(57)【要約】【課題】  シェンケル型直流高圧電源において、出力電圧のリップルを規定値の範囲内に収めるために、高電圧ターミナル５と電源タンク１内壁の間に生ずる平滑コンデンサーとして働く浮遊容量９を大きくしようとすると、高電圧ターミナル５を大きくせねばならず、このため電源全体が大型化してしまっていた。【解決手段】  高電圧ターミナル５と電源タンク１内壁の間に、大地電位に接続された可動電極１０を設け、これを出力電圧に対応する絶縁距離まで高電圧ターミナルに近づけることによって、平滑コンデンサーとして働く浮遊容量９を大きくする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧ターミナルと、電源タンク内壁との間に、大地電位に接続された可動電極を設けたことを特徴とするシェンケル型直流高圧電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子線加速器あるいはイオン加速器のような粒子線加速器の加速電源などに用いられる直流高圧電源、特にシェンケル型直流高圧電源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は従来から用いられてきたシェンケル形直流高圧電源の構成図である。
【０００３】
図１に示すとおり、電源タンク１の内部に複数個の整流器６が同じ方向に直列接続され、これらの整流器６の個々の結節点に相当する箇所に複数段のシールド電極４が接続されている。これら複数段のシールド電極４に対向するように一組の高周波電極３が設けられ、この一組の高周波電極３には高周波入力電源２から高周波電力が供給される。
【０００４】
最上段となる整流器６の高電圧出力端には高電圧ターミナル５が接続され、最下段となる整流器６は接地電流計７を介して大地に接続されている。
【０００５】
高電圧ターミナル５と大地電位である電源タンク１の間には平滑コンデンサーとして働く浮遊容量ＣＨＶ９が生じ、および個々のシールド電極４と高周波電極３との間には浮遊容量ＣＳＥ８が生じる。これらの浮遊容量ＣＳＥ８と浮遊容量ＣＨＶ９と整流器６が昇圧回路を構成し、高周波入力電源２より高周波電力が供給されると、高電圧ターミナル５に高電圧が発生することになる。図１における整流器６の接続された向きにより、図１中の高電圧ターミナル５は負の高電圧となり、図１のシェンケル型直流高圧電源は負の高電圧電源として働く。もし、整流器６を全て逆向きに接続すれば、正の高電圧電源となる。
【特許文献１】特開平３−１０３０７３（第１図）
【特許文献２】実開平７−３２９４（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような直流高圧電源を設計するにあたっては、前もって決められた最大出力電圧から、電源タンク１とその内部に収納する機器の間の絶縁距離を決定し、出力する電圧のリップル含有率が規定値（普通１％）の範囲内に収まるように、最大出力電流に基づいて平滑コンデンサーとして働く浮遊容量ＣＨＶ９が決定されている。言うまでもなく、リップル含有率が大きいことは直流高圧電源として望ましくない。
【０００７】
例として、例えば最大出力電圧１０００ｋＶ発生時の出力電流が１００ｍＡであった場合（即ち１００ｋＷ出力の場合）、絶縁距離は最大出力電圧の１０００ｋＶから決定する必要があるが、平滑コンデンサーとなる浮遊容量ＣＨＶ９はこのときの出力電流１００ｍＡから決定することが出来ない。
【０００８】
なぜならば、このような直流高圧電源は、最大出力電圧以下の電圧で運転されることも普通であり、例えば５００ｋＶで運転する際には最大電流は２００ｍＡとなるので、絶縁距離は最大出力電圧１０００ｋＶから決定し、平滑コンデンサーとなる浮遊容量ＣＨＶ９は５００ｋＶで運転する際の２００ｍＡから決定しなくてはならないことになる。
【０００９】
ところで、出力電圧のリップルを小さくするためには、平滑コンデンサーとなる浮遊容量ＣＨＶ９を増大させる必要があり、これを達成するためには電源タンク１内の気体の誘電率を上げるか、高電圧ターミナル５とこれに対向する電源タンク１の内壁（図１では天井部）との間の距離を縮めるか、又は、高電圧ターミナル５の電源タンク１内壁に対向する部分の面積を増大させる必要がある。
【００１０】
しかし、電源タンク１内気体の誘電率は使用する気体（例えば、空気、窒素、二酸化炭
素、あるいは六フッ化硫黄、あるいはこれらの混合気体）によって決定され、また、最大
出力電圧発生時の絶縁距離を確保する必要性から、高電圧ターミナル５とこれに対向する
電源タンク１の内壁（図１では天井部）との間の距離をむやみに縮めることも出来ない。
【００１１】
従って、従来から、高電圧ターミナル５の電源タンク１内壁に対向する部分の面積を調整することで、浮遊容量ＣＨＶ９を所定の大きさにすることが行われてきた。つまり、このやり方では高電圧ターミナル５の寸法を、電圧のリップル含有率が規定値に収まるような大きさにしなくてはならない。その結果、電源の機械的寸法の増大を招き、さらに、この電源を使用する装置全体が大型化してしまうという問題が生じていた。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、高電圧ターミナルと、電源タンク内壁との間に、大地電位に接続された可動電極を設けたことを課題解決の手段とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によるシェンケル型直流高圧電源は、電源タンクの内壁と、高電圧出力端に接続された高電圧ターミナルとの間に、大地電位に接続された可動電極を設けているので、出力電圧に応じて高電圧ターミナルと可動電極との距離を、出力電圧で許容される絶縁距離まで近づけることにより、平滑コンデンサーとして働く浮遊容量をそれだけ大きく採ることが出来る。これによって、その出力電圧におけるリップルを小さくすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るシェンケル型直流高圧電源の実施例について、図２と図３を参照しながら説明する。
【実施例】
【００１５】
図２は本発明に係るシェンケル型直流高圧電源の構成図である。図２において、図１と同じ構成要素には同じ名称と番号を付与している。従来例の図１との相違点は、高電圧ターミナル５の上部、電源タンク１との間に、大地電位に接続され、しかも電極昇降機構１１によって昇降する可動電極１０を設けたことである。この電極昇降機構１１を稼動させることによって、可動電極１０と高電圧ターミナル５との距離を可変とすることができる。これにより、可動電極１０と高電圧ターミナル５との距離を出力電圧によって許容される絶縁距離まで近づけることによって、浮遊容量ＣＨＶ９をそれだけ大きくすることが出来る。高電圧を発生する機構については図１記載の従来例と同じであるので省略する。
【００１６】
本発明に係るシェンケル型直流高圧電源が、リップル含有率を規定値の範囲内に収めるために、どのように動作するかについて、以下、図２と図３を用いて説明する。
【００１７】
例えば、本発明に係るシェンケル型直流高圧電源の電圧定格範囲が５００ｋＶから１０００ｋＶであり、出力が１００Ｗである場合について説明する。この場合、１０００ｋＶ出力時には出力電流は１００ｍＡ、５００ｋＶ出力時には２００ｍＡとなる。
【００１８】
１０００ｋＶの最大電圧発生時には、可動電極１０を高電圧ターミナル５から、この電圧に対応する絶縁距離だけ離すことによって絶縁耐圧を確保する。このときには可動電極１０は最も上に位置し、高電圧ターミナル５との距離は最大となっている。この状態では電流値が１００ｍＡであるから、この電流に対して、出力電圧のリップル含有率が規定値の範囲内に収まる大きさに浮遊容量ＣＨＶ９、即ち、電源タンク１と高電圧ターミナル５の寸法が決定される。
【００１９】
上記の状態のまま、５００ｋＶ出力にて２００ｍＡの電流を発生させた場合、電圧のリップル含有率は規定値の範囲を超えてしまう。このとき、可動電極１０を下げることによって、高電圧ターミナル５との距離を縮めると、平滑コンデンサーとして働く浮遊容量ＣＨＶ９の大きさを大きくすることが出来、その結果、リップル含有率を規定値の範囲内に収めることが出来る。
【００２０】
もう少し定量的な説明をすると以下の通りである。簡単のため、高電圧ターミナル５と可動電極１０の間に生じる浮遊容量ＣＨＶ９は、高電圧ターミナル５と可動電極１０が形成するほぼ平行平板からなるコンデンサーのそれであると見なす。ここで、１０００ｋＶ出力時の可動電極１０の位置（即ち最も上の位置）に対応して可動電極１０と高電圧ターミナル５の間に生じる浮遊容量ＣＨＶ９をＣＨＶ［Ｕ］、５００ｋＶ時に対応した（即ち最も低い）可動電極１０の位置に対応したＣＨＶ９をＣＨＶ［Ｌ］と書くことにする。１０００ｋＶ出力時の可動電極１０と高電圧ターミナル５の距離は、５００ｋＶ出力時の二倍程度であるから、２ＣＨＶ［Ｕ］＝ＣＨＶ［Ｌ］が成立する。
【００２１】
さて、図２中の最終段（図２中では一番上）の整流器６と、浮遊容量ＣＨＶ９によって構成される半波整流回路を考える。Ｅ０を出力電圧（単位：Ｖ）、Ｅｒをリップル（単位：Ｖ）、Ｉを出力電流（単位：Ａ）とすると、抵抗ＲＬは、ＲＬ＝Ｅ０／Ｉ（単位：Ω）、リップル含有率は、Ｅｒ／Ｅ０（単位：％）で表される。
【００２２】
以上に基づくと、１０００ｋＶの最大出力電流時にＲＬ＝［１０００（ｋＶ）／１００（ｍＡ）］＝１０ＭΩ、５００ｋＶの最大出力電流時にＲＬ＝［５００（ｋＶ）／２００（ｍＡ）］＝２．５ＭΩとなる。ここで、浮遊容量ＣＨＶ９（単位：Ｆ）が、上記のＣＨＶ［Ｕ］とＣＨＶ［Ｌ］の大きさの場合について、ＲＬを横軸、Ｅｒ／Ｅ０を横軸に採って、両対数グラフ上に、ＣＨＶ［Ｕ］の場合とＣＨＶ［Ｌ］の場合について、ＲＬとＥｒ／Ｅ０の関係を書けば図３のようになる。リップル含有率Ｅｒ／Ｅ０の規定値は１％であるので１０００ｋＶ出力時については、図３中のＢ点で本発明に係るシェンケル型直流高圧電源の状態が表される。このとき、可動電極１０の位置をそのままにして５００ｋＶ出力の状態へと移行すると、ＲＬとＥｒ／Ｅ０の関係は、図３中の矢印ｂの方向へ移行する。つまりリップル含有率Ｅｒ／Ｅ０が規定値の１％を超えてしまう。
【００２３】
しかし、ここで可動電極１０を下げてやって、最も低い位置にして浮遊容量ＣＨＶ９を大きくし、ＣＨＶ［Ｌ］（即ち２ＣＨＶ［Ｕ］）にすると、シェンケル型直流電源装置のＲＬとＥｒ／Ｅ０の関係は、図３中の矢印ａの方向へ移行し、点Ａの状態になる。即ち、本発明に係るシェンケル型直流電源装置の状態は点Ｂから点Ａの状態へと移行したことになり、リップル含有率Ｅｒ／Ｅ０を規定値１％に収めることが出来たことが判る。これは、シェンケル型直流電源装置を大型化することなく、平滑コンデンサーとして働く浮遊容量ＣＨＶ９を増大させることで、リップル含有率Ｅｒ／Ｅ０を規定値へと抑制できたことを意味する。
【００２４】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は実施例に限られるものではない。本発明に用いる直流高電圧発生用の昇圧回路としては、図１と図２記載の回路の他に、特許文献２に記載のような所謂、バランス形として知られているシェンケル形の昇圧回路を用いても良い。本発明においては、可動電極１０を上下させるための電極昇降機構１１は大地側に設けられているので、種々の機械装置を用いることが出来、特段の工夫を要しない。また、本発明においては、電源装置は高電圧ターミナル５が上部に位置する構成を採っているが、電源装置全体が横になった構成とし、高電圧ターミナル５を横部に設ける構成を採ることも出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来から用いられてきたシェンケル型直流高圧電源装置の構成図である。
【図２】本発明に係るシェンケル型直流高圧電源装置の構成図である。
【図３】二種の浮遊容量ＣＨＶについて、リップル含有率と抵抗の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１．電源タンク
２．高周波入力電源
３．高周波電極
４．シールド電極
５．高電圧ターミナル
６．整流器
７．接地電流計
８．浮遊容量ＣＳＥ
９．浮遊容量ＣＨＶ
１０．可動電極
１１．電極昇降機構
【図１】
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【図２】
2010098842.tif 000004
【図３】
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