ３２０に向く面３３０ｃ１には、１次側コイル３３１の両端への接続端子３３１ａ、３３１ｂが配されている。各接続端子３３１ａ、３３１ｂは、リアクトル３６０の中心軸ＣＡ３００に沿って互いにシフトさせた位置に配されている。同様に、トランス３４０のケーシング３４０ｃにおけるインバータ３２０に向く面３４０ｃ１には、１次側コイル３４１の両端への接続端子３４１ａ、３４１ｂが配されている。各接続端子３４１ａ、３４１ｂは、リアクトル３６０の中心軸ＣＡ３００に沿って互いにシフトさせた位置に配されている。

複数の導電ラインＬ３１１〜Ｌ３２２は、例えば、複数のブスバーＢＢ３１１、ＢＢ３２２を有する。ブスバーＢＢ３１１及びブスバーＢＢ３２２は、例えば、平面視（図８（ｂ）参照）において直線ＳＬ３００に重なる位置であって、リアクトル３６０の中心軸ＣＡ３００に沿って互いにシフトさせた位置に配されている。ブスバーＢＢ３１１及びブスバーＢＢ３２２のそれぞれは、例えば、平面視において略Ｔ字形状を有している。これに応じて、図８（ａ）に破線で示すように、インバータ３２０、複数のブスバーＢＢ３１１、ＢＢ３２２、及びトランス３３０により、略Ｌ字状に折り曲げた板形状のループＬＰ３０１が形成されている。また、図８（ａ）に２点鎖線で示すように、インバータ３２０、複数のブスバーＢＢ３１１、ＢＢ３２２、及びトランス３４０により、略Ｌ字状に折り曲げた板形状のループＬＰ３０２が形成されている。なお、ブスバーＢＢ３１１が、ブスバーＢＢ１１及びブスバーＢＢ２１（図１参照）が共通化されたものであり、ブスバーＢＢ３２２が、ブスバーＢＢ１２及びブスバーＢＢ２２（図１参照）が共通化されたものである点は、実施の形態１の変形例と同様である。

リアクトル３６０は、図９に示すように、インバータ３２０の出力側にトランス３３０、３４０と並列に接続されている。すなわち、リアクトル３６０は、図８（ａ）に示すように、トランス３３０及びトランス３４０と並列に出力端子群Ｔ３１１、Ｔ３２２へ接続されている。リアクトル３６０に電流が流れる毎にリアクトル３６０の中心軸ＣＡ３００と平行に磁束が発生する。なお、リアクトル３６０は、前述のように、インバータ３２０におけるダイオードＤ１〜Ｄ４がリカバリモードに入ることを防止または軽減するためのものである。

図８（ｂ）に示すように、上記のループＬＰ３０１、ＬＰ３０２は、それぞれ、リアクトル３６０の中心軸ＣＡ３００に沿った方向に延びた面Ｐ３０２、Ｐ３０３内に配されている。すなわち、リアクトル３６０は、リアクトル３６０の発生させる磁束が各ループＬＰ３０１、ＬＰ３０２と鎖交しない位置に配置されている。面Ｐ３０２は、平面視において、インバータ３２０からトランス３３０まで直線ＳＬ３００に沿って延びるとともに、トランス３３０の面３３０ｃ１に沿って直線ＳＬ３００から遠ざかるように延びている。面Ｐ３０３は、平面視において、インバータ３２０からトランス３４０まで直線ＳＬ３００に沿って延びるとともに、トランス３４０の面３４０ｃ１に沿って直線ＳＬ３００から遠ざかるように延びている。

ここで、仮に、ループＬＰ３０１、ＬＰ３０２がリアクトル３６０の中心軸ＣＡ３００と交差する方向に延びた面内に配されている場合を考える。この場合、リアクトル３６０の発生させる磁束がインバータとトランスとの間の電流路（ループＬＰ３０１、ＬＰ３０２）と鎖交するとその電流路に電圧が誘起され、各トランスに流れる電流バランスが崩れる可能性がある。

それに対して、実施の形態４では、ループＬＰ３０１、ＬＰ３０２は、それぞれ、リアクトル３６０の中心軸ＣＡ３００に沿った方向に延びた面Ｐ３０２、Ｐ３０３内に配されている。すなわち、リアクトル３６０は、リアクトル３６０の発生させる磁束が各ループＬＰ３０１、ＬＰ３０２と鎖交しない位置に配置されている。例えば、各ブスバーＢＢ３１１、ＢＢ３２２の長手方向に対しリアクトル３６０の中心軸ＣＡ３００がねじれの位置となるようにリアクトル３６０を配置している。これにより、リアクトル３６０を流れる電流で発生する磁束がループＬＰ３０１、ＬＰ３０２と鎖交しにくいので、リアクトル３６０で発生する磁束によりインバータとトランスとの間の電流路（ループＬＰ３０１、ＬＰ３０２）に電圧が誘起されることを抑制でき、各トランスに流れる電流バランスが崩れることを低減できる。

なお、図８（ａ）、（ｂ）には、インバータ３２０の出力側に接続したリアクトル３６０をその中心軸ＣＡ３００がインバータとトランスとの間のブスバーＢＢ３１１、ＢＢ３２２の長手方向に対しねじれの位置に配置する場合について例示しているが、ねじれの位置に限らずリアクトル３６０が作る磁束がループＬＰ３０１、ＬＰ３０２と鎖交しない位置に配置すればよい。

実施の形態５．
次に、実施の形態５にかかる電源装置４００について図１０を用いて説明する。図１０は、実施の形態５にかかる電源装置４００の外観構成の一部を示す斜視図である。以下では、図４に示す実施の形態４と異なる部分を中心に説明する。

電源装置４００は、昇圧チョッパ回路４１０を備える。昇圧チョッパ回路４１０は、リアクトル１１（図２参照）に対応したリアクトル４１１を有する。また、図１０に示すように、昇圧チョッパ回路４１０は、例えば、略直方体形状のケーシング４１０ｃを有する。ケーシング４１０ｃの外側には、リアクトル４１１が配置されている。リアクトル４１１に電流が流れる毎にリアクトル４１１の中心軸（図８（ｂ）に示す中心軸ＣＡ３００と同様の方向に延びた中心軸）と平行に磁束が発生する。

実施の形態５では、ループＬＰ３０１、ＬＰ３０２（図８（ａ）参照）は、それぞれ、リアクトル４１１の中心軸に沿った方向に延びた面Ｐ３０２、Ｐ３０３内に配されている。すなわち、リアクトル４１１は、リアクトル４１１の発生させる磁束が各ループＬＰ３０１、ＬＰ３０２と鎖交しない位置に配置されている。例えば、各ブスバーＢＢ３１１、ＢＢ３２２の長手方向に対しリアクトル４１１の中心軸がねじれの位置となるようにリアクトル４１１を配置している。これにより、リアクトル４１１を流れる電流で発生する磁束がループＬＰ３０１、ＬＰ３０２と鎖交しにくいので、リアクトル４１１で発生する磁束によりインバータとトランスとの間の電流路（ループＬＰ３０１、ＬＰ３０２）に電圧が誘起されることを抑制でき、各トランスに流れる電流バランスが崩れることを低減できる。

なお、図１０には、リアクトル３６０が示されていないが、実施の形態４と同様に、インバータ３２０のケーシング３２０ｃの外側にリアクトル３６０が配されていても良い。

上記の実施の形態１〜５では、昇圧チョッパ回路やインバータにおけるスイッチング素子及びダイオードが例えば珪素によって形成されたものを示したが、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成してもよい。ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドがある。

このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子やダイオードは、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子やダイオード素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子やダイオード素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。

また耐熱性も高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化や、水冷部の空冷化が可能であるので、半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。

更に電力損失が低いため、スイッチング素子やダイオードの高効率化が可能であり、延いては半導体モジュールの高効率化が可能になる。このため、例えば、スイッチング素子及びダイオードが珪素で形成されている場合と同様の条件で用いれば、電源盤上に実装された昇圧チョッパ回路やインバータの温度を下げることができるので、電源盤を介して昇圧チョッパ回路やインバータからトランスへ伝達される熱量も低減でき、これにより電源盤上に実装されたトランスの温度の上昇を抑制できる。

なお、スイッチング素子及びダイオードの両方がワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることが望ましいが、いずれか一方の素子がワイドバンドギャップ半導体よって形成されていてもよく、この実施の形態に記載の効果を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる電源装置は、ガスレーザ発振器の電源装置に適している。

１電源装置
１ｉ電源装置
１ｊ電源装置
１０昇圧チョッパ回路
１２スイッチング素子
１３ダイオード
１４ダイオード
２０インバータ
３０トランス
４０トランス
５０負荷素子
５１電極
５２電極
１００電源装置
２００電源装置
２００ｉ電源装置
２２０インバータ
２２０ｉインバータ
２３０トランス
２３０ｉトランス
２４０トランス
２４０ｉトランス
３００電源装置
３２０インバータ
３３０トランス
３４０トランス
３６０リアクトル
４００電源装置
４１０昇圧チョッパ回路
４１１リアクトル
ＢＢ１１〜ＢＢ２２ブスバー
ＢＢ１１ｉ〜ＢＢ２２ｉブスバー
ＢＢ１１ｊ〜ＢＢ２２ｊブスバー
ＢＢ２１１〜ＢＢ２２２ブスバー
ＢＢ３１１〜ＢＢ３２２ブスバー
ＣＭ１３１〜ＣＭ１４２導体部材
Ｄ１〜Ｄ４ダイオード
Ｌ１１〜Ｌ４２導電ライン
Ｌ１３１〜Ｌ１４２導電ライン
Ｌ２１１〜Ｌ２２２導電ライン
Ｌ３１１〜Ｌ３２２導電ライン
ＬＰ１、ＬＰ２ループ
ＬＰ１ｉ、ＬＰ２ｉループ
ＬＰ１ｊ、ＬＰ２ｊループ
ＳＬ直線
ＳＬ２００直線
ＳＷ１〜ＳＷ４スイッチング素子
Ｔ１１〜Ｔ２２出力端子
Ｔ１１ｊ、Ｔ２２ｊ出力端子
Ｔ３１１、Ｔ３２２出力端子

Claims

出力端子群を有し、直流電力から交流電力を生成し前記出力端子群から出力するインバータと、
前記出力端子群から出力された交流電力を変圧する第１の変圧器と、
前記出力端子群に対して前記第１の変圧器と並列に接続され、前記出力端子群の中心を通る直線であって前記出力端子群を含む平面に垂直に延びた直線に関して前記第１の変圧器の反対側に配され、前記出力端子群から出力された交流電力を変圧する第２の変圧器と、
前記出力端子群と前記第１の変圧器の両端とを接続する複数の第１の導電ラインと、
前記出力端子群と前記第２の変圧器の両端とを接続する複数の第２の導電ラインと、
を備え、
前記インバータ、前記複数の第１の導電ライン、及び前記第１の変圧器により形成される第１のループの面積は、前記インバータ、前記複数の第２の導電ライン、及び前記第２の変圧器により形成される第２のループの面積と均等である
ことを特徴とする電源装置。
前記第１のループと前記第２のループとは、前記直線に関して互いに対称な形状を有している
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記第１の変圧器により変圧された交流電力と前記第２の変圧器により変圧された交流電力とをそれぞれ受ける負荷素子と、
前記第１の変圧器の両端と前記負荷素子の両端とを接続する複数の第３の導電ラインと、
前記第２の変圧器の両端と前記負荷素子の両端とを接続する複数の第４の導電ラインと、
をさらに備え、
前記第１の変圧器、前記複数の第３の導電ライン、及び前記負荷素子により形成される第３のループの面積は、前記第２の変圧器、前記複数の第４の導電ライン、及び前記負荷素子により形成される第４のループの面積と均等である
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記インバータは、
前記出力端子群に含まれる第１の出力端子群を有し、直流電力から交流電力を生成し前記第１の出力端子群から出力する第１の逆変換器と、
前記出力端子群に含まれる第２の出力端子群を有し、前記直線に関して前記第１の逆変換器の反対側に配され、直流電力から交流電力を生成し前記第２の出力端子群から出力する第２の逆変換器と、
を有し、
前記第１の変圧器は、前記第１の出力端子群から出力された交流電力を変圧し、
前記第２の変圧器は、前記第２の出力端子群から出力された交流電力を変圧し、
前記第１のループは、前記第１の逆変換器、前記複数の第１の導電ライン、及び前記第１の変圧器により形成され、
前記第２のループは、前記第２の逆変換器、前記複数の第２の導電ライン、及び前記第２の変圧器により形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記第１の変圧器及び前記第２の変圧器と並列に前記出力端子群へ接続されたリアクトルをさらに備え、
前記第１のループ及び前記第２のループは、それぞれ、前記リアクトルの中心軸に沿った方向に延びた面内に配されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
第２のリアクトルを有し、前記第２のリアクトルを用いて交流電力から直流電力を生成して前記インバータへ出力するコンバータをさらに備え、
前記第１のループ及び前記第２のループは、それぞれ、前記第２のリアクトルの中心軸に沿った方向に延びた面内に配されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記インバータは、スイッチング素子とダイオード素子とを有し、
前記スイッチング素子及び前記ダイオード素子の少なくとも一方は、ワイドバンドギャップ半導体で形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記コンバータは、スイッチング素子とダイオード素子とを有し、
前記スイッチング素子及び前記ダイオード素子の少なくとも一方は、ワイドバンドギャップ半導体で形成されている
ことを特徴とする請求項６に記載の電源装置。