JPH0737477A - パルス電源用磁気スイッチ - Google Patents

パルス電源用磁気スイッチ

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JPH0737477A
JPH0737477A JP18360593A JP18360593A JPH0737477A JP H0737477 A JPH0737477 A JP H0737477A JP 18360593 A JP18360593 A JP 18360593A JP 18360593 A JP18360593 A JP 18360593A JP H0737477 A JPH0737477 A JP H0737477A
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Yutaka Inatomi
裕 稲富
Takashi Sakukawa
貴志 佐久川
Kiyoshi Hara
喜芳 原
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Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コアの両側面からの磁束の漏れを無くし、ま
た放熱を良くする。 【構成】 可飽和リアクトルや可飽和トランスになる磁
気スイッチは、アモルファスリボンを内周面を有して渦
巻き状に巻回したアモルファスコア1と、該アモルファ
スコアの両側面を夫々覆う高導電材料製の一対の側板2
A,2Bと、該アモルファスコアと一対の側板の上から
該アモルファスコアに鎖交して巻回される複数の巻線
3、4とで構成し、アモルファスコアの両側面からの漏
れ磁束を側板で遮蔽すると共に放熱を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パルスレーザやパルス
プラズマ発生器、パルス脱硝装置等の電源として高電圧
・大電流パルスを発生するためのパルス電源に係り、特
に可飽和リアクトルや可飽和トランスになる磁気スイッ
チと半導体スイッチで構成されるパルス電源における磁
気スイッチの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】パルスレーザ励起やパルスプラズマ発生
用のパルス電源には、サイラトロンやトリガトロンスイ
ッチ等の放電スイッチを用いて直接に高電圧・大電流を
スイッチすることでパルスを発生させる方法のほかに、
半導体スイッチと可飽和リアクトルや可飽和トランス等
の磁気スイッチを組み合わせた図4に示す構成のものが
ある。
【0003】同図中、半導体スイッチSWは、GTOサ
イリスタ,SIサイリスタ,IGBT等の半導体素子の
複数個直並列接続で構成された初段スイッチにされる。
【0004】可飽和リアクトルSI1と初段エネルギー
蓄積用コンデンサC0及びパルストランスPTの一次巻
線は、半導体スイッチSWに直列接続され、コンデンサ
0が高圧直流電源HDCで予備充電された状態で半導
体スイッチSWをオンすることでパルストランスSWに
高電圧パルスを得る。
【0005】パルストランスPTの二次巻線には可飽和
トランスSTが直列接続され、このトランスSTの二次
巻線にはコンデンサC1を介してコンデンサC2とレーザ
ヘッドLH及び可飽和リアクトルSI2の並列回路が直
列接続される。
【0006】パルストランスPTで昇圧したパルス電圧
は、可飽和トランスSTによって設定電流まではトラン
スとして動作してコンデンサC1、C2を充電し、可飽和
トランスSTの飽和動作には二次巻線が低インピーダン
スになってコンデンサC1を逆極性に倍電圧充電し、レ
ーザヘッドLHに高圧大電流の放電を得る。
【0007】ここで、可飽和リアクトルSI1は、半導
体スイッチSWのスイッチング損失を低減させスイッチ
寿命を長くするための磁気アシスト動作を得るよう、初
期状態設定用直流電源DC1から初段パルス電流と逆に
バイアス電流を流し、リセットをかける。
【0008】また、可飽和リアクトルSI2は、直流電
源DC2からコンデンサC2を充電する方向にリセット電
流を流す。これにより、コンデンサC2の充電電流には
飽和領域での動作になって小さいインダクタになり、レ
ーザーヘッドLHへの放電になる逆方向電流に対しては
非飽和領域となってインダクタを大きくしてレーザーヘ
ッドLHへのエネルギー移行を効率良くするブロッキン
グリアクトルとして動作する。
【0009】また、可飽和トランスSTは、磁気スイッ
チとして機能するために直流電源DC3からの電流で飽
和動作が設定される。さらに、パルストランスPTは、
磁気スイッチ動作を得るために直流電源DC4からの充
電電流が供給される。
【0010】これらの磁気スイッチ動作のための初期状
態設定用直流電源DC1〜DC4は、各磁気スイッチを貫
通又は巻回したリセット巻線に設定される直流電流を流
すことでトランスやリアクトルの磁気回路を一方向に飽
和領域まで直流磁化する。
【0011】これにより、トランスやリアクトルは、図
5に磁化特性を示すように、直流磁化の方向に電圧を加
えるときは飽和領域をさらに広げる方向に磁界が発生
し、この領域では磁化曲線の傾きが一層緩やかとなり、
インダクタンスを極めて小さくする。
【0012】これとは反対に、直流磁化と反対方向に電
圧を加えるときは磁化曲線の傾きが急峻な領域に入り、
インダクタンスを極めて大きくし、高周波電流をブロッ
クすることができる。
【0013】さらに、直流磁化と反対方向に電圧が加わ
ると、逆の飽和領域に入り、インダクタンスが小さくな
ってパルス電流が流れ易くなる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】磁気スイッチは、電流
のオン・オフ状態をきわだたせるためには、磁化域と飽
和域が急激に変わる特性、即ち渦電流損を極めて少なく
した磁化特性が望ましい。
【0015】そのため、従来から、磁気スイッチにはア
モルファスコアが用いられており、図6の(a)に示す
ように、レヤー間に数ミクロンの厚さの絶縁物(PET
など)を介在してアモルファスリボンAを内周面を有し
て渦巻き状に巻き込んだコアとし、このコアに一次巻線
Bや二次巻線Cさらにはリセット巻線をコアに鎖交して
ソレノイド状に巻回して磁気スイッチを構成している。
【0016】この磁気スイッチ構造では、巻線BやCを
完全なソレノイド状に巻くのが難しく、磁化が飽和領域
に近づくとコアの外に漏れ磁束が発生し、スイッチング
特性が悪くなる問題があった。
【0017】また、従来の磁気スイッチは、アモルファ
スコアの断面を同図(b)に示すように、絶縁物Dはア
モルファスリボンAの両端面での絶縁も確保するため、
アモルファスリボンAよりも若干はみ出した構造にされ
る。
【0018】このため、巻線が巻回されたときには絶縁
物Dのはみだし部分がアモルファスリボンAの両端面を
覆うようになる。このことは、アモルファスコアの両端
面からの放熱を悪くし、コアの損失が増加するとその温
度上昇を招く問題があった。
【0019】本発明の目的は、コアの両側面からの磁束
の漏れを無くし、また放熱を良くする磁気スイッチを提
供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、可飽和リアクトルや可飽和トランスになる
磁気スイッチと半導体スイッチによって構成されるパル
ス電源において、前記磁気スイッチは、アモルファスリ
ボンを内周面を有して渦巻き状に巻回したアモルファス
コアと、該アモルファスコアの両側面を夫々覆う高導電
材料製の一対の側板と、該アモルファスコアと一対の側
板の上から該アモルファスコアに鎖交して巻回される複
数の巻線とを備えたことを特徴とする。
【0021】また、本発明は、前記側板は前記アモルフ
ァスコアの内周端及び外周端からはみ出したフィン部を
有し、該フィン部は前記巻線を巻回するための孔を備え
たことを特徴とする。
【0022】また、本発明は、前記アモルファスコアと
側板の間に絶縁板を設けたことを特徴とする。
【0023】
【作用】アモルファスコアの両側面を高導電材料で覆う
側板を設けることにより、アモルファスコアの両端面か
らの漏れ磁束を該側板で遮蔽し、磁気スイッチの磁化特
性に飽和域から磁化域への変化を急峻にした特性を得
る。
【0024】また、側板は熱伝導率も高いことを利用し
てアモルファスコアからの放熱効果を高め、その温度上
昇を抑制する。
【0025】また、側板にフィン部を設けることによ
り、アモルファスコアの放熱効果を一層高め、さらにフ
ィン部に巻線を通す孔を設けることにより巻線に均等な
巻回を得ると共に側板の保持を確実にする。
【0026】また、高導電材料製の側板とアモルファス
コアとの間に絶縁板を設けることにより、アモルファス
コアと側板の絶縁を一層確実にする。
【0027】
【実施例】図1は、本発明の一実施例を示す磁気スイッ
チのコアの分解斜視図である。アモルファスコア1は、
従来と同じ構成にされる。即ち、コア1は絶縁物(PE
T等)で覆ったアモルファスリボンを内周面を有して渦
巻き状に巻いた構造にされる。
【0028】コア1の両側面は同じ平面形状を持つアル
ミ又は銅の高導電材料製の側板2A、2Bによって挾持
され、該端面からの漏れ磁束の遮蔽及び放熱促進がなさ
れる。
【0029】コア1と側板2A、2Bのサンドイッチ構
造体には、図2に示すように、巻線3、4がコア1に鎖
交して巻かれ、さらにはリセット巻線が巻かれて磁気ス
イッチとして構成される。
【0030】本実施例において、アモルファスコア1の
両側面からの漏れ磁束は、磁気スイッチに短パルス又は
高周波電流が流れることから時間変化率dφ/dtも大
きい。このことから、漏れ磁束は銅やアルミになる高導
電材料製の側板2A,2Bによってブロックすることが
できる。
【0031】このブロックは、コア1の側面からの漏れ
磁束で側板2A,2Bに夫々渦電流を発生させ、この渦
電流により漏れ磁束を封じ込める。
【0032】このような漏れ磁束の封じ込めにより、磁
気スイッチの磁化特性は図5に破線で示すように、飽和
域から磁化域への移行が急峻になり、磁化特性を改善で
きる。
【0033】本実施例では、側板2A,2Bが銅やアル
ミになることから、その熱伝導率も高く、アモルファス
コア1の両側面からの放熱効果を高めることができる。
これにより、磁気スイッチが高周波動作を行うときのコ
アの損失増加による温度上昇を抑制し、磁気スイッチの
高周波特性を改善できる。
【0034】図3は、本発明の他の実施例を示すコアの
側面図(a)と平面図(b)である。アモルファスコア
1の両側面には絶縁板5A,5Bを介して高導電材料製
の側板6A,6Bが設けられる。
【0035】絶縁板5A,5Bは、アモルファスコア1
と同じ平面構造を持ち、アモルファスコア1の両側面と
側板6A,6Bとの間の絶縁を行う。
【0036】側板6A,6Bは、アモルファスコア1の
外周端及び内周端からはみ出したフィン部6A1,6A2
を持つ平面構造にされ、該フィン部に巻線を通すための
孔7A,7Bが設けられる。
【0037】本実施例おいては、側板6A,6Bによる
漏れ磁束の遮蔽効果に加えて、側板6A,6Bがアモル
ファスコア1の両側面からはみ出したフィン部を持つ構
造になることから、該フィン部が放熱フィンになり、放
熱効果を高めることができる。
【0038】また、側板6A,6Bのフィン部6A1
6A2は、孔7A,7Bに通した巻線を施すことにより
巻線を均等に巻くこと及びその支持を確実にすることが
できる。
【0039】さらに、側板6A,6Bとアモルファスコ
ア1との間には絶縁板5A,5Bを介在させることか
ら、アモルファスリボンと側板との間の絶縁を一層確実
にすることができる。磁気スイッチが高電圧・高周波領
域で使用されることが多いことから、コア1に誘起され
る電圧は数キロボルトに達するため、確実な絶縁が望ま
れ、絶縁板5A,5Bによる絶縁が効果的になる。
【0040】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、アモル
ファスコアの両側面を高導電材料製の一対の側板で覆
い、該アモルファスコアと一対の側板の上から該アモル
ファスコアに鎖交して複数の巻線を巻回する構造の磁気
スイッチとしたため、アモルファスコアの両端面からの
漏れ磁束を該側板で遮蔽し、磁気スイッチの磁化特性に
飽和域から磁化域への変化を急峻にした特性を得ること
ができる。また、側板は熱伝導率も高いことからアモル
ファスコアからの放熱効果を高め、その温度上昇を抑制
することができる。
【0041】また、本発明によれば、側板にはアモルフ
ァスコアの内周端及び外周端からはみ出したフィン部を
設け、該フィン部は巻線を巻回するための孔を設けたた
め、アモルファスコアの放熱効果を一層高めると共に巻
線に均等な巻回を得ると共に側板の保持を確実にするこ
とができる。
【0042】また、本発明によれば、側板を高導電材料
製とするときにアモルファスコアと側板の間に絶縁板を
設けたため、アモルファスコアと側板の絶縁を一層確実
にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例のコアの分解斜視図。
【図2】実施例の磁気スイッチ斜視図。
【図3】他の実施例のコア構成図。
【図4】パルス電源回路図。
【図5】直流磁化と磁気特性の説明図。
【図6】従来の磁気スイッチ構成図。
【符号の説明】
1…アモルファスコア 2A、2B、6A、6B…側板 3、4…巻線 5A、5B…絶縁板

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可飽和リアクトルや可飽和トランスにな
    る磁気スイッチと半導体スイッチによって構成されるパ
    ルス電源において、 前記磁気スイッチは、アモルファスリボンを内周面を有
    して渦巻き状に巻回したアモルファスコアと、該アモル
    ファスコアの両側面を夫々覆う高導電材料製の一対の側
    板と、該アモルファスコアと一対の側板の上から該アモ
    ルファスコアに鎖交して巻回される複数の巻線とを備え
    たことを特徴とするパルス電源用磁気スイッチ。
  2. 【請求項2】 前記側板は前記アモルファスコアの内周
    端及び外周端からはみ出したフィン部を有し、該フィン
    部は前記巻線を巻回するための孔を備えたことを特徴と
    する請求項1記載のパルス電源用磁気スイッチ。
  3. 【請求項3】 前記アモルファスコアと側板の間に絶縁
    板を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載のパル
    ス電源用磁気スイッチ。
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