(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電器と、この充電器で初期充電されるコンデンサ及びこのコンデンサからのパルス放電電流を制御する半導体スイッチを設けた初段パルス発生回路と、このパルス発生回路からのパルス電流をトランスや可飽和リアクトルを有してパルス圧縮する磁気パルス圧縮回路とを備えたパルス電源において、
前記初段パルス発生回路と磁気パルス圧縮回路を剥き出しのまま１つの筺体内に収納して接続できる構造とし、前記初段パルス発生回路は前記筺体に着脱可能なカートリッジ構造にしたことを特徴とするパルス電源。
【請求項２】
前記初段パルス発生回路は、前記コンデンサと半導体スイッチ及び可飽和リアクトルとした回路構成、該可飽和リアクトルを前記磁気パルス圧縮回路側に移した回路構成、前記磁気パルス圧縮回路との接続端の一方を接地端子とする回路構成、前記磁気パルス圧縮回路との接続部分から前記可飽和リアクトルを移した回路構成の何れかの回路構成を特徴とする請求項１記載のパルス電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電圧・大電流の短パルスを発生するパルス電源に係り、特にパルス電源の組み立て構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルスレーザ励起やパルスプラズマ発生、パルス脱硝装置等のパルス電源として、半導体スイッチと磁気スイッチになる可飽和リアクトル又は可飽和トランスを組合せたものがある。
【０００３】
図３は、半導体スイッチと可飽和リアクトルを組み合わせたパルス電源の回路例を示す。同図において、初段エネルギー蓄積用コンデンサＣ0は、インバータと整流回路等で構成された高圧直流電源になる充電器ＤＣＨＶにより初期充電される。ＧＴＯで示す半導体スイッチＳＷは、１つの半導体スイッチング素子とそのゲート制御回路とスナバ回路を有して構成された初段スイッチにされる。可飽和リアクトルＳＩ0は、スイッチＳＷのオンによるコンデンサＣ0から矢印で示す経路の放電パルス電流Ｉ0に対して、その飽和までの遅れでスイッチＳＷのスイッチング損失を減らす磁気アシスト手段になる。
【０００４】
パルストランスＰＴは、放電パルス電流Ｉ0により一次巻線に印加されるパルス電圧を昇圧してコンデンサＣ1を充電する。可飽和リアクトルＳＩ1は、コンデンサＣ１の充電が所定レベルまで達したときに飽和し、低インピーダンスになってコンデンサＣ1からコンデンサＣ2への放電パルス電流Ｉ1を発生する磁気パルス圧縮手段になる。
【０００５】
同様に、可飽和リアクトルＳＩ2は、コンデンサＣ2の充電でピーキングコンデンサＣPへの放電パルス電流Ｉ2を発生する磁気パルス圧縮手段になる。
【０００６】
ピーキングコンデンサＣPは、レーザヘッドＬＨと共にレーザ発振器を構成したパルス電源の負荷となり、磁気パルス圧縮されたパルス電流により高圧充電され、一定電圧までの充電でレーザヘッドＬＨに放電パルス電流を供給する。
【０００７】
なお、パルス電源の構成は、図３に示すものに限らず、パルストランスＰＴに代えて可飽和トランスを用いたもの、さらにトランスを複数段設けたものなど種々の変形例がある。また、半導体スイッチＳＷには、サイリスタやＧＴＯ、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ等が使用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパルス電源は、充電器ＤＣＨＶを除いて、初段コンデンサＣ0からピーキングコンデンサＣP前段までを１つの筺体内に収めた一体型となっている。
【０００９】
これは、磁気パルス圧縮で短パルスを得るために、ＬＣ振動電流の発生時のインダクタンス成分を極力小さくすることが要求されることから、回路要素間を至近距離に配置するためのものである。
【００１０】
この一体化構造において、磁気パルス圧縮に用いる可飽和トランスや可飽和リアクトルは、鉄を主成分とする磁心が大部分の容積を占め、重量物になる。
【００１１】
このため、パルス電源としては、磁気パルス圧縮段数及び電流容量の増大に伴って大型で重い装置になり、その組み立てや修理、運搬、据え付けなどの取り扱いが難しくなるし、大掛かりな作業になる。特に、絶縁や冷却を考慮したパルス電源の場合、絶縁油を入れたタンク内に主回路全体を入れる場合に問題となる。
【００１２】
このような課題を解消する方法として、半導体スイッチユニットと磁気スイッチユニットのように２つのユニットに完全に分離した構造のものがある。
【００１３】
図４は、ユニット化した構造を示し、パルス電源の充電器（ＤＣＨＶ）ユニット１と、コンデンサＣ０と可飽和リアクトルＳＩ０及び半導体スイッチＳＷからなる初段パルス発生回路ユニット２と、パルストランスＰＴと可飽和リアクトルＳＩ１，ＳＩ２及びコンデンサＣ１，Ｃ２からなる磁気パルス圧縮回路ユニット３と、電源コントローラユニット４に分離構成し、各ユニット間を同軸ケーブルや導体バーで接続する。さらに、磁気パルス圧縮回路ユニットが多段の構成になる場合に可飽和リアクトルとコンデンサの組み別にユニット化した構成にする場合もある。
【００１４】
このユニット化構造では、個々のユニットの重量を軽くできるが、各ユニット間を比較的長い同軸ケーブルや導体バーで接続することになり、接続部でのインダクタンスが大きくなって狭幅のパルス特性に影響を及ぼしたり、接続部のケーブルや導体が大型化してしまう。また、接続部での発生ノイズの漏洩が起こり易く、接続部のノイズ対策のために大型のシールドが必要となる。
【００１５】
本発明の目的は、電気的性能を落とすことなく、装置の小型化及び取り扱いを容易にするパルス電源を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、初段パルス発生回路と磁気パルス圧縮回路を剥き出しのまま１つの筺体内に収納し、しかも初段パルス発生回路をカートリッジ化して筺体から着脱可能にした構造とするもので、以下の構成を特徴とする。
【００１７】
充電器と、この充電器で初期充電されるコンデンサ及びこのコンデンサからのパルス放電電流を制御する半導体スイッチを設けた初段パルス発生回路と、このパルス発生回路からのパルス電流をトランスや可飽和リアクトルを有してパルス圧縮する磁気パルス圧縮回路とを備えたパルス電源において、
前記初段パルス発生回路と磁気パルス圧縮回路を剥き出しのまま１つの筺体内に収納して接続できる構造とし、前記初段パルス発生回路は前記筺体に着脱可能なカートリッジ構造としたことを特徴とする。
【００１８】
また、前記初段パルス発生回路は、前記コンデンサと半導体スイッチ及び可飽和リアクトルとした回路構成、該可飽和リアクトルを前記磁気パルス圧縮回路側に移した回路構成、前記磁気パルス圧縮回路との接続端の一方を接地端子とする回路構成、前記磁気パルス圧縮回路との接続部分から前記可飽和リアクトルを移した回路構成の何れかの回路構成を特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態を示すユニット構成である。同図が図４と異なる部分は、初段パルス発生回路ユニット２の構成部品と磁気パルス圧縮回路ユニット３を１つの筺体５内に一括収納し、筺体内では初段パルス発生回路５Ａをカートリッジとして筺体５から着脱可能にし、磁気パルス圧縮回路５Ｂは筺体内に固定した構造とする点にある。
【００２０】
カートリッジ構造になる初段パルス発生回路５Ａ及び磁気パルス圧縮回路５Ｂは、従来のカバーで密閉化したユニット２、３と異なり、構成部品を剥き出しのままにした構造とし、その軽量化やコストの低減を得る。
【００２１】
また、回路部品の絶縁や冷却を行う構造では、筺体５内に絶縁油を入れ、磁気パルス圧縮回路５Ｂは筺体５内に固定とし、初段パルス発生回路５Ａはカートリッジとして出し入れする構造とする。
【００２２】
このような構造によれば、パルス発生回路と磁気パルス圧縮が１つの筺体５内に収納され、従来の完全分離したユニット構造に比べて、構造部品の点数が少なく、装置全体としては小型化が可能となるし、コストダウンを図ることができる。また、カートリッジ５Ａを筺体５から抜き出して分離できるため、ユニット単位では従来のユニット構造と同等以上の軽量化を図ることができる。
【００２３】
また、カートリッジ５Ａと磁気パルス圧縮回路５Ｂの接続部分は、従来のユニット構造に比べて短い間隙に渡す導体で済み、接続部で発生するインダクタンスを容易に小さくすることができ、狭幅のパルス電流にも影響が少なくなるし、回路的責務も軽減される。
【００２４】
また、絶縁と冷却のために絶縁油やパーフロロカーボンを使う場合、筺体５をタンクとし、初段パルス発生回路５Ａのメンテナンスにはカートリッジを引き出して行うことができ、メンテナンスが容易になる。なお、メンテナンスを必要とするのは、回路的には、能動部品になる半導体スイッチＳＷを持つ初段パルス発生回路５Ａの方が多く、受動部品の組み合わせになる磁気パルス圧縮回路５Ｂのメンテナンスは極めて少ない。
【００２５】
次に、初段パルス発生回路５Ａと磁気パルス圧縮回路５Ｂの内部に設ける回路構成の実施形態を図２の（ａ）〜（ｄ）に示す。
【００２６】
同図の（ａ）は、カートリッジにされる初段パルス発生回路５Ａに初段のコンデンサＣ0と半導体スイッチＳＷを一括収納し、磁気パルス圧縮回路５Ｂには可飽和リアクトルＳＩ0以降の回路部品を一括接続した構造とする場合である。
【００２７】
この構成では、可飽和リアクトルＳＩ0を初段パルス発生回路５Ａから磁気パルス圧縮回路５Ｂに移すため、カートリッジ自体の軽量、小型化を図り、メンテナンスを容易にする。
【００２８】
図２の（ｂ）は、（ａ）の構成に加えて、半導体スイッチＳＷとパルストランスＰＴの接続端を接地端子とする回路構成とする場合である。
【００２９】
この構成では、初段パルス発生回路５Ａと磁気パルス圧縮回路５Ｂの接続箇所の１つが接地端子になるため、両回路間を接続するための絶縁が１カ所で済む。また、同一筺体内で底板を両回路のアースとすることで共通化でき、接続構造が簡単になるのに加えて、発生ノイズの軽減にもなる。
【００３０】
図２の（ｃ）は、（ｂ）の構成に加えて、可飽和リアクトルＳＩ0を初段パルス発生回路５Ａ側に移した回路構成とする場合である。
【００３１】
この構成では、（ｂ）の構成の作用効果に加えて、初段パルス発生回路５Ａと磁気パルス圧縮回路５Ｂとの重量バランスの平均化を図ることができる。
【００３２】
図２の（ｄ）は、（ｃ）の構成に加えて、初段コンデンサＣ0の充電ループから可飽和リアクトルＳＩ0を外した回路構成とする場合である。
【００３３】
この構成では、（ｃ）の作用効果に加えて、磁気パルス圧縮回路５Ｂとの接続部に可飽和リアクトルＳＩ0が介在することがなくなり、接続部の構造を簡単にすることができる。
【００３４】
以上までの実施形態は、初段パルス発生回路及び磁気パルス圧縮回路の構成を適宜設計変更した装置に適用して同等の作用効果を得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、初段パルス発生回路と磁気パルス圧縮回路を剥き出しのまま１つの筺体内に収納し、しかも初段パルス発生回路をカートリッジ化して筺体から着脱可能にした構造とするため、以下の効果がある。
【００３６】
（１）初段パルス発生回路と磁気パルス圧縮回路を１つの筺体に収納することで、それらをユニット化する従来構造に比べて、装置の小型化及び部品点数を少なくしてコストダウンを図ることができる。
【００３７】
（２）初段パルス発生回路と磁気パルス圧縮回路の接続部分のループインダクタンスを小さくでき、一体型と同等の電気的性能を得ることができる。
【００３８】
（３）初段パルス発生回路をカートリッジ化するため、メンテナンスや運搬などその取り扱いが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すパルス電源のユニット構成。
【図２】実施形態におけるカートリッジの回路構成。
【図３】パルス電源の回路例。
【図４】従来のパルス電源のユニット構成。
【符号の説明】
１…充電器ユニット
２…初段パルス発生回路ユニット
３…磁気パルス圧縮回路ユニット
４…電源コントローラ
５…筺体
５Ａ…カートリッジ化した初段パルス発生回路
５Ｂ…磁気パルス圧縮回路
Ｃ0、Ｃ1、Ｃ2、ＣP…コンデンサ
ＳＩ0、ＳＩ1、ＳＩ2…可飽和リアクトル
ＳＷ…半導体スイッチ
ＰＴ…パルストランス
ＬＨ…レーザヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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