JPH0352403A

JPH0352403A - 電力発生器

Info

Publication number: JPH0352403A
Application number: JP2180705A
Authority: JP
Inventors: Christian S A E Patron; クリスチャン　ステファン　アルベルト　エリー　パトロン; Theodorus H J Walters; テオドラス　フベルタス　ヨセフス　ウォルテルス
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1989-07-13
Filing date: 1990-07-10
Publication date: 1991-03-06
Also published as: US5111024A; EP0408135A1; NL8901806A

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、能動素子と、前記能動素子の交流主電流路に
直列に接続された周波数決定回路と、前記能動素子の制
御電極に接続された制御回路とを具えた高周波数の高電
圧を供給する電力発生器に関するものである。

（従来の技術）このような電力発生器はオランダ国特許第６７２５８号
（米国特許第２５５４０８７号）明細書から既知である
。

例えばプラズマトーチのような工業用の高周波加熱装置
に対しては大電力を有する高周波数の高電圧を発生させ
るのが望ましいと考えられる。

前記オランダ国特許明細書から、加工片を誘導的に加熱
する電力発生器が既知である。この加工片は周波数決定
回路のかなりのダンピングを生ぜしめ、このことは周波
数決定回路の共振抵抗値が低いことを意味する。

（発明が解決しようとする課題）電力発生器の相応な効率を達戒するには周波数決定回路
のインピーダンスを増大させる。すると、実際には多く
の高周波加熱処理が高い交流出力電圧を必要とするのに
、能動素子の交流出力出力電圧が減少する結果となる。

前記オランダ国特許明細書の電力発生器においては、達
威し得る最大動作周波が寄生リアクタンスの存在により
制限される。例えば、周波数決定回路内の誘導コイルと
並列にかなり大きな寄生キャバシタンスが常に存在する
。このキャパシタンスが達威し得る最大動作周波数を制
限する。

更に、能動素子を所定の最大供給電圧時に過負荷障害か
ら保護する必要がある。

本発明の目的は所定の最大供給電圧において能動素子に
より供給される電流を調整し得るようにした大電力を有
する高周波数の高電圧を供給し得る電力発生器を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段）この目的のために、本発明の電力゛発生器においては、
前記周波数決定回路を動作周波数の四分の一波長の電気
長を有する同軸導波管の形態に構戒し、該同軸導波管の
一端を短絡すると共に他端を開放し、且つ該同軸導波管
の前記交流主電流路への接続点を短絡端の近くに位置さ
せ、少なくとも一方の接続点は調整可能に位置させたこ
とを特徴とする。

一端が短絡され他端が開放された同軸導波管の電圧の振
幅は位置の関数として正弦波状に変化する。この導波管
の一端は短絡され、他端は開放されているため、開放端
で電圧の振幅が最大になる。

交流主電流通路への接続点を短絡端の近くに位置させれ
ば、負荷状態における能動素子の交流出力電圧を本発明
の実施例では５倍に増大させることができる。

上述の構造では、同軸導波管は２つの機能を有する。即
ち、この導波管は能動素子の交流出力電圧を増大すると
共にその電気長により動作周波数を決定する。

交流主電流路への接続点の位置が可調整であるため、能
動素子により同軸導波管に供給される電流も可調整にな
る。

能動素子は所定の最大電流を所定の最大供給電圧で供給
することができる。もっと大きな電力が必要とされる場
合、電流が大きくなりすぎてこの能動素子が過負荷にな
るためこの能動素子が故障することになる。この電流を
制限することにより所定の供給電圧での能動素子の故障
が避けられる。

接続点の位置により能動素子の交流出力電圧の増大率が
決まると共に、所定の負荷に対し同軸導波管の増大出力
電圧により電流が決まるため、能動素子により供給され
る最大電流を接続点の位置の選択により最大値に制限す
ることができる。この場合、所定の最大供給電圧及び所
定の負荷において電流が最大値に制限される。所定の負
荷が変化する場合（プラズマトーチの場合には、異なる
加工片又は異なる気体を選択することにより）、接続点
の位置も変化させて電流を同一の最大値に制限する必要
がある。

このようにすると、所定の最大供給電圧及び所定の負荷
において能動素子が過負荷による破壊を生ずることが避
けられる。電力発生器が動作中（加工片を加熱中）、電
力は供給電圧を調整することにより調整することができ
る。

本発明電力発生器の一例では、同軸導波管の内部ガイド
を該導波管の短絡端及び開放端の近くで開口した管の形
態に構成する。

このように構成すると本発明電力発生器はプラズマトー
チとして用いるのに好適になる。この目的に必要な動作
気体は内部ガイドを通して供給することができる。更に
、気体を短絡端の近く及び従って比較的低電圧の位置で
内部ガイドに供給して気体供給装置の高圧破壊を避ける
ことができる利点がある。

（実施例）第１図に示す電力発生器はアノード２、カソード３及び
制御電極４を有する電子管１を具える。

アノード２はチョーク５の一端に接続し、このチョーク
の他端は電圧源６の正端子に接続する。この電圧源６の
負端子は電子管ｌのカソードと同様にアースに接続する
。

制御回路７はインダクタンスコイル８とキャパシタ１８
の直列接続を具える。この直列接続のインダクタンスコ
イルとキャパシタとの接続点を制御電極４に接続する。

キャパシタ１８の他側をアノード２に接続すると共にキ
ャパシタの他側を自己ハイアス回路１６の一側に接続し
、この回路の他側をアースに接続する。自己バイアス回
路１６は抵抗１０とキャパシタ９の並列接続により形戒
する。

周波数決定回路は動作周波数の四分の一波長の電気長を
有する同軸導波管１１で形或する。一端が開放され、他
端が閉威され短絡されたこの導波管１１は外部ガイド１
２と内部ガイド１３とで構戒される。

外部ガイド１２はアースに接続し、内部ガイド１３は短
絡端の近傍において点１４でキャパシタ１５の一側に接
続する。このキャパシタ１５の他側はアノート２に接続
する。

導波管ｌ１は並列ＲＬＣ回路と電気的に等価であるもの
とみなせるため、導波管１１上の電圧は正弦波になる。

この正弦波電圧はキャパシタ１５を経てアノード２に現
れると共に、キャパシタ１８とインダクタンスコイル８
と自己バイアス回路との直列接続で構成される分圧器兼
位相回転網によって位相回転後に制御電極４に到達する
。インダクタンスコイル８、キャパシタ９，１８及び抵
抗１０の値を、制御電極４の正弦波電圧が正弦波の頂部
中のみ正になるように定める。従って、制御電極４はこ
の頂部中のみ電流を流し、その結果として電子管１はパ
ルス状に導通及び不導通になる．こうして電子管１と導
波管１ｌは導波管１１の電気長の４倍に等しい波長を有
する動作周波数で発振する発振器を構戒する。

キャパシタ９と抵抗ｌＯの並列接続から或る自己バイア
ス回路１６は位相回転回路網に不可欠のものではなく、
これは単に制御電極４の直流電圧を調整する働きをする
だけである。これはパルス状制御電極電流で充電される
ＲＣ回路網を構成するキャパシタ９と抵抗１０で達成さ
れる。インダクタンスコイル８はこの電圧に対し短絡回
路を構戒する。

寄生アノードー制御電極キャパシタンス１７が適当な値
を有するならば、キャパシタ１８の代わりにこの寄生キ
ャパシタンスを用いることもできる。

また、両キャパシタを組み合わせることもできる。

同軸導波管ｌｌ内の電圧Ｕの振幅は位置の関数として正
弦波状の変化を示す。この導波管１１の一端は短絡され
、他端は開放されているため、電圧Ｕの振幅は開放端で
最大になる。

チョーク５は、回路内で発生された高周波電力が電圧源
６内に侵入して電圧源６が損傷するのを阻止するために
電力発生器回路内に挿入する。更に、このチョーク５は
電圧源６が回路内に発生される高周波電圧に対し短絡回
路を構成するのを阻止する。キャパシタ１５は電圧源６
からチョーク５、一端が短絡された同軸導波管１１を経
て電圧源６に戻る存在可能な直流電流路を阻止するもの
である。

このキャパシタ１５はアノード阻止キャパシタンスを構
戒する。

内部ガイド１３上の点１４には振幅Ｕ，を有する電圧が
存在する。短絡端では電圧は零である。電圧Ｕは正弦波
変化を示すため、振幅Ｕ，は同軸導波管１１の開放端の
振幅Ｕ２まで増大する。

同軸導波管１１の長さを正弦波電圧の９０”位相角に対
応させると共に短絡端から点１４までの距離を正弦波電
圧のａ゜に対応させれば、Ｕ．　：　ｕ．の比はｓｉｎ
　９０゜：　ｓｉｎ　ａ゜　の比に等しくなる。

実際上、負荷状態において５倍の昇圧を容易に達戒する
ことができる。

第２図に示す電力発生器の実施例は外部ガイドｌ２と管
状内部ガイド１３とで構成された同軸導波管１１を具え
る．この電力発生器は更に電子管１と、インダクタンス
コイル８と、自己バイアス回路１６とを具える。

電子管１のアノード２を絶縁板２１を介して内部ガイド
１３に電気的に絶縁して接続する。アノード２と内部ガ
イド１３との間の容量結合を第１図ではキャパシタ１５
で表してある。

絶縁板２１は内部ガイド１３を囲む例えばブラケット　
（図示せず）上に設ける。このブラケットは内部ガイド
１３の長手軸線に沿って調整可能にして交流主電流路が
内部ガイド１３に接続される位置を調整可能にすること
ができる．また、アノード２を内部ガイドｌ３にキャパシタを介し
て電気的に絶縁して接続することもできる。

この場合には、アノード２と内部ガイド１３との間の容
量結合は実際のキャパシタで実現され、このキャパシタ
はその接続位置に発生する高電圧に耐えるものとする必
要がある。

カソード３は接地された外部ガイドの壁に接続する。制
御電極４は外部ガイド１２の外側に位置するインダクタ
ンスコイル８に接続する．インダクタンスコイル８の一
側は制御電極に接続し、その他側はキャパシタ９と抵抗
１０の並列接続から或る自己バイアス回路１６の一側に
接続する．自己バイアス回路１６の他側は外部ガイド１
２に接続する。本例ではキャパシタ１８は寄生キャパシ
タ１７（第１図）により完全に実現する。

内部ガイドｌ３は２つの開口、則ち導波管１１の短絡側
に開口２２及び開放端側に開口２３を有する。

内部ガイド１３は導波管の開放端２３で先をとがらせ、
その先端をトーチヘッドの一部としてこの先端に極めて
強い電界が発生し得るようにする。動作気体をこの先端
の開口２３から噴射させると、動作気体中に高電界によ
り放電が生じ、イオン化された動作気体の噴流がプラズ
マフレームを形戒するため、同軸導波管の端部がプラズ
マトーチになる。

上述したように、能動素子により電圧源６から所定の最
大供給電圧で供給される電力を点１４の位置の選択によ
り調整することができる。異なる動作気体及び／又は異
なる加工片を用いるときは点ｌ４の位置を、能動素子１
がブレークダウンを生ずることなく最大の電力を所定の
最大供給電圧で再び供給し得るように調整する必要があ
る。

加熱処理中に弱いプラズマフレームが必要とされる場合
には、これは供給電圧を減少させることにより実現し得
ること勿論である。点１４の位置の選択は能動素子１を
経る電力を所定の最大供給電圧及び所定の負荷に対し許
容値に制限することを意味するだけである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電力発生器の構成と同軸導波管内の電圧
の変化を示す図、第２図は本発明電力発生器の実施例の構成図である。１・・・電子管２・・・アノード３・・・カソード４・・・制御電極５・・・チゴーク６・・・電圧源７・・・制御回路８・・・インダクタンスコイル９・・・キャパシタｌＯ・・・抵抗１１・・・同軸導波管１２・・・外部ガイド１３・・・内部ガイド１４・・・接続点ｌ５・・・直流素子キャパシタｌ６・・・自己バイアス回路工７・・・寄生キャパシタ１８・・・キャパシタ

Claims

【特許請求の範囲】

１．能動素子と、前記能動素子の交流主電流路に直列に
接続された周波数決定回路と、前記能動素子の制御電極
に接続された制御回路とを具えた高周波数の高電圧を供
給する電力発生器において、前記周波数決定回路を動作
周波数の四分の一波長の電気長を有する同軸導波管の形
態に構成し、該同軸導波管の一端を短絡すると共に他端
を開放し、且つ該同軸導波管の前記交流主電流路への接
続点を短絡端の近くに位置させ、少なくとも一方の接続
点は調整可能に位置させたことを特徴とする電力発生器
。
２．前記同軸導波管の内部ガイドは該導波管の短絡端及
び開放端の近くに開口を有する管の形態に構成したこと
を特徴とする特許請求の範囲１記載の電力発生器。
３．前記能動素子は前記同軸導波管内に組み込まれた電
子管で構成し、そのアノードを絶縁板を介して該導波管
の内部ガイドの壁に電気的に接続してアノード絶縁キャ
パシタンスを構成したことを特徴とする特許請求の範囲
１又は２記載の電力発生器。