JPH05146168A

JPH05146168A - 高速充電方式ブルームライン型高電圧パルス発生装置

Info

Publication number: JPH05146168A
Application number: JP25723691A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Yatsui; 八井　　浄; Katsumi Masukata; 勝己升方; Kazuhiko Shibata; 和彦柴田; Masao Shigeta; 政雄重田
Original assignee: NAGAOKA GIJUTSU KAGAKU UNIV; NAGAOKA GIJUTSU KAGAKU, University of; TDK Corp
Current assignee: NAGAOKA GIJUTSU KAGAKU UNIV; NAGAOKA GIJUTSU KAGAKU, University of; TDK Corp
Priority date: 1991-09-10
Filing date: 1991-09-10
Publication date: 1993-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】ブルームライン型パルス整形線路の高速充電
を可能とするとともに不要なプリパルスの発生を抑制す
る。【構成】中心導体ＣＣと該中心導体の外側に同軸状に
設けられる中間導体ＩＣと該中間導体の外側に同軸状に
設けられる外部導体ＯＣとからなるブルームライン型パ
ルス整形線路と、前記中間導体と外部導体とを短絡する
スイッチ２０と、前記中心導体と外部導体間に接続され
る可飽和トランスの巻線Ｌ１と、該可飽和トランスの巻
線Ｌ１に並列関係に接続される負荷ＬＤとを備え、前記
ブルームライン型パルス整形線路の充電時に前記可飽和
トランスの巻線Ｌ１を飽和状態とする構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザー励起用電源や
粒子加速器用パルス発生器等に使用する高速充電方式ブ
ルームライン型高電圧パルス発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パルスパワー技術と呼ばれる短パ
ルス・高電圧・大電流発生技術が長足の進歩を遂げ、荷
電粒子ビーム発生やガスレーザーの励起用に応用されて
いる。パルスパワー発生装置のパルス整形線路は、一般
に単一同軸線路かブルームライン型パルス整形線路のど
ちらかが用いられる。単一同軸線路 (同軸ケーブル）を
用いた装置は、同軸ケーブルに直流高電圧電源を用いて
電荷を充電し、これを放電スイッチを用いて放電するこ
とにより高電圧・短パルスを発生するものであり、整合
負荷に充電電圧の１／２の電圧を出力する。ブルームラ
イン型パルス整形線路を用いた装置は、整合負荷に対し
充電電圧に等しい電圧を出力できる利点がある。ブルー
ムライン型パルス整形線路自体は米国特許公報第２,４
６５,８４０号等で公知技術となっている。

【０００３】図４はブルームライン型パルス整形線路を
用いた従来のブルームライン型高電圧パルス発生装置の
回路図を示し、図５はブルームライン型パルス整形線路
の概略断面図を示す。これらの図において、Ｃ１はブル
ームライン型パルス整形線路の円柱状又は円筒状中心導
体ＣＣと円筒状中間導体ＩＣとの間の静電容量、Ｃ２は
中間導体ＩＣと円筒状外部導体ＯＣとの間の静電容量で
ある。静電容量Ｃ１,Ｃ２の片側の導体を成す中間導体
ＩＣと外部導体ＯＣとの間に空心コイル (インダクタ）
２を介してパルス高圧電源としてのマルクス(Marx)発生
器１からのパルス高電圧が印加されるようになってい
る。前記中心導体ＣＣ、中間導体ＩＣ及び外部導体ＯＣ
は同軸状に配置され、中心導体ＣＣの外側に中間導体Ｉ
Ｃが、さらにその外側に外部導体ＯＣが配置されてい
る。中間導体ＩＣ及び外部導体ＯＣの一方の端部間には
ギャップスイッチ３が接続され、中心導体ＣＣの端部と
外部導体ＯＣの他方の端部間に充電用インダクタとして
の空心コイル４が接続され、該空心コイル４と並列に負
荷ＬＤが接続される。

【０００４】上記構成において、マルクス発生器１から
パルス高電圧を印加して静電容量Ｃ１,Ｃ２の充電を空
心コイル２,４を介して行ない、充電後ギャップスイッ
チ３を閉じると、各導体ＣＣ,ＩＣ,ＯＣの長さ等によっ
て定まる所定時間後にブルームライン型パルス整形線路
の負荷接続端側にはマルクス発生器の発生電圧と逆の極
性の電圧（図４では負の電圧）の急峻なパルスが得ら
れ、これが負荷ＬＤに印加される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のブルームライン型高電圧パルス発生装置の場合、負
荷ＬＤに急峻なパルス電圧を印加しているときには充電
用インダクタとしての空心コイル４は充分高いインダク
タンスを示す必要がある。さもないと、空心コイル４に
流れる漏れ電流が多くなり、損失が大きくなってしま
う。しかし、空心コイル４のインダクタンスを充分に大
きくすると、ブルームライン型パルス整形線路の充電速
度を速くすることができず、中心導体ＣＣ、中間導体Ｉ
Ｃ及び外部導体ＯＣ相互間を絶縁する液体の誘電体 (例
えば純水等であり、高電圧印加時間が長くなると絶縁耐
圧が低下する性質がある）の絶縁耐圧が低下し、最大電
圧が制限されてしまう問題があった。

【０００６】本発明は、上記の点に鑑み、充電用インダ
クタとして可飽和インダクタを用いることによりブルー
ムライン型パルス整形線路の高速充電を可能にするとと
もにプリパルス(本来のパルスの前に生じる不要パルス)
の発生を抑制し、さらに高電圧のパルスを出力可能とし
た高速充電方式ブルームライン型高電圧パルス発生装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の高速充電方式ブルームライン型高電圧パル
ス発生装置は、中心導体と該中心導体の外側に同軸状に
設けられる中間導体と該中間導体の外側に同軸状に設け
られる外部導体とからなるブルームライン型パルス整形
線路と、前記中間導体と外部導体とを短絡するスイッチ
手段と、前記中心導体と外部導体間に接続される可飽和
インダクタと、該可飽和インダクタに並列関係に接続さ
れる負荷とを備えている。そして、前記ブルームライン
型パルス整形線路の充電時に前記可飽和インダクタを飽
和状態とする構成となっている。

【０００８】

【作用】本発明の高速充電方式ブルームライン型高電圧
パルス発生装置においては、充電用インダクタとして可
飽和インダクタを用いているので、ブルームライン型パ
ルス整形線路の充電時には可飽和インダクタを飽和させ
て低インダクタンスとして高速充電を可能にするととも
に、充電時に負荷に加わる電圧、すなわちプリパルスを
充分低い値に抑制することができる。また、高速充電可
能であるあるため、ブルームライン型パルス整形線路の
各導体間を絶縁している液体の誘電体の絶縁耐圧を劣化
させることがなく、小型のブルームライン型パルス整形
線路で高電圧パルス出力を容易に得ることができる。さ
らに、ブルームライン型パルス整形線路の放電時 (すな
わち負荷に高電圧パルスを出力するとき）は負荷に並列
関係にある可飽和インダクタを充分大きなインダクタン
スとすることができ、可飽和インダクタに流れる漏れ電
流を少なくして損失を減じることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係る高速充電方式ブルームラ
イン型高電圧パルス発生装置の実施例を図面に従って説
明する。

【００１０】図１は本発明の第１実施例を示す回路図で
あり、図２はその要部構成を示す正断面図である。これ
らの図において、Ｃ１はブルームライン型パルス整形線
路の円柱状又は円筒状中心導体ＣＣと円筒状中間導体Ｉ
Ｃとの間の静電容量、Ｃ２は中間導体ＩＣと円筒状外部
導体ＯＣとの間の静電容量である。中心導体ＣＣは絶縁
板１１の中心部の固定導体部１２に連結固定され、絶縁
板１１は外部導体ＯＣの一端面に固定されている。ま
た、外部導体ＯＣの他端面に固定された絶縁板１３には
中間導体ＩＣが連結導体部１４で固定されている。前記
中心導体ＣＣ、中間導体ＩＣ及び外部導体ＯＣは同軸状
に配置され、中心導体ＣＣとその外側の中間導体ＩＣと
の間に絶縁部材１５が配置され、中間導体ＩＣとその外
側の外部導体ＯＣとの間に絶縁部材１６が配置されてい
る。前記外部導体ＯＣの一部にはマルクス(Marx)発生器
１への接続部分を構成するフランジ部１７が形成され、
該フランジ部１７の中心部に前記中間導体ＩＣの延長部
１８が導出されている。この延長部１８とフランジ部１
７との間にマルクス(Marx)発生器１からの直流高電圧が
空心コイル (インダクタ）２を介して印加されるように
なっている。すなわち、マルクス発生器１の出力側も同
様のフランジ部を持つ外部導体及び中心導体からなる同
軸構造を持っており、ブルームライン型パルス整形線路
に接続一体化されている。絶縁板１１,１３で密閉され
た外部導体ＯＣの内部には液体誘電体 (例えは純水等）
が満たされて外部導体ＯＣと中間導体ＩＣとの間及び中
間導体ＩＣと中心導体ＣＣとの間を絶縁している。

【００１１】可飽和インダクタを用いた磁気スイッチ２
０は、前記絶縁板１３の外側に出ている前記連結導体部
１４に固定された円筒状導体２１と、該円筒状導体２１
の周囲に固定された角形のＢ−Ｈヒステリシス特性を持
つ環状の非晶質磁性合金コア２２と、該非晶質磁性合金
コア２２の外側を覆って前記円筒状導体２１の先端と前
記外部導体ＯＣの端部とを接続する外側カバー導体２３
とからなっている。そして、この磁気スイッチ２０は中
間導体ＩＣと円筒状外部導体ＯＣとの間の静電容量Ｃ２
に並列に接続されることになる。絶縁板１３の固定支
持、及び外部導体ＯＣと外側カバー導体２３との電気、
機械的な接続は接続部材２５によって行なわれる。

【００１２】可飽和トランスＴ１は、角形のＢ−Ｈヒス
テリシス特性を持つ環状の非晶質磁性合金コア３０に一
次巻線Ｌ１及び二次巻線Ｌ２を設けたものであり、外部
導体ＯＣの一端に固定された絶縁板１１の外側に固定配
置されている。すなわち、絶縁板１１に固定された固定
導体部１２に前記一次巻線Ｌ１の一端が接続され、他端
が外部導体ＯＣに接続される(一次巻線Ｌ１は１ターン
であり、Ｌ１のＯＣ側及びＣＣ側の接続端子を交鎖させ
るため、Ｌ１のＯＣ接続フランジ３５に数個の穴を設
け、これを貫通する金属棒３６によりＬ１とＣＣを接続
している。）。前記二次巻線Ｌ２はコア３０の中心穴を
貫通する貫通導体であり、二次巻線Ｌ２の一端は前記固
定導体部１２の中心に固定され、他端は絶縁板３１の外
面に固定された出力端子３２に接続されている。この可
飽和トランスＴ１の周囲は外側カバー導体３３で囲まれ
ている。絶縁板１１の固定支持、及び外部導体ＯＣと外
側カバー導体３３との電気、機械的な接続は接続部材３
４によって行なわれる。そして、外側カバー導体３３の
端部に前記絶縁板３１が固定されている。

【００１３】負荷ＬＤは導体容器４０内に所定の電気的
抵抗を呈する液体Ｗを収容して絶縁板３１の外側に固着
一体化したものであり、この負荷ＬＤと前記可飽和トラ
ンスＴ１の二次巻線Ｌ２の直列回路が、可飽和インダク
タとして働く可飽和トランスＴ１の一次巻線Ｌ１に並列
に接続される。前記負荷ＬＤは疑似的なものであり、実
際に例えばガスレーザーの励起用に使用する場合にはレ
ーザー管内の電極に前記出力端子３２を接続する(ある
いは出力端子自体がレーザー管内の電極を構成する)よ
うにする。

【００１４】なお、図示は省略したが、磁気スイッチ２
０及び可飽和トランスＴ１にはリセット巻線が設けられ
ており、それらの非晶質磁性合金コア２２,３０は絶縁
油によって絶縁及び冷却されるようになっている。

【００１５】以上の第１実施例の構成において、磁気ス
イッチ２０のリセット巻線にリセット電流を流して磁気
スイッチ２０の非晶質磁性合金コア２２を非飽和状態と
しておくとともに、可飽和トランスＴ１のリセット巻線
に充電電流と同じ向きのリセット電流を流しておくこと
によって可飽和トランスＴ１の非晶質磁性合金コア３０
を飽和状態とし、充電用インダクタとしての可飽和トラ
ンス一次巻線Ｌ１を充分に小さなインダクタンス値とす
る。そして、マルクス発生器１からパルス高電圧を印加
して静電容量Ｃ１,Ｃ２の充電を空心コイル２及び一次
巻線Ｌ１を介して迅速に行う。充電完了後に磁気スイッ
チ２０の非晶質磁性合金コア２２は非飽和から飽和に変
わりスイッチオン状態となる。磁気スイッチ２０が閉じ
てブルームライン型パルス整形線路の放電が開始される
と、可飽和トランスＴ１の一次巻線Ｌ１に流れる電流は
反転する。このため、可飽和トランスＴ１の非晶質磁性
合金コア３０は非飽和領域で動作することになり、一次
巻線Ｌ１のインダクタンスは大きな値となる。従って、
各導体ＣＣ,ＩＣ,ＯＣの長さ等によって定まる所定時間
後にブルームライン型パルス整形線路の負荷接続端(中
心導体ＣＣの端部)には図１の極性の電圧 (外部導体Ｏ
Ｃに対して中間導体ＩＣが負で、さらに中間導体ＩＣに
対して中心導体ＣＣが負となった電圧）の急峻なパルス
電圧が得られ、これに可飽和トランス二次側の誘起電圧
が加算されることでパルス幅の短い急峻な高電圧パルス
が負荷ＬＤに印加されることになる。

【００１６】上記第１実施例によれば次の効果を得るこ
とができる。 (１) 可飽和トランスＴ１の一次巻線Ｌ１はブルームラ
イン型パルス整形線路の充電時に充分な低インダクタン
ス値となるため、ブルームライン型パルス整形線路の高
速充電ができる。このことは、ブルームライン型パルス
整形線路を絶縁するための液体誘電体の絶縁耐圧の低下
を回避して小型の構成で高電圧パルスを発生可能である
ことを意味する。また、高速充電ができるので磁気スイ
ッチのコアを小型化できる。 (２) 充電時の一次巻線Ｌ１の電圧降下は負荷ＬＤに加
わるプリパルスとして現れるが、一次巻線Ｌ１を充電時
に低インダクタンスとすることによりプリパルスを抑制
できる。 (３) ブルームライン型パルス整形線路の放電時(負荷
ＬＤへの高電圧パルス出力時)には可飽和トランスＴ１
は非飽和状態となり、一次巻線Ｌ１を流れる漏れ電流は
少なく、損失の低減を図ることができる。

【００１７】上記第１実施例では、ブルームライン型パ
ルス整形線路の充電用インダクタとして可飽和トランス
Ｔ１の一次巻線を利用し、ブルームライン型パルス整形
線路の放電時は二次巻線に誘起した電圧を一次巻線の電
圧に重畳するようにしたが、動作原理上は図３の第２実
施例のように可飽和トランスの代わりに可飽和インダク
タＴ２をブルームライン型パルス整形線路の充電用イン
ダクタとして用いても良い。なお、第２実施例におい
て、その他の構成は前述の第１実施例と同様である。

【００１８】上記の各実施例において、磁気スイッチ２
０の代わりにスパークギャップスイッチを使用すること
もできる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の高速充電
方式ブルームライン型高電圧パルス発生装置によれば、
充電用インダクタとして可飽和インダクタを用いている
ので、ブルームライン型パルス整形線路の充電時に低イ
ンダクタンスとして高速充電を可能にするとともに、充
電時に負荷に加わる電圧、すなわちプリパルスを充分低
い値に抑制することができる。また、高速充電可能であ
るあるため、ブルームライン型パルス整形線路の絶縁に
用いる液体誘電体の絶縁耐圧を劣化させることがなく、
小型構造で高電圧パルス出力を容易に得ることができ
る。さらに、ブルームライン型パルス整形線路の放電時
は負荷に並列関係にある前記可飽和インダクタを充分大
きなインダクタンスとすることができ、可飽和インダク
タに流れる漏れ電流を少なくして低損失化を図り得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高速充電方式ブルームライン型高
電圧パルス発生装置の第１実施例を示す回路図である。

【図２】第１実施例の要部構成を示す正断面図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す回路図である。

【図４】従来のブルームライン型高電圧パルス発生装置
を示す回路図である。

【図５】ブルームライン型パルス整形線路の概略断面図
である。

【符号の説明】

１マルクス発生器２，４空心コイル２０磁気スイッチＣ１，Ｃ２静電容量ＣＣ中心導体ＩＣ中間導体ＯＣ外部導体Ｔ１可飽和トランスＴ２可飽和インダクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柴田和彦東京都中央区日本橋一丁目13番１号テイーデイーケイ株式会社内 (72)発明者重田政雄東京都中央区日本橋一丁目13番１号テイーデイーケイ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心導体と該中心導体の外側に同軸状に
設けられる中間導体と該中間導体の外側に同軸状に設け
られる外部導体とからなるブルームライン型パルス整形
線路と、前記中間導体と外部導体とを短絡するスイッチ
手段と、前記中心導体と外部導体間に接続される可飽和
インダクタと、該可飽和インダクタに並列関係に接続さ
れる負荷とを備え、前記ブルームライン型パルス整形線
路の充電時に前記可飽和インダクタを飽和状態とするこ
とを特徴とする高速充電方式ブルームライン型高電圧パ
ルス発生装置。
【請求項２】前記可飽和インダクタを可飽和トランス
の一次巻線で構成し、該可飽和トランスの二次巻線と前
記負荷との直列回路を前記一次巻線に並列に接続した請
求項１記載の高速充電方式ブルームライン型高電圧パル
ス発生装置。