(57)【要約】【課題】漏れインダクタンスの低減とパルストランスのサイズの小型化を同時に解決し、また、漏れインダクタンスの低減と絶縁破壊の防止を同時に解決する。【解決手段】パルストランスは、磁気コアと、この磁気コアに対して同心状に施す低電圧電線からなる１次巻き線および２次巻き線とを備える。１次巻き線および２次巻き線を均等に密着させて施し、施した１次巻き線および２次巻き線をシリコンポッティングによってモールドする。１次巻き線および２次巻き線をシリコンポッティングによるモールドによって、巻き線の空間部分の電界強度を高く維持することができるため、巻き線間の絶縁破壊を防ぐことができる。さらに低電圧電線の被膜の厚さは高電圧電線の被膜の厚さよりも薄いため、巻き線を均等に密着させて施すことができるため、漏れインダクタンスを低減する。【選択図】図１
2010199223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気コアと、
前記磁気コアに対して同心状に施す１次巻き線および２次巻き線を備え、
前記１次巻き線および２次巻き線は、前記磁気コアに対して低電圧電線を同心状に均等に密着させて施し、
少なくとも前記施した１次巻き線および２次巻き線をシリコンポッティングによってモールドしたことを特徴とする、パルストランス。
【請求項２】
前記シリコンポッティングは、前記１次巻き線および２次巻き線を磁気コアと共に一体でモールドしたことを特徴とする、請求項１に記載のパルストランス。
【請求項３】
前記低電圧電線はポリエステル樹脂で被覆したポリエステル銅線であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のパルストランス。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一つに記載のパルストランスと、
このパルストランスの１次巻き線側に対して並列に接続されるコンデンサと、コンデンサからリアクトルを経由して１次巻き線へのエネルギー転送経路上に設けられるスイッチとを備え、
前記スイッチを閉じることによって形成されるエネルギー転送経路により１次巻き線側に発生する電圧に基づいて前記パルストランスの２次巻き線に誘導される高電圧パルスを出力することを特徴とするパルス電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス電源装置に関し、特にパルストランスの２次側の高電圧パルスを発生させるパルス電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサに充電した電荷を、パルストランスとスイッチング素子を介してエネルギーを転送させ、パルストランスの二次側から高電圧パルスを発生させるパルス電源装置が知られている。  
【０００３】
図２は従来のパルス電源装置の一例を説明するための回路図およびパルストランスの断面図である。
【０００４】
図２（ａ）に示す回路図において、パルス電源装置１０は、充電用電源１２，エネルギー転送用コンデンサ１３，１６，半導体スイッチ１４，リアクトル１５，およびパルストランス１１を備える。エネルギー転送用コンデンサ１３は、リアクトル１５とパルストランス１１の一次巻き線と半導体スイッチ１４との直列接続に対して並列に接続される。エネルギー転送用コンデンサ１３を充電用電源１２で充電した後に半導体スイッチ１４を閉じると、エネルギー転送用コンデンサ１３からリアクトル１５とパルストランス１１の一次巻き線および半導体スイッチ１４の閉回路を通してエネルギーが転送され、パルストランス１１の二次巻き線に高電圧のパルス電圧が誘起される。
【０００５】
図２（ｂ）に示す断面図において、パルストランス１１は、磁気コア１１ａ，１１ｂ、一次巻線１１ｅ、および二次巻線１１ｄを備え、一次巻線１１ｅと二次巻線１１ｄとの間には絶縁破壊を防止するために層間絶縁１１ｃが設けられる。なお、コアの形状は、図示したＥＩ型に限らず、トロイダル型、ＥＥ型等の形状とすることができる。（特許文献１参照）
【０００６】
パルストランスは、リソグラフィ光源、オゾン発生装置、水処理など種々の分野に適用される。例えば、非特許文献１や、特許文献２，３には高輝度放電灯等に適用したものが示されている。また、特許文献４にはＩＳＤＮ用パルストランスが示されている。
【０００７】
特許文献１では、一次巻線と二次巻線との間の磁気結合不良による漏れインダクンスの影響によって、パルスの立ち上がりの鈍化や、漏れインダクタンスと浮遊容量による出力電圧の共振といった問題が指摘され、この問題を解決するためにパルストランスの巻き線に同軸電線を用いる構成が提案されている。
【０００８】
非特許文献１には、パルストランスを小型化すると共に、絶縁耐圧性能を確保するために二次巻線の占積率を高める巻き線方法が提案されている。
【０００９】
特許文献２には、二次巻線の抵抗を下げて抵抗成分による温度上昇を避けるために、巻き数を減らすことが提案されている。このとき、出力を下げることなく抵抗を下げるためには、磁気コアの閉磁路構成として漏れ磁束を抑制すればよいと提案している。また、磁気コアに巻き線を固定するために、不飽和ポリエステル樹脂又は液晶ポリマー樹脂を使用することが示されている。
【００１０】
特許文献３には、ケース内のパルストランスとコネクタと放電防止部材にシリコン樹脂を充填して、パルストランスとコネクタ間の絶縁性を確保することが示されている。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−８０９０８号公報（段落０００２〜０００６参照）
【特許文献２】特開２００４−２０７４０５号公報（段落００２１，００２２，００４７参照）
【特許文献３】特開２００５−２８５３６１号公報（段落０００２〜０００４参照）
【特許文献４】特開平０７−２０１５８７号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】松下電工技法vol.53，No/.2，p97〜p103「車載用HID高圧パルストランスの高占積率巻線法」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来のパルス電源のパルストランスは、コア材に巻き線を施すことによって形成される。この巻き線は、高電圧が発生することから例えばシリコン電線等の高圧電線が用いられる。高圧電線は、導電材の外周に絶縁層を設けて形成している。
【００１４】
本出願の発明者は、パルストランスの絶縁層において漏れインダクタンスや絶縁破壊等の問題が生じることを見出した。
【００１５】
はじめに、漏れインダクタンスの問題について説明する。パルストランスでは、高電圧に耐えるために、高圧電線の導電材の周囲に厚い絶縁層が設けられている。絶縁層が厚い場合には、高圧電線とコア材との間の密着性が低下するため、高圧電線とコア材との間の漏れインダクタンスが増加することになる。漏れインダクタンスの増加は、例えばパルストランスを磁気パルス圧縮回路に適用した場合には、パルス電圧の立ち上がりが遅れるという問題が生じる他に、パルストランスの電圧時間積が増大するため、周辺部材が大型化するという問題が生じる。
【００１６】
漏れインダクタンスを減少させる一手法として、コアの断面積を大きくし、巻き線数を少なくすることが考えられる。この場合には、コアの断面積が大きくなるため、パルストランスのサイズが大型化し、さらに、製造コストが上昇するという問題が生じる。
【００１７】
また、漏れインダクタンスを減少させる別の手法として、巻き線を並列させて施すことが考えられる。この場合においても、巻き線を並列させるためにパルストランスのサイズが大型化するという問題が生じる。
【００１８】
上記した漏れインダクタンスの問題に対して種々の対策が提案されている。例えば、漏れインダクタンスにおいて、前記した特許文献１では、漏れインダクタンスに起因するパルスの立ち上がりの遅れ問題や出力電圧の共振問題に対して、高圧電線を同軸電線とする構成が提案されている。また、前記した特許文献４では、ＩＳＤＮ用パルストランスにおいて高いインダクタンスを得るために漏れインダクタンスが増加するという問題に対して、パイプ状の磁心を２本配列し、相対する側面を中心にバイファイラ巻線を施す構成が提案されている。しかしながら、前記した特許文献１，４に提案される漏れインダクタンスの低減手法は、何れもパルストランスのサイズが大型化するという問題が生じる。
【００１９】
上記したように、従来の漏れインダクタンスを低減させる手法では、パルストランスのサイズが大型化するという問題がある。
【００２０】
次に、絶縁破壊等の問題について説明する。パルストランスでは、高電圧印加時に巻き線間に存在する空気の不平等電界によって絶縁破壊が生じるという問題がある。この絶縁破壊の問題に対して、前記特許文献３では、コネクタ部分の絶縁破壊に注目し、ケース内にシリコン樹脂を充填することによってパルストランスとコネクタとの絶縁性を確保し、また、パルストランスと放電防止部材との間に絶縁材料を充填することによって空気層を除去してコロナ放電の発生を防ぐことが提案されている。
【００２１】
しかしながら、前記した特許文献３に提案される絶縁破壊を防止する手法をパルストランスに適用した場合には、高圧電線が用いられているため、漏れインダクタンスが増加するという問題が生じる。
【００２２】
上記したように、従来のパルストランスでは、漏れインダクタンスの低減とパルストランスのサイズの小型化を同時に解決することが困難であるという問題がある。
【００２３】
また、漏れインダクタンスの低減と電線間の絶縁破壊の防止を同時に解決することが困難であるという問題がある。
【００２４】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、漏れインダクタンスの低減とパルストランスのサイズの小型化を同時に解決することを目的とし、また、漏れインダクタンスの低減と電線間の絶縁破壊の防止を同時に解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明のパルストランスは、磁気コアと、この磁気コアに対して同心状に施す低電圧電線からなる１次巻き線および２次巻き線とを備える。１次巻き線および２次巻き線を均等に密着させて施して漏れインダクタンスを低減し、施した１次巻き線および２次巻き線をシリコンポッティングによってモールドすることで形成する。シリコンポッティングは、１次巻き線および２次巻き線を磁気コアと共に一体でモールドしてもよい。
【００２６】
本発明のパルストランスは、１次巻き線および２次巻き線をシリコンポッティングによってモールドすることによって、巻き線の空間部分の電界強度を高く維持することができるため、巻き線間の絶縁破壊を防ぐことができる。
【００２７】
また、シリコンポッティングによって巻き線をモールドすることによって、高電圧用の被覆が厚い高電圧電線を用いることなく低電圧電線を用いることができる。低電圧電線はポリエステル樹脂で被覆したポリエステル銅線を用いることができる。ポリエステル銅線等の低電圧電線の被膜の厚さは高電圧電線の被膜の厚さよりも薄いため、密着して巻き線を施すことができる。したがって巻き線の漏れインダクタンスを低減させることができる。
【００２８】
さらに、ポリエステル銅線は高電圧電線よりも安価であるため、電線のコストを低減させてパルストランスのコストを低減させることができる。
【００２９】
本発明のパルストランスは、絶縁破壊を防ぎつつ漏れインダクタンスを低減することによって、巻き線の巻き数を増やしてパルストランスを小型化、軽量化することができる。
【００３０】
これは、パルストランスにおいて、電圧Ｖは磁気コアの断面積Ａと電線の巻き数ｎと磁束密度Ｂとの間にＶ＝Ａ・ｎ・（dＢ/dｔ）の関係があり、出力電圧Ｖを一定としたままであれば、電線の巻き数ｎを増やすことによってコアの断面積Ａを低減させることができるためである。
【００３１】
また、本発明のパルス電源装置は、パルストランスと、パルストランスの１次巻き線側に対して並列に接続されるコンデンサと、コンデンサからリアクトルを経由して１次巻き線へのエネルギー転送経路上に設けられるスイッチとを備えた構成とし、スイッチを閉じることによって形成されるエネルギー転送経路により１次巻き線側に発生する電圧に基づいてパルストランスの２次巻き線に誘導される高電圧パルスを出力する。本発明のパルス電源装置は、本発明のパルストランスを用いて構成することで、パルス電源装置を小型化し、軽量化することができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明のパルス電源装置によれば、漏れインダクタンスの低減とパルストランスのサイズの小型化を同時に実現することができる。
【００３３】
また、本発明のパルス電源装置によれば、漏れインダクタンスの低減と電線間の絶縁破壊の防止を同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のパルストランスの第１、２、３の形態の概略を説明するための図である。
【図２】パルス電源装置の一例を説明するための回路図、およびパルストランスの一例を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。以下、本発明のパルストランスの構成例について、図１を用いて説明する。
【００３６】
［パルストランスの第１、２、３の形態］
本発明のパルストランスの第１、２、３の形態について説明する。図１は本発明のパルストランスの第１、２、３の形態の概略を説明するための図である。以下では、第１、２、３の形態をそれぞれパルストランス１Ａ，１Ｂ，１Ｃにより説明する。
【００３７】
図１において、パルストランス１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、ＥＩ型の磁気コアの別の構成例を示している。パルストランス１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、Ｅ型の磁気コア部２ａとＩ型の磁気コア部２ｂとから構成される磁気コア２と、磁気コア部２ａに施される１次巻き線３および２次巻き線４と、シリコンポッティングで形成されるモールド部５とを備える。
【００３８】
Ｅ型の磁気コア部２ａは、例えば、フェライトコアによって断面形状をＥ型に形成し、Ｉ型の磁気コア部２ｂは、フェライトコアによって断面形状をＩ型に形成し、磁気コア部２ａのＥ型形状の開放端に磁気コア部２ｂの側部が対向するように配置して磁気回路を形成する。
【００３９】
１次巻き線３および２次巻き線４は、ポリエステル樹脂を銅線の周囲に被膜してなるポリエステル銅線等の低電圧電線を用いることができる。
【００４０】
パルストランス１Ａは、図１（ａ）において、２次巻き線４を絶縁体のボビンを介することなくＥ型の磁気コア部２ａの外周面のほぼ全面に亘って施し、１次巻き線３を２次巻き線４の外側に施す。なお、１次巻き線３は２次巻き線４が施された全長に亘って施す。
【００４１】
１次巻き線３の外側にさらに２次巻き線４を施して、１次巻き線３を２次巻き線４で挟み込むような構造としてもよい。
【００４２】
パルストランス１Ｂは、図１（ｂ）において、１次巻き線３を絶縁体のボビンを介することなく磁気コア部２ａの外周面のほぼ全面に亘って施し、２次巻き線４を１次巻き線３の外側に施す。
【００４３】
２次巻き線４の外側にさらに１次巻き線３を施して、２次巻き線４を１次巻き線３で挟み込むような構造としてもよい。
【００４４】
パルストランス１Ａ，１Ｂの１次巻き線３および２次巻き線４は、磁気コア部２ａに対して同心状に均等に密着させて施す。これによって漏れインダクタンスを低減する。
【００４５】
パルストランス１Ａ，１Ｂのモールド部５は、磁気コア部２ａの外周に施された１次巻き線３および２次巻き線４を絶縁すると共に磁気コア部２ｃに対して固定する。モールド部５は、磁気コア部２ａに１次巻き線３および２次巻き線４を施し、磁気コア部２ｂを取り付けた後、シリコン樹脂を充填することで形成することができる。
【００４６】
パルストランス１Ｃは、図１（ｃ）において、巻き線部のみでなく、磁気コア部２ａ，２ｂ共にシリコンポッティングを行って、パルストランスを一体のモールド部を形成する構成例である。
【００４７】
本発明の各態様のパルストランスによれば、漏れインダクタンスを低減することができるため巻き線を増加させることができ、これによってパルストランスの磁気コアの面積を低減しても電圧時間積を所定の値を維持することが可能となり、パルストランスを小型化、軽量化することができる。
【００４８】
［パルス電源装置の形態］
本発明のパルストランスの各態様はパルス電源装置に適用することができる。パルス電源装置は、図２（ａ）で示して回路と同様の構成とすることができ、パルス電源装置は、充電用電源，エネルギー転送用コンデンサ，リアクトル、半導体スイッチ，およびパルストランスにより構成することができる。
【００４９】
エネルギー転送用コンデンサと、リアクトル、パルストランスの一次巻き線と半導体スイッチは直列接続されている。半導体スイッチを開いた状態でエネルギー転送用コンデンサを充電電源で充電し、エネルギー転送用コンデンサを充電した後に半導体スイッチを閉じる。半導体スイッチが閉じることによって形成されるエネルギー転送経路により１次巻き線側に発生する電圧に基づいて、パルストランスの二次巻き線に高電圧のパルス電圧が誘起される。
【００５０】
本発明のパルス電源装置によれば、パルストランスでの高電圧発生において、１次巻き線および２次巻き線はシリコンポッティングによるモールドによって高い電界強度が得られるため、コロナ放電を防ぐことができる。
【００５１】
また、パルストランスの漏れインダクタンスを少なくして磁気コアの面積を減らすことができるため、パルス電源装置を小型化、軽量化することができる。
【００５２】
なお、このパルス電源装置の構成は一例であって、この構成に限られるものではない。
【００５３】
なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨に基づいて種々変形することが可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明のパルス電源装置は、リソグラフィ光源、オゾン発生装置、水処理、イグナイタなどの分野に適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１Ａ〜１Ｃ    パルストランス
２    磁気コア
２ａ    磁気コア部
２ｂ    磁気コア部
３    １次巻き線
４    ２次巻き線
５    モールド部
１０    パルス電源装置
１１    パルストランス
１１ａ，１１ｂ    磁気コア
１１ｃ    一次巻線
１１ｄ    二次巻線
１１ｅ    層間絶縁
１２    充電用電源
１３，１６    エネルギー転送用コンデンサ
１４    半導体スイッチ
１５    リアクトル
【図２】
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【図１】
2010199223.tif 000004