JPH0350508B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、変圧器と整流器の集合体を有し、変
圧器の高圧２次巻線は複数の同心的の個々の巻線
を有し、２次巻線の両端は、前記の集合体が全波
整流出力を生じるように各整流器を経て隣接巻線
の対応する端または高圧供給導線に接続された高
圧電源に関するものである。

この種の高圧電源は英国特許第1090995号の図
面第１３図に示されている。これは本願図面第１
図に示した通りのもので、２次巻線S₁，S₂，S₃，
S₄は１層の巻線を有し、整流器は巻線スペースの
反対側に交又接続されている。この装置は、各巻
線間の漂遊容量に動作時均等な準定常整流電圧
（quasi−steady rectified voltage）がかかり、
この容量に平滑容量の作用を行わせることがで
き、使用絶縁物が少なくてすみ、したがつてコス
トが安いという利点がある。けれども、整流器を
巻線の一方の側から他方の側に交又せねはならな
いため、十分な絶縁を与えることが難かしく、集
合体がかなりかさ張る。

したがつて各整流器を隣接巻線の同じ側の端の
間に接続すれば有利であろうし、これは、隣接の
巻線層を第２図に示すように巻回区域の反対側か
ら巻回すれば可能である。この図面には、初めの
半サイクルの間導通する整流器には＋符号を、残
りの半サイクルの間導通する整流器には−符号を
附してある。

第３ａ図および３ｂ図は、初めの半サイクルと
残りの半サイクルのピークにおける巻線S₁のＡか
らＢ迄と巻線S₂のＣからＤ迄の電位分布を示す。
各巻線層はｅのピーク電圧を生じる。

したがつて、初めの半サイクルの間巻線S₁の端
Ａは負の高圧電源電位１０′にあり、巻線S₁の端
Ｂと巻線S₂の端Ｃは負の高圧導線以上の同じ電位
ｅになり、巻線S₂の端Ｄは巻線S₁の端Ａに対して
２ｅになる。したがつて、第３ａ図に斜線部分で
示したように、巻線S₁とS₂間の絶縁は、零から１
つの巻線で与えられる電圧Ｖの２倍迄の範囲の電
界を受ける。残りの半サイクルのピークでは、第
３ｂ図に示すように、巻線間絶縁を横切る電界分
布は反転する。このように、１サイクルの間２次
巻線S₁とS₂の端ＡとＢおよびＢとＣの間の絶縁
は、ピークからピーク迄２ｅの交番電位差を受け
ることになり、この区域における大きな交番電界
成分のために、この電圧に耐えるのに十分な厚さ
だけでなく更に低誘電損率ももたねばならない。

第２図の装置は、各２次巻線S₁，S₂，…を数層
例えば第４図のように３層に巻回することによつ
て改良できると考えられるであろう。しかし、こ
れに対応した第５ａ図および第５ｂ図の電圧線図
を見れば巻線間絶縁になされる要求は殆んど変ら
ないことがわかる。

この図面の斜線部分はやはり巻線間電位分布を
示し、各層はその両端に電圧e′を発生するものと
する。各巻線は３層を有するものとして示してあ
るので、１つの２次巻線に現れる電圧Ｖは３e′と
なる。但し比較のために各２次巻線は何れの場合
も電圧Ｖを発生するものとしてあるので、第２図
の装置の値ｅは第４図の装置の値e′の３倍とな
る。

初めの半サイクルを考えると（第５図参照）こ
の半サイクルでは＋ダイオードが導通するので、
層間絶縁にかかる電圧は、巻線S₁の端Ａと巻線S₂
の端Ｄ間の２e′から巻線S₁の端Ｂと巻線S₂の端Ｃ
間の零迄変る。けれども、第５ｂ図に示す残りの
半サイクルでは、巻線S₁の端Ａと巻線S₂の端Ｄ間
の電圧は第２図の回路の電圧２ｅよりは未だ小さ
い４e′になるだけであるが、巻線S₁の端Ｂと巻線
S₂の端Ｃ間の電圧は零から６e′迄増加する。この
値はＶ＝３e′の２倍に当り、実際上第２図の装置
の場合と同じ大きさで、これに応じた大きな交番
成分が与えられる。絶縁量は巻線に沿つた最悪の
状態に対して十分なものとしなければならないの
で、第４図の装置では、絶縁量を少なくしたりま
たは誘電損率の高い安い絶縁材料を用いて絶縁コ
ストを下げることはできない。更に、大きな交番
電圧成分の存在によつて、平滑の目的に役立つ電
荷蓄積効果が減少する。

本発明の目的は、冒頭に記載した様式の高圧電
源において、整流器ダイオードを巻線の１端から
他端に交又することなしに接続し、絶縁量を低減
してコストを安くすることにある。

本発明の特徴とするところは、前記の様式の高
圧電源において、次位の隣接巻線は、巻線の同じ
側から出発して反対方向に巻回され、各巻線は奇
数の複数巻線層を有し、隣接する巻線の各対に対
し、各整流器が、隣接する各巻線の同じ側の端に
接続されたことにある。

本発明は、すべての巻線を巻線区域の同じ側か
ら出発させ、各２次巻線を奇数の複数層とし、該
巻線の互に隣接する対を逆方向に巻回することに
より、巻線の対応端で夫々の整流器に接続すると
隣接２次巻線の対向導電区域の間に準定常電圧差
を生じまた巻線間漂遊容量を形成する巻線装置が
得られるという認識に基いたものである。このよ
うにすることにより、隣接巻線間の電位差を減少
できるので所要絶縁量が少なくてすみ、また電位
差は作動時準定常であるため交番電位に対して高
い誘電損率を示す安い絶縁物を支障なく用いるこ
とができ、更にまた顕著で有用な容量性平滑効果
を得ることができる。

本発明の一実施形態では、導電箔の誘電的に開
路された（inductively open−circuit）層が最内
側の２次巻線の内表面に隣接して絶縁して設けら
れ、この最内側の２次巻線の端が各整流器を経て
接続された高圧供給導線に接続される。この実施
形態には、更に、最外側の２次巻線の外表面に絶
縁して設けられ且つ同様に他方の高圧供給導線に
接続された誘導的に開路された箔の層を設けても
よい。このようにすることにより、各整流器を橋
絡する対応した漂遊容量が与えられ、フラツシユ
オーバの場合に逆電圧による破壊が防がれる。

直径が大きくなる連続した２次巻線または箔層
は巾を狭くし即ち巻回長を短かくし、次の隣接巻
線に対し同じ導電表面が存在するようにするのが
好ましい。このようにすることにより、対応した
分路漂遊容量を略々同一の大きさとし、整流器ダ
イオードにかかる逆電位分布を均等にすることが
できる。

以下本発明を第６図から１１図を参照して説明
する。

第６図はＸ線管用の高圧電源としての本発明の
一実施例を示すもので、高圧変圧器４を有し、そ
の１次巻線には、端子６および７を経て直接に主
電源から或はまたはブロツク８内の変換装置から
適当に給電される交流電圧が供給される。前記の
交換装置は、例えば蓄電池または主電源を整流し
た直流電源から数ＫHzの周波数の交流を生じる。
励磁周波数が高い程出力リプルが低減され、小さ
な磁心を用いることができ、したがつて重量を軽
減できる。

高圧変圧器４の２次側は多数の同心的な個々の
２次巻線S₁，S₂…を有し、これ等の各２次巻線の
各端は、夫々の直列の整流器ＲまたはR′を経て
次の隣接巻線の対応端に接続されるかまたは２つ
の高圧供給導線１０，１１の一方に接続され、こ
のためこの装置は出力平滑コンデンサ１２の両端
に全波整流出力を生じ、高圧端子１０，１１に接
続されたＸ線管１４に供給する。前記の平滑コン
デンサ１２はその値は小くてよく、また励磁周波
数が比較的高く出力電流が小さな場合には、漂遊
容量が十分な平滑作用を行うであろうから、無く
てもよい。この高圧電源の一般的な形は、ダイオ
ードスプリツト階段状発生器（diode split
staircase generator）と呼ばれることもある。

本発明によれば、次位の隣接２次巻線S₁，S₂，
S₃…は、巻線区域の同じ側から出発して即ち第６
図の左側から出発し、符号と○・で示すように逆
方向に巻回され、各巻線は複数の奇数の巻線層を
有する。図には各２次側に３つの巻線層を示して
あるが、後に述べる理由によつて、多数の層を用
いた方が好ましい。隣接する２次巻線S₁，S₂の各
対に対し、各隣接巻線の両端に各整流器Ｒまたは
R′が接続され、これ等の整流器は巻線の同じ側
即ち第６図では夫々左側と右側に夫々ある。

第７ａ図と第７ｂ図は、第６図の装置の巻線S₁
の外面と次位の隣接２次巻線S₂の内面との間にお
いてこれらの巻線を分離する通常の絶縁層（図示
せず）が受ける電圧分布（斜線部分）を示す電圧
線図である。第７ａ図から、最初の半サイクルの
ピークにおいて巻線S₁の端Ａと巻線S₂の端Ｄの間
の電圧は４e′となりまた巻線S₁の端Ｂと巻線S₂の
端Ｃの間の電圧は２e′となることがわかる。ここ
でe′は各巻線層内に誘起される電圧である。他方
の半サイクルのピークでは第７ｂ図に示すように
状態は逆になる。したがつて、絶縁層の各端にお
ける交番電圧成分はピークからピークに２e′即ち
Ｖを個々の各２次巻線に誘起される電圧とした場
合2/3Ｖ変るだけであり、絶縁層に現れる最大電
圧は４e′即ち１ 1/3Ｖとなる。このことは第４図
の装置における夫々の対応値2Vおよび2Vと比較
すると有利である。このため、２次側に３層の巻
線を用いるだけで、第６図の装置は絶縁層の最大
交番電圧成分を2Vから2/3Ｖに著しく減少するこ
とができ、したがつて誘電損失も減少することが
でき、層の巻線間電圧のピーク値を明らかに減少
することができる。第６図の装置において各２次
巻線S₁，S₂の巻線層の数をもつと多くすれば、交
番電圧成分の大きさはこれに応じて２次電圧Ｖの
より小さな分数となり、巻線間のピーク電圧は値
Ｖに近寄るであろう。

したがつて、例えば５次巻線層を用いれば、ピ
ークからピークへの交互の移動２e′は僅か2/5Ｖ
になり、ピーク巻線間電圧６e′は単に6/5Ｖとな
る。

個々の２次巻線当りの巻線層の数が増すにつれ
これに応じた減少する。このことは、２次巻線当
りの巻線層の数を増しても対応値は変らないまま
でいる第４図の装置とは著しく相違する。

夫々が例えば７つの巻線層を有する個々の２次
巻線を用いた本発明の電源の実施例について行つ
た実験では、絶縁物の破壊強度に関する通常の法
則即ち500rmsおよびそれ以上の電圧に対する
3.1Vt／μ絶縁から離れて16〜20Vt／μを支障な
く使用できコスト低減が実用上可能であることが
わかつた。ここでｔは交流電圧のピーク値、μは
μメータで示した絶縁物の厚さである。

間に絶縁物の層を有する隣接２次巻線の対向面
は１つの容量即ち巻線間漂遊容量を形成し、第７
ａ図および７ｂ図よりわかるように、絶縁層にか
かる電界の顕著な直流成分が存し、これに応じた
量の電荷エネルギー蓄積か整流出力の平滑に寄与
することができることを示していることはわかる
であろう。更に大切なことは、２次巻線を省略し
た第８図の等価回路に示したように、漂遊容量
C_ssが整流器Ｒ，R′の対応した対の両端に有効に
接続されていることである。これ等の容量の存在
により整流高圧回路でフラツシユオーバが生じて
その結果整流器に逆電圧が加えられる場合に対応
整流器の損傷の危険を少なくすることができ、若
しこの容量が個々の整流器の間に均等に分布され
ていなければ損傷または破壊を生じることがあ
る。

はしご形回路網の各端にあつて最初と最後の巻
線を対応の高圧供給導線と夫々接続する整流器は
並列な巻線間容量をもたない。これらの整流器を
保護するために外部キヤパシタを接続してもよい
が、この代りに次のようにしても保護することが
できる。即ち、最内側の２次巻線の内面と最外側
の２次巻線の外面に隣接する導電箔F₁，F₂の各
層を設け、各箔を、保護すべき整流器を経て隣接
巻線に接続された対応高圧供給導線と接続する。
対応した漂遊容量は第８図にC_SFで示してある。

第９図は変圧器の巻線断面内で連続した２次巻
線が同心的に重ねられる様子を示す。図面を見易
くするために第９図には４つの２次巻線S₁，S₂，
S₃，S₄だけ示してある。１次巻線５が先づ磁心の
中心部に最も近く巻かれ、導電箔の開路層F₁の
後に、２次巻線S₁，S₂…が順次に巻かれる。これ
等の２次巻線の巻線巾は、磁心３および支持ブラ
ケツトの電位に対し整流器の直列接続の上の方に
接続されるにつれて、巻線の実効電圧の増加する
のに応じて狭くされる。図の装置においては、磁
心は負の高圧供給導線１０は同じように大地電位
または略々大地電位にある。このようにすると、
２次巻線の端と磁心および支持ブラケツトの側方
部分との間の電圧破壊の心配は減少され、最小限
にすることができる。

本発明は、正の高圧導線が磁心電位と同電位か
またはこれに近い即ち接地された高圧電源にも同
様に用いることができることに留意すべきであ
る。この場合には、導線１０と１１間の電位を逆
にするために第６図の整流器はすべて逆にされ
る。

第９図から２次巻線S₁，S₂，S₃，…は連続的に
直径が大きくなることは明らかで、したがつて、
すべての２次巻線に対して、各２次巻線で表わさ
れる導電表面積が次位の隣接２次巻線または若し
あれば箔に対し同じ大きさとなるように寸法を配
するのが好都合である。同じ厚さと誘電率とを有
する巻線間絶縁２１，２１′を用いることにより
すべての巻線間漂遊容量を同じ大きさにでき、そ
の結果、フラツシユオーバ事故状態の下で生じる
すべての逆電位は幾多の整流器間に均等に分割さ
れる。けれども、例えば層２１′に対して他の層
２１と異なる誘電率の巻線間絶縁を用いねばなら
ない場合でも、適当に異なる厚さの絶縁物を用い
ることにより漂遊容量をやはり同じにすることが
できる。

対応端の整流器に対する保護容量を与えるため
に箔層F₁とF₂が用いられる場合は、巻線と箔の
間の絶縁層２１′は巻線間の絶縁層２１と同じ厚
さでよいことに留意すべきである。けれどもその
上、絶縁層２１′は、これ等の層にかかる電位は
第１０ａ図および１０ｂ図よりわかるように殆ん
ど全部が交番成分より成るので、誘電損の低いも
のでなければならない。第１０ａ図と第１０ｂ図
は、初めの半サイクルと残りの半サイクルの間の
各箔F₁，F₂と２次巻線S₁の対応する対向表面KL
との間の電圧差（斜線部分）を示す電圧線図であ
る。電圧段階は第７ａ図および第７ｂ図の場合と
同様に２次巻線の各層により発生される電圧e′を
表わし、若し２次巻線当りより多数の層が用いら
れたとすれば、第１０ａ図の線MNおよび第１０
ｂ図の線KLは、５層に対する破線で示すように、
対応する高電圧供給導線１１′および１０′からず
らされることになる。したがつて、同じＶに対応
するように線図をスケールダウンすれば、２次巻
線当りの層数が増すにつれて線は軸１１′，１
０′に対し更に平行になるであろう。

端の漂遊容量C_sfの電位は交互の半サイクルに
Ｖと零との間を交互に変るが、各容量は波のピー
クに加えられた電荷を保持し、反対のピークがき
て電荷を零に減らす迄、保存容量として働く。第
１０ａ図および１０ｂ図で示された第６図の実施
例においては、偶数の個々の２次巻線が用いられ
ており、第１０図から、２つの容量e_sfは交互の
半サイクルの間ピークの整流された電荷を蓄え、
すべての対応したリプルは変圧器入力周波数の２
倍であることがわかるであろう。２次巻線の隣接
する対の最外側表面間の交番電圧は偶数の２次巻
線に対しては実質的にキヤンセルされ、直列の容
量C_ssとC_sfを、有効な、好ましい状態においては
全面的な平滑容量として働かせることができるこ
とは明白であろう。

奇数の２次巻線を用いた場合には状況は多少異
なる。この場合には両容量C_sfは半サイクルの間
充電され、残りの半サイクルの間に放電され、２
次巻線の１つの外表面間の交番電圧はキヤンセル
されないままでいる。これによる影響は、変圧器
−整流器集合体が、著しい基本成分をもつた僅か
に多いリブルを発生し易いということである。こ
のことは、十分に大きな保存容量１２を用いた場
合には重要ではない。けれども、偶数の個々の２
次巻線を用いる方が好ましい。

第１１ａ図と第１１ｂ図は本発明の高圧電源の
コンパクトな形を示したもので、非交又ダイオー
ドで用いた変圧器−整流器アセンブリを示す。

以上本発明をＸ線管用の高圧電源で説明した
が、本発明の高圧電源は陰極線管、Ｘ線イメージ
増倍管またはイオン化検出器またはレーダ高圧電
源のようなすべての高電圧低電流装置に有効に利
用でき、また携帯器具に有利に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知様式の高圧電源の略回路図、第２
図は整流器を各巻線の同じ端に接続するようにし
た高圧電源の略回路図、第３ａ図および３ｂ図は
その電圧線図、第４図は第２図の各巻線を３層に
した高圧電源の略回路図、第５ａ図および５ｂ図
はその電圧線図、第６図は本発明の高圧電源の略
回路図、第７ａ図および７ｂ図はその電圧線図、
第８図は第６図の等価回路、第９図は第６図の変
圧器巻線区域の断面、第１０ａ図および１０ｂ図
は第６図の高圧電源の動作に関する電圧線図、第
１１ａ図および１１ｂ図は本発明の変圧器−整流
器集合体の構造を示す。 ４……変圧器、５……１次巻線、S₁，S₂，S₃，
S₄，S₅……２次巻線、Ｒ，R′……整流器、１０
……負の高圧供給導線、１１……正の高圧供給導
線、２１，２１′……巻線間絶縁、C_ss……漂遊容
量、F₁，F₂……導電箔層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 変圧器と整流器の集合体を有し、変圧器の高
   圧２次巻線は複数の同心的な個々の巻線を有し、
   ２次巻線の両端は、前記の集合体が全波整流出力
   を生じるように各整流器を経て隣接巻線の対応す
   る端または高圧供給導線に接続された高圧電源に
   おいて、次位の隣接巻線は、巻線の同じ側から出
   発して反対方向に巻回され、各巻線は奇数の複数
   巻線層を有し、隣接する巻線の各対に対し、各整
   流器が隣接する各巻線の同じ側の端に接続された
   ことを特徴とする高圧電源。 ２ 導電箔の誘導的に開路された層が最内側の２
   次巻線の内表面に隣接して設けられ、この最内側
   の２次巻線の端が各整流器を経て接続された高圧
   供給導線に接続された特許請求の範囲第１項記載
   の高圧電源。 ３ 導電箔の誘導的に開路された層が最外側の２
   次巻線の外表面に隣接して設けられ、この最外側
   の２次巻線が各整流器を経て接続された高圧供給
   導線に接続された特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の高圧電源。 ４ 直径の大きくなる連続した２次巻線の巾が小
   さくされ、次位の隣接巻線に対して導体表面積が
   同じ大きさになるようにされた特許請求の範囲第
   １項より第３項の何れか１項記載の高圧電源。 ５ 変圧器の高圧２次側が偶数の個々の巻線を有
   する特許請求の範囲第１項から第４項の何れか１
   項記載の高圧電源。