KR100687563B1

KR100687563B1 - 승압 트랜스

Info

Publication number: KR100687563B1
Application number: KR1020040046097A
Authority: KR
Inventors: 나카무라마사키
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2007-02-27
Also published as: JP4453810B2; KR20050010485A; TW200509156A; TWI287808B; JP2005039092A

Abstract

본 발명은, 연면 코로나 방전을 발생시키지 않고, 소형이고 또한 2차측에 유기되는 고주파 고전압의 상승 특성이 뛰어난 승압 트랜스를 제공하는 것, 특히 2차측에 유기되는 고주파 고전압의 상승 특성이 뛰어나고, 발열량이 적고, 1차측에서 2차측으로의 전력 전송 효율이 뛰어난 승압 트랜스를 제공한다.

엑시머 방전 램프를 점등하기 위한 고주파 고전압을 공급하는 승압 트랜스에 있어서, 이 승압 트랜스의 1차 코일(11)과 2차 코일(2) 사이에 절연재로 이루어지는 다수의 벽형상체(8)를 설치하고, 이 벽형상체(8) 사이에 기체층(9)을 설치하고, 2차 코일(2)은, 벽형상체(8)와 평행한 진행 방향으로 코일이 권회되는 제1 코일 형태와, 제1 코일 형태에 의해 코일이 형성될 때마다, 기존의 코일 사이의 간극 상에 코일이 권회되는 제2 코일 형태와, 제1 코일 형태와 제2 코일 형태가 교대로 반복되어 코일이 상기 진행 방향으로 권회되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

승압 트랜스{BOOSTING TRANSFORMER}

도 1은 본 발명에 따른 엑시머 방전 램프의 점등 장치에 사용되는 승압 트랜스를 도시한 정면도,

도 2는 도 1에 도시한 승압 트랜스의 페라이트 코어(1)의 중심을 통과하여, 지면과 평행한 절단면에서 본 일부 단면도, 및 상기 일부 단면도의 A부를 확대하여 도시한 도면,

도 3은 도 2에 도시한 1차 코일(11)의 단면 확대도,

도 4는 본 발명에 따른 승압 트랜스의 고주파 고전압의 상승 특성 및 종래기술에 따른 승압 트랜스의 고주파 고전압의 상승 특성을 나타낸 도면이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1…페라이트 코어 2…2차 코일

3…트랜스 누름판 A 4…트랜스 누름판 B

5…냉각 호스 6…HV 케이블

7…E케이블 8…벽형상체

9…기체층 10…스페이서

11…1차 코일 12…절연층

13…더미선

본 발명은, 고주파 고전압용의 승압 트랜스에 관한 것으로, 특히 엑시머 방전 램프의 점등 회로에 적용되는 고주파 고전압용의 승압 트랜스에 관한 것이다.

일반적으로 고전압용의 승압 트랜스에 있어서는, 1차 코일과 2차 코일의 사이에 높은 전위차가 발생한다. 그 때문에, 이 전위차를 충분히 흡수하기 위해 1차 코일과 2차 코일 사이에 절연층을 형성하거나, 또는 2차 코일을 형성하는 코일의 층 수를 증가시켜, 각 층에 걸리는 전압을 내리고 있다.

또한, 고주파 고전압용의 승압 트랜스에 있어서는, 단순히 절연 내압을 내리는 것뿐만 아니라, 절연층에 유도되는 코로나 방전을 막는 대책도 필요하다. 종래, 이것에 대처하기 위해, 절연지로서, 예를 들면 유전율이 2.5인 노멕스(듀퐁사의 등록상표)를 10장 정도 겹쳐 사용하고 있었다. 또 트랜스 전체를 오일중에 담궈 절연을 확보하거나, 몰드에 의해 절연하는 방법이 행해지고 있었다. 그러나, 이러한 방법에서는 트랜스가 대형화해 버리고, 또 변환 효율이 저하하는 등의 문제가 있었다.

또, 2차 코일은, 코일형상으로 감은 코일층을 몇겹이나 겹쳐 형성하고 있으나, 각 층의 코일의 권회의 시작부와 종료부 사이에는 전위차가 발생한다 그때문에, 한 코일층과 다음에 겹치는 코일층의 사이에 절연지를 넣어, 층간 절연을 확보하고 있다. 그러나, 이렇게 층간 절연지를 넣으면, 한층 더 트랜스가 대형화한다 고 하는 문제가 있었다.

일본국 특개평 3-34643호 공보에는, 초크 코일이나 트랜스의 권선 방법으로서, 블록 감기 또는 뱅크 감기라 불리는 권선 방법을 채용함으로써, 코일의 각 층간에 개재시키는 층간 절연재를 적게 하는 기술이 개시되어 있다.

또, 일본국 특개평 5-13247호 공보에는, 고주파 고전압의 전송에 있어서의 근접 효과 및 표피 효과를 경감하기 위해서, 승압 트랜스의 2차 코일을 리츠선이라 불리는 절연된 전선을 다수 줄 묶어 절연물로 피복한 전선을 채용하는 기술이 개시되어 있다.

또, 일본국 특개평 8-96766호 공보에는, 급전 장치인 스위칭 인버터로부터의 출력 전압을 승압 트랜스(트랜스(18))에서 승압하여, LC 직렬 공진 회로(코일(19), 콘덴서(20))를 통해 엑시머 방전 램프(유전체 배리어 방전 램프(T1 내지 T4))에 공급하여 점등하는 회로가 개시되어 있다.

특허 문헌 1 일본국 특개평 3-34643호 공보

특허 문헌 2 일본국 특개평 5-13247호 공보

특허 문헌 3 일본국 특개평 8-96766호 공보

그런데, 승압 트랜스에 있어서, 2차 코일의 각 층간에 절연층을 개재시키면, 2차 코일에 부유 용량이 발생한다. 그 때문에, 고주파 고전압을 승압하고자 하면, 고주파 고전압의 상승 시간을 둔화시켜 버린다는 문제가 발생한다. 특히, 엑시머 방전 램프처럼, 전극 사이에 배치한 유전체에 차지된 전하를 단시간에 방출시켜 점 등시키는 방전 램프에 있어서는, 고주파 전압의 상승 시간이 둔화되면, 발광 효율이 저하하는 문제가 발생한다.

이러한 문제를 해결하기 위해서는, 엑시머 방전 램프용의 고주파 고전압의 승압 트랜스에 있어서는, 2차 코일의 각 층간에 개재하는 층간 절연재를 적게 하여 부유 용량을 줄일 필요가 있다. 그 때문에, 상기 일본국 특개평 3-34643호 공보에 개시되어 있는 것 같은 블록 감기 내지는 뱅크 감기라 불리는 권선 방법을 채용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 단순히 2차 코일에 블록 감기나 뱅크 감기를 채용하고자 하면, 1차 코일과 2차 코일 사이에 큰 전위차가 발생해버려, 고주파 고전압의 승압 트랜스에 적용할 수는 없다.

또, 엑시머 방전 램프용의 고주파이고 또한 상승이 급준한 승압 트랜스에 있어서는, 근접 효과 및 표피 효과를 경감시킬 필요가 있다. 그 때문에 상기 일본국 특개평 5-13247호 공보에 개시되어 있는 것 같은 리츠선을 채용함으로써 전송 효율을 개선하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 단순히 리츠선을 채용하더라도, 1차 코일과 2차 코일 사이의 연면(沿面) 코로나 방전을 회피하기 위해서는, 절연 재료를 실제의 내압 이상으로 넣지 않으면 안되어, 결과적으로 부유 용량이 증대하여, 변환 효율이 저하한다고 하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 상기의 문제점을 감안하여, 연면 코로나 방전을 발생시키지 않고, 소형이며 또한 2차측에 유기되는 고주파 고전압의 상승 특성이 뛰어난 승압 트랜스를 제공하는 것에 있다. 특히, 엑시머 방전 램프에 있어서의 발광 효율을 개선하기 위해, 2차측에 유기되는 고주파 고전압의 상승 특성이 뛰어나고, 발 열량이 적고, 1차측에서 2차측으로의 전력 전송 효율이 뛰어난 승압 트랜스를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 다음과 같은 수단을 채용했다.

제1 수단은, 엑시머 방전 램프를 점등하기 위한 고주파 고전압을 공급하는 승압 트랜스에 있어서, 이 승압 트랜스의 1차 코일과 2차 코일 사이에 절연재로 이루어지는 다수의 벽형상체를 설치하고, 이 벽형상체 사이에 기체층을 설치한 것을 특징으로 한다.

제2 수단은, 제1 수단에 있어서, 상기 벽형상체의 비유전율과 상기 기체층의 비유전율을 합성한 합성 비유전율이 1 내지 4인 것을 특징으로 한다.

제3 수단은, 제1 수단 또는 제2 수단에 있어서, 상기 2차 코일은, 상기 벽형상체와 평행한 진행 방향으로 코일이 권회되는 제1 코일 형태와, 상기 제1 코일 형태에 의해 코일이 형성될 때마다, 기존의 코일 사이의 간극 상에 코일이 권회되는 제2 코일 형태와, 상기 제1 코일 형태와 상기 제2 코일 형태가 교대로 반복되어 코일이 상기 진행 방향으로 권회되어 있는 것을 특징으로 한다.

제4 수단은, 제1 수단 내지 제3 수단 중 어느 한 수단에 있어서, 상기 1차코일은, 코일을 구성하는 금속 소선(素線)의 소선 직경이 Φ0.03 내지 Φ0.08인 것을 특징으로 한다.

제5 수단은, 제1 수단 내지 제3 수단 중 어느 한 수단에 있어서, 상기 1차 코일은, 코일을 구성하는 금속 소선의 소선 직경이 Φ0.03 내지 Φ0.08인 동시에, 상기 금속 소선을 다수 줄 묶어 복합 리츠선을 구성하고, 이 복합 리츠선의 중심부에 비금속재로 이루어지는 더미선을 배치한 것을 특징으로 한다.

(발명의 실시형태)

본 발명의 일 실시형태를 도 1 내지 도 4를 사용하여 설명한다.

도 1은 본 실시형태의 발명에 따른 엑시머 방전 램프의 점등 장치에 사용되는 승압 트랜스를 도시한 정면도이다.

동 도면에 있어서, 1은 승압 트랜스의 페라이트 코어, 2는 다수층 권회된 2차 코일, 3은 트랜스 누름판 A, 4는 트랜스 누름판 B, 5는 승압 트랜스를 냉각하기 위한 냉각 유체를 공급하기 위해 설치된 테프론(등록 상표) 튜브 등으로 구성된 냉각 호스, 6은 고압(HV) 케이블, 7은 어스(E) 케이블이다.

도 2(a)는 도 1에 도시한 페라이트 코어(1)의 중심을 통과해, 지면과 평행한 절단면에서 본 승압 트랜스의 일부 단면도, 도 2(b)는 도 2(a)의 A부를 확대하여 도시한 도면, 도 3은 도 2에 도시한 1차 코일(11)의 단면 확대도이다.

이들 도면에 있어서, 8은 예를 들면 유리섬유재 등으로 이루어지는 저유전율재로 구성되는 벽형상체, 9는 벽형상체(8) 사이에 형성되어, 예를 들면 공기 또는 N2 등으로 이루어지는 상기 냉각 유체가 유출입 가능하게 설치된 0.4 내지 0.8mm의 두께를 갖는 기체층, 10은 벽형상체(8) 사이에 형성된 기체층(9)을 확보하기 위해 설치된 스페이서, 11은 1층분 권회된 1차 코일, 12는 예를 들면 0.13mm의 두께를 갖는 노멕스(등록 상표)를 다수 장 겹쳐 형성된 절연층이다. 또한, 그 밖의 구성은 도 1에 도시한 동일 부호의 구성에 대응한다.

도 2(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 발명에 따른 승압 트랜스에 있어서는, 1차 코일(11) 상에 벽형상체(8) 사이에 형성된 기체층(9)을 개재시켜 2차 코일(2)이 권회되어 있다. 그 때문에, 종래 이 1차 코일 상에 노멕스(등록 상표) 등의 절연체를 다수 장(예를 들면, 10장) 권회한 후에 2차 코일을 권회한 경우에 비해, 1차 코일(11)과 2차 코일(2)사이의 간극을 좁게 할 수 있다. 그 결과, 승압 트랜스를 소형화할 수 있고, 또 1차 코일(11)에서 2차 코일(2)로의 전자(電磁) 에너지의 전송 효율을 향상시킬 수 있고, 또한 2차 코일(2)에 유기되는 고주파 고전압의 2차 전압의 상승 특성을 개선할 수 있어, 엑시머 방전 램프의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 또, 벽형상체(8)와 기체층(9)에 의해 형성되는 합성 유전율을 1 내지 4로 작게 함으로써, 종래의 노멕스(등록 상표) 등의 절연체를 다수장 권회한 것에 비해, 공기층(9)을 개재한 벽형상체(8)에 인가되는 전압을 크게 할 수 있어, 벽형상체(8)와 1차 코일(11) 또는 2차 코일(2) 사이에 발생하는 연면 코로나 방전을 방지할 수 있다.

또, 2차 코일(2)은, 도 2(b)에 도시하는 바와 같이, 기체층(9)을 확보하는 벽형상체(8) 상에 뱅크 감기로 권회되어 있다. 즉, 처음에 1턴째를 벽형상체(8) 상에 권회하고, 다음에 벽형상체(8)와 평행한 진행 방향으로 2턴째를 권회하고, 다음에 3턴째를 1턴째와 2턴째의 간극 상에 권회하고, 다음에 4턴째 이후는, 2턴째와 3턴째의 권회 방법을 반복하면서, 최종적으로 벽형상체(8) 상에 벽형상체(8)와 평행으로 2층의 2차 코일(2)을 권회한다. 바꿔 말하면, 2차 코일(2)은, 벽형상체(8)와 평행한 진행 방향으로 코일이 권회되는 제1 코일 형태와, 이 제1 코일 형태에 의해 코일이 형성될 때마다, 기존의 코일 사이의 간극 상에 새로운 코일을 권회하는 제2 코일 형태와, 이 제1 코일 형태와 제2 코일 형태를 교대로 반복하여 코일을 상기 진행 방향으로 권회함으로써 구성되어 있다. 2차 코일(2)을 상기와 같은 권회 방법에 의해 권회함으로써, 종래의 2차 코일을 1층 권회마다 다음 층을 겹쳐 권회해 가는 권회 방법에서는, 각 층간에 절연층을 개재시킬 필요가 있기 때문에, 2차 코일에 있어서의 부유 용량이 증대하게 되지만, 본 발명의 권회 방법에 의하면, 인접하는 코일간의 전위차를 작게 할 수 있기 때문에, 절연층을 개재시킬 필요가 없다. 그 결과, 2차 코일(2)에 있어서의 부유 용량을 작게 할 수 있어, 2차 코일(2)에 유기되는 고주파 고전압의 상승 특성을 개선할 수 있다. 특히, 급준한 펄스상의 고주파 고전압으로 엑시머 방전 램프를 점등시키는 경우에는 대단히 유효하다.

또, 1차 코일(11)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 소선의 소선 직경이 Φ0.03 내지 Φ0.08인 것을 사용한다. 이러한 소선을 사용함으로써, 고주파 전압 전송에 있어서의 표피 효과를 경감시켜, 전력 전송 효율을 개선하는 동시에, 승압 트랜스에 있어서의 발열을 억제할 수 있다.

또한, 1차 코일(11)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 리츠선의 기술을 사용하여 소선 직경 Φ0.03 내지 Φ0.08의 소선 7개를 묶고, 또한 소선 7개의 묶음을 비금속재로 이루어지는 더미선(13)의 둘레에 6묶음 배치한 것을 사용한다. 1차 코일(11)을 이렇게 구성함으로써, 고주파 전압 전송에 있어서의 근접 효과를 경감시켜, 전력 전송 효율을 개선할 수 있는 동시에, 승압 트랜스에 있어서의 발열을 억제할 수 있다. 또한, 1차 코일(11)로서 이러한 코일을 채용함으로써, 교류 저항 계수(Fac)를 20% 저감할 수 있었다.

또한, 실제의 승압 트랜스의 조립법으로서는, 미리 권회된 1차 코일(11), 2차 코일(2), 및 기체층(9)을 형성한 벽형상체(8)를 준비해 두고, 페라이트 코어(1)에 절연층(12)을 권회한 후, 그 위에 1차 코일(11), 기체층(9)을 형성한 벽형상체(8), 2차 코일(2)의 순으로 배치하여 구성한다.

본 실시형태의 발명에 따른 승압 트랜스는, 적용되는 고주파 고전압의 주파수가 10kHz에서 1MHz이고, 승압 트랜스는, 승압비가 7배에서 20배, 1차측의 입력 전압이 50V에서 400V, 입력 전류가 최대 150Ap, 출력 전압이 2kVp-p에서 15kVp-p, 출력 전류가 500mA에서 5A이다. 이 경우, 종래의 승압 트랜스의 2차측 전압의 상승 특성이, 도 4(b)에 도시하는 바와 같이, 4kV0-p/㎲인 것에 비해, 본 발명의 승압 트랜스에 의하면, 도 4(a)에 도시하는 바와 같이, 12kV0-p/㎲가 되어, 대단히 상승 특성이 뛰어난 승압 트랜스를 얻을 수 있다.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 엑시머 방전 램프를 점등하기 위해 급진한 상승이 요구되는 고주파 고전압을 공급하는 승압 트랜스에 있어서, 이 승압 트랜스의 1차 코일과 2차 코일 사이에 절연재로 이루어지는 다수의 벽형상체를 설치하고, 이 벽형상체 사이에 기체층을 설치하도록 했으므로, 종래의 승압 트랜스에 비해, 1차 코일과 2차 코일 사이의 간극을 좁게 할 수 있어, 1차 코일에서 2차 코일로의 전자 에너지의 전송 효율을 향상시킬 수 있고, 또 2차 코일에 유기되는 고 주파 고전압의 2차 전압의 상승 특성을 개선할 수 있어, 엑시머 방전 램프의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 상기 벽형상체의 비유전율과 상기 기체층의 비유전율을 합성한 합성 비유전율이 1 내지 4이도록 했으므로, 종래의 노멕스 등의 절연체를 다수 장 권회한 것에 비해, 기체층을 개재한 벽형상체에 인가되는 전압을 크게 할 수 있어, 벽형상체와 1차 코일 또는 2차 코일 사이에 발생하는 연면 코로나 방전을 방지할 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 상기 2차 코일은, 상기 벽형상체와 평행한 진행 방향으로 코일이 권회되는 제1 코일 형태와, 상기 제1 코일 형태에 의해 코일이 형성될 때마다, 기존의 코일 사이의 간극 상에 코일이 권회되는 제2 코일 형태와, 상기 제1 코일 형태와 상기 제2 코일 형태가 교대로 반복되어 코일이 상기 진행 방향으로 권회되어 있기 때문에, 종래의 2차 코일의 권회 방법에 비해, 인접하는 코일간의 전위차가 작아지므로 절연층을 개재시킬 필요가 없어져, 2차 코일에 있어서의 부유 용량을 작게 할 수 있고, 2차 코일에 유기되는 고주파 고전압의 상승 특성을 개선할 수 있다. 특히, 급준한 펄스상의 고주파 고전압으로 엑시머 방전 램프를 점등시키는 경우에는 대단히 유효하다.

청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 상기 1차 코일은, 코일을 구성하는 금속 소선의 소선 직경이 Φ0.03 내지 Φ0.08이기 때문에, 고주파 전압 전송에 있어서의 표피 효과를 경감시켜, 전력 전송 효율을 개선하는 동시에, 승압 트랜스에 있어서의 발열을 억제할 수 있다.

청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 상기 1차 코일은, 코일을 구성하는 금속 소선의 소선 직경이 Φ0.03 내지 Φ0.08인 동시에, 상기 금속 소선을 다수 줄 묶어 복합 리츠선을 구성하고, 이 복합 리츠선의 중심부에 비금속재로 이루어지는 더미선을 배치했으므로, 고주파 전압 전송에 있어서의 근접 효과를 경감시켜, 전력 전송 효율을 개선할 수 있는 동시에, 승압 트랜스에 있어서의 발열을 억제할 수 있다.

Claims

엑시머 방전 램프를 점등하기 위한 고주파 고전압을 공급하는 승압 트랜스에 있어서,

이 승압 트랜스의 1차 코일과 2차 코일 사이에 절연재로 이루어지는 다수의 벽형상체를 설치하고, 이 벽형상체 사이에 기체층을 설치한 것을 특징으로 하는 승압 트랜스.
제1항에 있어서, 상기 벽형상체의 비유전율과 상기 기체층의 비유전율을 합성한 합성 비유전율이 1 내지 4인 것을 특징으로 하는 승압 트랜스.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 2차 코일은, 상기 벽형상체와 평행한 진행 방향으로 코일이 권회되는 제1 코일 형태와, 상기 제1 코일 형태에 의해 코일이 형성될 때마다, 기존의 코일 사이의 간극 상에 코일이 권회되는 제2 코일 형태와, 상기 제1 코일 형태와 상기 제2 코일 형태가 교대로 반복되어 코일이 상기 진행 방향으로 권회되어 있는 것을 특징으로 하는 승압 트랜스.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 1차 코일은, 코일을 구성하는 금속 소선의 소선 직경이 Φ0.03 내지 Φ0.08인 것을 특징으로 하는 승압 트랜스.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 1차 코일은, 코일을 구성하는 금속 소선의 소선 직경이 Φ0.03 내지 Φ0.08인 동시에, 상기 금속 소선을 다수 줄 묶어 복합 리츠선을 구성하고, 이 복합 리츠선의 중심부에 비금속재로 이루어지는 더미선을 배치한 것을 특징으로 하는 승압 트랜스.