JPH03212908A - 高電圧パルス発生用磁心部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、エキシマレーザ、ＴＥＭＡ−Ｇｏ、レーザ、
銅蒸気レーザ等の放電励起レーザ、あるいは線形誘導加
速器等の加速器を始めとするパルスパワーの分野で使用
される高電圧パルス発生用磁心に関するものである。

［従来の技術］ 放電励起レーザの１つであるエキシマレーザ用高電圧パ
ルス発生回路の１例を第３図に示す。第３図の回路は磁
気圧縮回路と呼ばれるものであり、入力端５１−５２間
には図示の極性で、直流電圧Ｖｉが印加されており、サ
イラトロン５４がオフの期間に主コンデンサ５６には図
示の極性に通常数十ｋＶ程度の電圧■１が印加される。

本回路における高電圧パルス発生用磁心部品である可飽
和リアクトル５８は、サイラトロン５４がターンオンし
た後にコンデンサ５７の両端に印加される電圧Ｖ、を、
エキシマレーザの発振に必要な１ｏｏｎＳ程度のパルス
幅の電圧ｖＯに圧縮するために使用されるものであり、
この意味から磁気スイッチとも呼ばれる。尚、前記コン
デンサ５７の両端に印加される電圧Ｖ、のパルス幅はキ
ャパシタンス５６及び５７と、インダクタンス５５の時
定数で定められる。

また同図において、５３．６２は主コンデンサ５６の充
電用インダクタンス、６１はエキシマレーザ主放電電極
である。

本回路においては、可飽和リアクトル５８を用いること
でパルス圧縮が可能なため、サイラトロン５４のターン
オン時に生ずるスイッチング損失、アフタカレント及び
反転電流による損失を抑制することができ、エキシマレ
ーザの高繰返し化、高出力化及び長寿命化が可能となる
。

可飽和磁心を用いた磁気パルス圧縮回路による高電圧パ
ルス発生技術に関する理論は、メルヴイル（ＭＥＬＶＴ
ＬＬＥ）　ニよッテ”ＴＨＥ　ｔｌｓＥ　ＯＦ　５ＡＴ
ＵＲＡＢＬＥＲＥＡＣＴＯＲＳ　ＡＳ　ＤＩＳＣＨＡＲ
ＧＥ　ＤＥｎＣＥＳ　ＦＯＲＰＵＬＳＥ　ＧＥＮ−ＥＲ
ＡＴＯＲＳ”、ＶｏＬ、９８．Ｐａｒｔ３．Ｒａｄｉｏ
　ａｎｄ　Ｃｏｍａ＋ｕｎｉｃａｔｉ。

ｎ、Ｎｏ、５３．ｐｐ、１８５〜２０７（１９５１）の
中で論じられている。上記論文では、可飽和磁心として
スタックを形成したパーマロイ磁心を用いてレーダ発振
用高電圧パルスを発生しておりパルス幅１μｓ程度を得
るために巻線を複数回巻き付けており、その巻き方は分
割並列巻として耐電圧をあげることを可能にしている。

この分割並列巻は高電圧用変圧器ではよく用いられる手
法であり、例えば特開昭６３−６６０４５号公報では、
変圧器、電動機、発電機等の電気的誘導装置に使用する
ため、磁性鉄心でスタックを形成しこれに分割並列巻を
施している。

また、島田：「高繰り返しエキシマレーザ励起よう磁気
パルス圧縮電源に関する研究」慶応義塾大学学位論文１
９８６　、３等には高電圧パルス発生回路において、サ
イラトロン５８のスイッチング電圧による負担を軽減す
るため第４図に示すような第３図の可飽和リアクトル５
８の部分を変更し、第１の可飽和リアクトル６３と第２
の可飽和リアクトル６４を設置し、コンデンサ６５を追
加した回路も開示されている。この場合、可飽和リアク
トル６３で圧縮率を上げ高電圧化しなければならないた
め、磁心に複数の巻線を施す必要があることも記載され
ている。

高電圧パルス発生部品及び変圧器、電動機、発電機等を
連続稼動した場合には、巻線及び磁心が発熱する事はよ
く知られている。この発熱により磁性材料の特性劣化を
引き起こし装置全体の機能を低下させる原因となる事が
あり、特開平１−９８２０６号公報に示される様に圧縮
空気、フレオンガス、絶縁油等の冷媒により冷却の可能
な構造を有する高電圧パルス発生装置用磁性部品が考案
されている６ ［発明が解決しようとする課題］ 上記の高電圧パルス発生装置部品においては、繰返し周
波数を高めた場合（例えば１　ｋＨｚ程度以上）巻磁心
に磁心損失により発熱し、磁性部品としての特性が、稼
動開始後、短時間で劣化するとともに、極端な場合には
発熱箇所の磁気特性が大幅に劣化してしまい動作停止後
、再稼動させた際に初期の特性を発揮し得ないという問
題がある。この発熱による磁気特性の劣化は、特に非晶
質磁性薄帯を用いた場合に顕著なことはよく知られてい
る。

したがって巻磁心を冷却する際には巻磁心端面をさらに
効率よく冷却する必要があった。

本発明の目的は冷却効率が高く、巻磁心の発熱による磁
心材料の特性劣化が少ない構成を有する高電圧パルス発
生装置部品を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、２ターン以上の巻線を施された層間絶縁され
た巻磁心と、前記巻磁心を内包しかつ冷媒を保持するケ
ースと、前記巻磁心、巻線、ケース相互間の絶縁を保つ
とともに前記冷媒の流路を前記巻磁心端面上で周方向と
なる様に規定する機能を有する絶縁体部品で構成されて
いる事を特徴とする高電圧パルス発生用磁心部品である
。

磁気スイッチとして使用する可飽和リアクトル、高電圧
電源の昇圧用変圧器等として用いられる高電圧パルス発
生用磁心部品においては、絶縁耐圧を数＋ｋＶ程度以上
とするため層間に絶縁テープもしくは絶縁コーティング
を施した巻磁心が使用されているため、このような巻磁
心では層間絶縁材により磁心の半径方向への熱伝導が阻
害される。

従って、磁心端面を冷却する必要がある。

上記の巻磁心では、巻磁心端面に発生する巻むらに起因
する段差、層間絶縁材の磁心端面からのはみ出し等が生
ずるが、冷媒流路を巻磁心端面で周方向となる様に規定
することにより、冷媒の流路が乱されず、冷媒の滞留に
起因する過熱部分の発生を防止できる。

また、磁心が非晶質磁性薄帯を用いて形成されている場
合、非晶質合金は熱による磁気特性の劣化が大きいため
、上記構造をとることは特に有効である。

また、磁気スイッチによって高電圧化を図る場合には、
磁気スイッチの多段化と圧縮率を上げるための多巻線が
必要であり、磁心の劣化による高電圧パルスの出力に大
きく影響するため、上記構造をとることは有効である。

また、第５図はサイリスタ等の固体スイッチング素子７
１を使用し、変圧器７２により昇圧する放電励起レーザ
用の励起回路であり、図示しない直流電源からの入力Ｖ
ｉを固体スイッチング素子７１によってパルス化し、そ
の後昇圧変圧器７２によって高電圧を得、多段に形成し
た可飽和リアクトル７３とコンデンサ７８によってさら
に高電圧パルスの圧縮を行う回路であるが、このような
回路においては変圧器７２および可飽和リアクトル７３
を多用しており、これらすべての磁心部品の特性劣化が
レーザの効率等に大きく影響するため、磁心部品を上記
構造とすることが特に有効である。

［実施例］ （実施例１） 第１図は、本発明による高電圧パルス発生装置用可飽和
リアクトルの一実施例断面図である６図中、１は入力端
もしくは出力端、２は円筒導体、３は出力端もしくは、
入力端、４は油入口、５は油出口、６は非晶質磁性薄帯
を用い層間絶縁を施した巻磁心、７は磁心６を固定する
と共に冷媒の流れを規定する為に流れを遮断する機能を
有するリング状絶縁体、８は磁心同志が接触しないよう
にすると共に、磁心の端面を均一に冷却し得るようにす
るためのリング状絶縁体であり、９は人出カ端の絶縁と
冷媒をシールする機能を有する絶縁体、１ｏ及び１１は
磁心全体の位置決めをするとともに構成部品全体を支え
る機能を有する絶縁体、１２は磁心に巻き付けた巻線で
あり高耐電圧の絶縁被覆を施してあり、１３は巻線を入
出力端と接続する部品である。また、図中冷媒は油入口
４より図示矢印の流路類に流れ磁心端面では周方向に流
れることにより効率よく冷却し、油出口５を出て、ポン
プによって循環される。

第２図ａ、第２図す、第２図Ｃ１第２図ｄはそれぞれ第
１図中のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面、Ｄ−Ｄ
断面を示す図である。図中の１４は磁心端面を均一に冷
却するための冷媒の流路を磁心端面では周方向に流れる
様に規定するために円筒型絶縁体の一部を切断して設け
た空隙であり、冷媒はこの空隙１４を通り、磁心の一端
面から他端面へと流れる。尚本実施例においては冷媒と
して、粘度５ｍｍ”／Ｓのシリコン油を用いた。

第１表は上述した本実施例における高電圧パルス発生装
置用可飽和リアクトルを第４図に示す回路を用いたＫｒ
Ｆエキシマレーザ装置の可飽和リアクトル６３に使用し
たときの圧縮比（第４図においてサイラトロン５４がタ
ーンオン後に生ずるコンデンサ５７の端子電圧■、のパ
ルス幅で割った値。）の時間変化を比較したものである
。従来例として第１図に示したリング状絶縁体７を除き
、冷媒流路を巻磁心の端面の周方向に規定しない高電圧
パルス発生装置用可飽和リアクトルの場合も第１表に示
した。

本発明では圧縮比の時間変化が極めて小さく実用上十分
な特性を有するのに対し、従来例では主に磁心内部の部
分的な、または全体の発熱の影響により磁心の飽和磁束
密度が低下し、圧縮比の大幅な低下が生じることがわか
る。

第１表 入カニＶｉ＝ＤＣ３０ｋＶ コンデンサ容量：コンデンサ５６，５７．５９いずれも
３０ｎ　Ｆ 可飽和リアクトル（本発明、従来例共）非晶質磁性薄帯 有効断面積　１．２Ｘ１０−”ｍ’を４ケ使用平均磁路
長　３８０　Ｘ　１０−３ｍ 繰り返し周波数　３　ｋｌｌｚ 第２表は第１表と同一の装置、同一条件下で５分間動作
後、可飽和磁心の冷却に十分な期間をおいた後に再動作
させる試験を行なったときの動作再開時の圧縮比の動作
回数による特性劣化を示したものである。本発明の場合
における圧縮比は動作回数に依存しないのに対し、従来
例では動作時のヒートスポットによる可飽和磁心の磁気
特性劣化が生じていることがわかる。

第２表 入カニ　Ｖ　ｉ　＝ＤＣ３０ｋＶ コンデンサ容量：コンデンサ５６，５７．５９いずれも
３０ｎ　Ｆ 可飽和リアクトル（本発明、従来例共）非晶質磁性薄帯 有効断面積　１．２　Ｘ　１０−’　Ｉｌｌ”を４ケ使
用平均磁路長　３８０Ｘ１０−’ｍ 繰り返し周波数　３ｋＨｚ １回の動作時間　５分間 ［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、磁心を効率的に冷
却することが出来るため巻磁心を用いて構成した強制冷
却パルス発生装置用磁性部品において問題であった磁心
の温度上昇の抑制、及びヒートスポットの発生を防止す
ることが可能となる。

特に磁心として非晶質磁性薄帯のようにヒートショック
による特性変化が非可逆的な材質を用いた場合には、ヒ
ートスポットの発生による磁心の極部的な結晶化或いは
変質による特性劣化を防止できる等の効果もある。

また、高繰返し化による特性劣化が少ないため従来用い
られていなかった高繰返し動作の必要な用途での利用、
或いはより一層の高繰返し化、及び長時間連続動作等も
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による高電圧パルス発生装置用可飽和リ
アクトルの一実施例を示す構成断面図、第２図ａ、第２
図ｂ、第２図Ｃ１第２図ｄはそれ断面、Ｄ−Ｄ断面を示
す図、第３図は磁気パルス圧縮回路を有する励起回路の
一実施例を示す構成図、第４図は多段の磁気パルス圧縮
回路を有する回路の一実施例を示す構成図、第５図は固
体スイッチング素子を用いた多段の磁気パルス圧縮回路
を有する回路の一実施例を示す構成図である。 に入力端もしくは出力端、２：円筒導体、３：出力端も
しくは入力端、４：油入口、５：抽出口。 ６；磁心、７；流路付き磁心支持用絶縁性部品、８：絶
縁材スペーサ、９：冷媒シール用絶縁性部品、１０，１
１７可飽和リアクトル構成用基本絶縁部品、１２：巻線
、１３：端子、１４：流路、第 図 第 図 第 図 す 第 図 第 図 ５ｚ 第 図 第 図 手続補正書（帥）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）２ターン以上の巻線が施された層間絶縁された巻
   磁心と、前記巻磁心を内包しかつ冷媒を保持するケース
   と、前記巻磁心、巻線、ケース相互間の絶縁を保つとと
   もに前記冷媒の流路を前記巻磁心端面上で周方向となる
   様に規定する機能を有する絶縁体部品とで構成されてい
   ることを特徴とする高電圧パルス発生用磁心部品。
2. （２）巻磁心は非晶質合金薄帯を巻回してなることを特
   徴とする請求項１に記載の高電圧パルス発生用磁心部品
   。
3. （３）巻磁心と巻線によって可飽和リアクトルが構成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の高電圧パル
   ス発生用磁心部品。
4. （４）巻線は１次側巻線と２次側巻線よりなり、パルス
   変圧器が構成されていることを特徴とする請求項１に記
   載の高電圧パルス発生用磁心部品。