JPH04210777A - 多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置 - 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】 Ａ・産業上の利用分野 この発明は、荷電粒子の加速等に用いるものであって・
交流電圧をダイオードとコンデンサとによって整流平滑
して直流高電圧を発生させる高電圧発生装置に関する。

Ｂ、従来技術 従来、コツククロフトーフルトン型。ジエンケル型、絶
縁変圧器型などの高電圧発生装置が知られている。

コ、ツククロフトーワμトン型やシエンケ／Ｉ／型の高
電圧発生装置の場合、ダイオードやコンデンサの耐圧を
低くするため釦は埃数を多くしなければならず、そうす
ると、リップルの増加を招いたり。

負荷変動に対して追従するのに応′８遅れが生じて制−
特性の悪化を招くとφう問題があった。

逆に９段数を減らすと、ダイオードやコンデンサの耐圧
を高くしなければならず、これらの部品が大きくなるほ
か、励振部としても高電圧出方のものを必要とし、装置
全体が大型化してしまうという問題があった。

そこで、絶縁変圧器型の高電圧発生装置が開発された。

その例を第３図に示す。

この絶縁変圧器型高電圧発生装置は、励振部１に接続さ
れた１次コイル２を巻き付けた絶縁磁心３に複数の２次
コイル４を巻き付け、各２次コイル４にダイオードとコ
ンデンサの組み合わせからなる整流回路５′を接続し、
各整流回路５の直流出力を直列に接続することによって
直流高電圧を得るようにしたものである。

この絶縁変圧器型高電圧発生装置によれば、整流回路数
を増やせば、整流回路５ｔ−構成するダイオードやコン
デンサとして耐圧の低いものを用いることができ、ま友
、整流回路数の増加にもかかわらずリップル率は不変で
小さく抑えることが可能であり、さらに、負荷変動に対
する応答遅れが小さくて制御特性も良くなる。

Ｃ０発明が解決しようとする課題 しかし、８３図の絶縁変圧器型高電圧発生装置の場合に
は、らま夛高電圧になると、絶縁磁心３を用いていると
いっても２次コイル４と絶縁磁心３の表面との間で放電
が発生したシ、絶縁磁心３を構成している絶縁材料内の
絶縁が破れて内部で放電が発生するおそれがあるために
、高電圧化には限度があった。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、整流回路を構成する部品の耐圧が低くてすみ、リ
ップルが少なく、かつ、負荷変動に対する制御特性も良
く、シかも、磁心の表面や内部での放電を防止して充分
に高い高電圧を発生することができるようにすることを
目的とする。

９６課題を解決するための゛手段 この発明は、このような目的を達成するためＫ。

次のような構成をとる。

すなわち、この発明の多段式絶縁変圧器型高電圧発生装
置は、複数の磁心のそれぞれに送電コイルと受電コイル
を巻き付け、端部の磁心の受電コイルを励振部に接続し
、互いに隣接する一方の磁心の送電コイνと他方の磁心
の受電コイルとを送電ラインを介して順次接続し、各磁
心にそれぞれ複数の２次コイｌしを巻き付け、各２次コ
イルに整流回路を接続し、各整流回路の直流出力を順次
直列に接続するとともに、各磁心の電位を、その磁心に
設けた複数の整流回路のうち、最低または最高の電位を
持つ整流回路の電位と同等またはそれに近い電位に固定
し、また、各送電ラインの電位を、前段または次段の磁
心に設けた複数の整流回路のうち中間の電位と同等また
Ｌそれに近い電位に固定してあることを特徴とするもの
でおる。

８０作用 この発明の構成による作用は１次のとおりである。

すなわち、高電圧発生装置を絶縁変圧器型に構成しであ
るから１個々のダイオードやコンデンサとして耐圧の低
いものを用−段数を少なくしても。

整流回路数を増やすことＫよって、充分に高−高電ＥＥ
？発生させることができる。

また、全体のリップル率が各整流回路のリップル率と同
じとなるため、整流回路数の増加にもがかわらずリップ
ル率は不変で小さく抑えることが可能である。さらに、
負荷変動に対する応答遅れが小さく、制御特性も良い。

加えて、各磁心の電位を２次コイルとの電位差が小さく
なるように所定の電位に固定化しである一方、各送電ラ
インの電位を磁心との電位差が小さくなるように所定の
電位に固定化しであるので。

２次コイルと磁心との間および送電コイルや受電コイル
と磁心との間での放電、ならびに、磁心内部での放電が
防止される。

Ｆ、実施例 以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置の回路図で
ある。

３つの磁心Ｂｓ　、Ｂ２　、Ｂｓを並べ、磁心Ｂ１に受
電コイルＤＩと送電コイルＤ２ｆ−磁心Ｂ２に受電コイ
ル　ｐ　ａと送電コイｔＶＤａを、磁心Ｂ３に受電コイ
ルＤＩＩｔ−それぞれ巻き付け、受電コイルＤ＋を交流
の高電圧を出力する励振部ＡＫ接続し、送電コイルＤ２
と受電コイルｌ）３とを送電ラインＰ１ｆ介して接続し
、送電コイ１ｖＤ４と受電コイルＤｓとを送電ラインＰ
ｘｔ−介して接続することＫより、３段の絶縁変圧器を
構成している。

ている。

磁心Ｂ＋に２つの２次コイルＥｒｇ　＊　Ｂｘｚを巻き
付けてそれぞれに整流回路ＣＩｌ　＋　ＣＩ２を接続し
、磁心Ｂ２にも２次コイルＥ２１−　Ｆ２２　’ｋ　’
ＩＩき付けてそれぞれ忙整流回路Ｃ２１＊　Ｃ２２を接
続し、磁心Ｂ３にも２次コイルＥ３１　ｍ　Ｅ３＊を巻
き付けてそれぞれに整流回路Ｃ３１＃　Ｃ３ｇを接続し
、各整流回路Ｃｔｔ〜Ｃ３２の直流出力を直列に接続し
である。なお、各整流回路Ｃ口〜Ｃ１＋２は１例えば２
段のコツククロフトーワｖトン型整流回路が用いられる
。

この高電圧発生装置は絶縁変圧器型であるから。

各整流回路ｔ−構成するダイオードやコンデンサの段数
を少なくシ、それらダイオードやコンデンサとして耐圧
の低いものを用いても、整流回路の数を増やせば、全体
のリップル率が各整流回路のリップル率と同じとなるた
め、整流回路数の増加にもかかわらずリップル率は不変
で小さく抑えることが可能であり、さらに、負荷変動に
対する応答遅れが小さくて制御特性も良い。

そして、磁心Ｂ１における整流回路Ｃｓｓの最低の電位
を持つ点Ｐ）と磁心Ｂ１における任意の点Ｑ１とを導線
Ｇｌを介して接続し、磁心Ｂ２における整流回路ＣＢの
最低の電位を持つ点Ｐ２と磁心Ｂ２における任意の点Ｑ
、とを導＠Ｇ、を介して接続し、磁心Ｂ３における整流
回路Ｃｓｒの最低の電位を持つ点Ｐ３と磁心Ｂ３におけ
る任意の点Ｑ３とを導＠　Ｇｓを介して接続しである。

すなわち、各磁心Ｂｌ　＝　Ｂ２−　Ｂ３の電位を、そ
の磁心に設けた一対の整流回路（Ｃ１１、Ｃｌ２）　、
（Ｃ２□、Ｃ２□）。

（Ｃａｌ　、Ｃｓ５）の最低の電位をもつ点の電位と同
一に固定化しである・ 、また、整流回路Ｃ１１ｅ　Ｃ１２の中間の電位をもつ
点Ｐ４と送電ラインＦ！上の点Ｑ４とを導線Ｇ４を介し
て接続し、整流回路Ｃｚ１＊　Ｃｏｘの中間の電位をも
つ点Ｐｓと送電ラインＦ２上の点Ｑ５とを導＠Ｇ、を介
して接続しである。

すなわち、各送電フィンＦ＋　（Ｐｇ）の電位を整流回
路Ｃｒｔ・Ｃｔｚ　（Ｃ２ｔ−Ｃｗｔ）の中間の電位と
同一に固定しである。

各整流回路Ｃｓ１−Ｃｓ２それぞれの直流出方電圧をＶ
ｏとすると、それらを直流接続した多段式絶縁変圧器型
高電圧発生装置の直流出力電圧は６　Ｘ　Ｖ。

となシ、高電圧が得られる。

もし仮に接続点Ｐ３と磁心Ｂ３とを導１ｓＧｓで接続し
ていないとすると、２次コイルＥｓｚの電位は６×ＶＯ
と非常に高いのに対し、磁心Ｂ３の電位は０であり、２
次コイ／’Ｅ＄２と磁心Ｂ３との間の電位差が６Ｘ　Ｖ
ｏと非常に大きくなってしまうために２次コイル　Ｂ　
ｓ　ｘと磁心Ｂ３の表面との間で放電が生じたり。

磁心Ｂ３の内部で放電が生じたりするおそれがある。

しかし、接続点Ｐ３と磁心Ｂ３とを導線Ｇ３で接続する
ことによって、磁心Ｂ３の電位を接続点Ｐ３の電位と同
電位まで上げ、かつ・その電位に固定している。接続点
Ｐ３の電位ｉｔ　４　Ｘ　Ｖｏでおるから、磁心Ｂ３の
電位も４ＸＶｏとなり、２次コイル７ａｓ２と磁心Ｂ３
との間の電位差は、　６　ＸＶｏ　　４　ＸＶｏ＝　２
　ＸＶｏと充分に小さくなり、放電が防止される。

２次コイ〃Ｅ２２の電位は４ＸＶｏであるが、磁心Ｂ２
の電位は導線Ｇ２を介しての接続点Ｐ２と磁心Ｂ２との
接続によって２ＸＶｏとなり、２次コイルＢ２２と磁心
Ｂ２との電位差も２ＸＶｏとなる。

また、もし仮に整流回路Ｃ２１ｅ　Ｃ２＊の接続点Ｐ５
と送電ラインＦｚとを接続する導ｓｃｈが存在しないと
すると、送電コイルＤ４．受電コイルＤｓの電位は励振
部Ａの出力電圧の周期に応じて大きく変動し。

送電コイルＤ４と磁心Ｂ２との間、および、受電コイ１
ｖＤｓと磁心Ｂ３との間で放ｔ１に生じたシ、磁心Ｂ３
の内部で放電が生じるおそれがある。

しかし、導線Ｇｓによって接続点Ｐ５と送電ラインＦ２
とを接続してあり、送電ラインＦ２の電位、ひいては送
電コイルＤ４および受電コイルＤ５の電位を接続点ｐｓ
の電位に固定している。接続点ｐｓの電位は３ＸＶｏで
あるから、送電コイｙｖＤ４のｔＩ位も受電コイ１ｖＤ
１１の電位もともに３ＸＶｏとなる。

磁心Ｂ３の電位は前述のように４　Ｘ　Ｖｏであるから
。

受電コイル　ｌ）５と磁心Ｂ３との電位差はＴＯとなり
、受電コイ、ＦＬ／Ｄ５と磁心Ｂ３との間の放電も防止
される。

磁心Ｂ２の電位は前述のように２　Ｘ　Ｖｏであるから
。

送電コイルＤ４と磁心Ｂ２との電位差はＶｏとなり、送
電コイＡ／　Ｄ４と磁心Ｂ２との間の放電も防止される
。

以上は磁心Ｂ２と磁心Ｂ３における放電防止の説明であ
ったが、磁心Ｂｌと磁心Ｂ２においても同様に放ｔｔ−
防止することができる。

したがって、全体として、整流回路を構成する部品とし
て耐圧の低いものを使用しながらも、磁心の表面や内部
での放ｔ１ｉｌ−防止した状態で充分に高い高電圧を発
生することができるのである。

上記のように各磁心を２次コイルや送電コイル。

受電コイルの電位に近い電位まで上けて固定化し。

かつ、各送電ラインを磁心の電位に近い電位に固定化す
る配線形態としては０次のように構成してもよい。

すなわち、第１図に示すように、最終段の整流回路Ｃ３
２から得られる電圧を、複数段階の電圧に分圧して選択
的に取り出せるようにするために。

整流回路Ｃｓｚの出力側とアース間に分圧抵抗Ｒｔ〜Ｒ
６を介在することがあるが、このような場合に。

導線Ｇｌ−Ｇｓに代えて９点Ｑ４と点ｓ１との接続９点
Ｑ２と点Ｓ２との接続９点Ｑ５と点Ｓ３の接続９点Ｑ３
と点ｓ４との接続という配線形態でもよい。

本発明の多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置は上記のよ
うに配線することにより、第２図のようにコイル’ｉ同
心円に配置することができる。このように同心円状に配
置することで、装置の構成をコンパクトにまとめること
ができる。例えば、コアＢ１はＰｌに接続されているの
で電位は零である。

伝送コイルＤ２はＧ４でＰ４と接続されているので、電
位はＶＯである。

伝送コイ１ｖＤ２と同心円状に２次コイルＢ１１が配置
されているが、その電位はＶＯである。また、２次コイ
ルＢｌｌと同心円状に２次コイｒｖＢ＋＋が配置されて
おり、そのｔ位は２Ｖｏである。このように。

コアＢ１＋伝送コイルＤｓ、２次コイル　Ｅｌｔ　＋　
２次コイルＥＩ２の電位は順にＯ、Ｖｏ　、　Ｖｏ　、
　２Ｖｏとなっている＠を位差がＶｏを越えるところ′
はないので・各々のコイル間、コア、コイル間の放電を
防止することができる。コアＢ２．ＢＳについても電位
差Ｖｏを越えるところをなくすことができる。

なお、上紀各突施例では、磁心の個数を３とし。

各磁心に接続する２次コイル、整流回路の個数を２つず
つとしたが、この発明はこれに限定されるものではなく
、それらの個数は任意である。

また、上記各５ｊ！施例では、磁心の電位をその磁心に
設けた複数の整流回路のうち最低の電位をもつ整流回路
の電位に固定したが、磁心の電位を最高の電位をもつ整
流回路の電位に固定してもよい。

例えば、整流回路Ｃ１２とＣｚｓＯ接続点Ｐ２と磁心Ｂ
□の任意の点Ｑ１を接続し、整流回路Ｃ２２と０３１の
接続点Ｐ３と磁心Ｂ２の任意の点Ｑ２を接続し、整流回
路ＣＢ２の出力点Ｐ６と磁心Ｂ３の任意の点Ｑ３ｔｌ−
接続すればよい。

さらに、上記！ｉ！施例では、各磁心と各送電ラインの
電位の双方を固定する場合を説明したが、各磁心のみま
たは各送電ラインのみの電位を固定してもある程度放電
を防止することができる。

Ｇ１発明の効果 この発明によれば１次の効果が発揮される。

すなわち、各整流回路を構成するダイオードやコンデン
サとして耐圧の低いものを用いながらも。

リップμ率を低く抑えて充分に高い高電圧を発生させる
ことができるとともに、負荷変動に対する制御特性も良
好なものとでき、あわせて、２次コイルと磁心との間お
よび送電コイルや受！コイルと磁心との間での放電、な
′らびに、磁心内部での放電を防止することができる。

したがって、全体として、耐圧の比較的低い部品で整流
回路を構成でき、装置をコンパクトにまとめることがで
きるとともに、磁心の表面や内部での放電を防止した状
態で充分な高電圧を発生することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る多段式絶縁変圧器型高
電圧発生装置の回路図である。第２図は同心円状にコイ
、ＰＬ／を配置した４ｊ！施例の配線例を示す図である
。 第３図は従来の絶縁変圧器型高電圧発生装置の回路図で
ある。 Ａ　−・励振部　　　　　Ｂｌ−Ｂ３＝・磁心ＣＩｌ〜
Ｃ５２＝整流回路 ＤＩ　、　Ｄａ　、　Ｄｓ　＝受電コイルＤ２−　Ｄ４
−送電コイル Ｅｌｆ〜８３２−・２次コイル Ｆｗ、Ｐ＊−・送電ライン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の磁心のそれぞれに送電コイルと受電コイル
   を巻き付け、端部の磁心の受電コイルを励振部に接続し
   、互いに隣接する一方の磁心の送電コイルと他方の磁心
   の受電コイルとを送電ラインを介して順次接続し、各磁
   心にそれぞれ複数の２次コイルを巻き付け、各２次コイ
   ルに整流回路を接続し、各整流回路の直流出力を順次直
   列に接続するとともに、各磁心の電位を、その磁心に設
   けた複数の整流回路のうち、最低または最高の電位を持
   つ整流回路の電位と同等またはそれに近い電位に固定し
   てあることを特徴とする多段式絶縁変圧器型高電圧発生
   装置。
2. （２）複数の磁心のそれぞれに送電コイルと受電コイル
   を巻き付け、端部の磁心の受電コイルを励振部に接続し
   、互いに隣接する一方の磁心の送電コイルと他方の磁心
   の受電コイルとを送電ラインを介して順次接続し、各磁
   心にそれぞれ複数の２次コイルを巻き付け、各２次コイ
   ルに整流回路を接続し、各整流回路の直流出力を順次直
   列に接続するとともに、各送電ラインの電位を、前段ま
   たは次段の磁心に設けた複数の整流回路のうち中間の電
   位と同等またはそれに近い電位に固定してあることを特
   徴とする多段式絶縁変圧器型高電圧発生装置。
3. （３）複数の磁心のそれぞれに送電コイルと受電コイル
   を巻き付け、端部の磁心の受電コイルを励振部に接続し
   、互いに隣接する一方の磁心の送電コイルと他方の磁心
   の受電コイルとを送電ラインを介して順次接続し、各磁
   心にそれぞれ複数の２次コイルを巻き付け、各２次コイ
   ルに整流回路を接続し、各整流回路の直流出力を順次直
   列に接続するとともに、各磁心の電位を、その磁心に設
   けた複数の整流回路のうち、最低または最高の電位を持
   つ整流回路の電位と同等またはそれに近い電位に固定し
   、かつ、各送電ラインの電位を、前段または次段の磁心
   に設けた複数の整流回路のうち中間の電位と同等または
   それに近い電位に固定してあることを特徴とする多段式
   絶縁変圧型高電圧発生装置。