(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線手段及び二次巻線手段を備えた変圧器であって、
前記一次巻線手段が第１の複数個のトロイド型磁気回路を備え、該第１の複数個のトロイド型磁気回路の各々が第１の複数回の巻数を有しており、
前記第１の複数個のトロイド型磁気回路の各々は、
ａ）前記第１の複数個のトロイド型磁気回路の内の他の少なくとも一つのトロイド型磁気回路と並列に電気接続されるか、
ｂ)各自の電源手段により給電されるかのいずれかであり、
前記二次巻線手段が第２の複数個の磁気回路を備え、該第２の複数個の磁気回路の各々が第２の複数回の巻数を有しており、前記第２の複数個の磁気回路は直列に電気接続されており、
前記一次巻線手段は、単巻導電ループ手段により前記二次巻線手段に電磁結合される、
ことを特徴とする変圧器。
【請求項２】
前記一次巻線手段及び二次巻線手段が同軸上にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の変圧器。
【請求項３】
前記二次巻線手段の前記磁気回路の少なくとも１つに、前記変圧器からのＤＣ出力を供給するための整流器手段及びフィルタ手段が設けられる、
ことを特徴とする請求項２に記載の変圧器。
【請求項４】
前記二次巻線手段の前記磁気回路の少なくとも１つに、誘導性平滑化フィルタ手段がさらに設けられる、
ことを特徴とする請求項３に記載の変圧器。
【請求項５】
前記誘導性平滑化フィルタ手段が二重巻インダクタである、
ことを特徴とする請求項４に記載の変圧器。
【請求項６】
前記第２の複数個の磁気回路の各々の前記誘導性平滑化フィルタ手段が共通コアを有する、
ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の変圧器。
【請求項７】
前記単巻導電ループ手段内にインダクタンス手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の変圧器。
【請求項８】
前記単巻導電ループ手段が、前記一次巻線手段及び二次巻線手段と同軸上にある管手段を備える、
ことを特徴とする請求項２から請求項７のいずれかに記載の変圧器。
【請求項９】
前記単巻導電ループ手段が、成形伝導性側板手段及び基部手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項８に記載の変圧器。
【請求項１０】
前記成形伝導性側板手段に、冷却液を通すための少なくとも１つの開口部が設けられる、
ことを特徴とする請求項９に記載の変圧器。
【請求項１１】
前記第１の複数個のトロイド型磁気回路の各々、前記複数個の第２の磁気回路の各々、前記整流器手段、及び前記フィルタ手段が、それぞれのプリント回路基板手段に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項３に記載の変圧器。
【請求項１２】
誘導性平滑化フィルタ手段が、前記それぞれのプリント回路基板手段に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１１に記載の変圧器。
【請求項１３】
前記一次巻線手段及び前記二次巻線手段が横並びの関係にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の変圧器。
【請求項１４】
前記二次巻線手段が超高圧端部絶縁手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１３に記載の変圧器。
【請求項１５】
前記二次巻線手段が２つの磁気回路群の中に配置され、該２つの磁気回路群の間の前記二次巻線手段の実質的に中央部から二次電圧が取り出されるようにした、
ことを特徴とする請求項１３に記載の変圧器。
【請求項１６】
前記一次巻線手段と前記二次巻線手段との間に仕切り手段が設けられる、
ことを特徴とする請求項１３に記載の変圧器。
【請求項１７】
前記一次巻線手段と同軸上かつその内部に前記誘導性平滑化フィルタ手段が設けられる、
ことを特徴とする請求項４に記載の変圧器。
【請求項１８】
前記二次巻線手段の前記磁気回路は、該二次巻線手段の高電圧端部から低電圧端部へ向けて減少する直径を有する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の変圧器。
【請求項１９】
前記一次巻線手段が第１の磁気回路群と第２の磁気回路群とに分割され、該第１及び第２の群は、これらのそれぞれの軸が前記二次巻線手段の軸と共線を成し、前記第１の群が前記二次巻線手段の第１の端部に、及び前記第２の群が前記二次巻線手段の前記第１の端部とは反対側の第２の端部にある状態で配列される、
ことを特徴とする請求項１に記載の変圧器。
【請求項２０】
前記単巻導電ループ手段の戻り経路が、該単巻導電ループ手段の残りの部分よりも幅広の帯で形成される、
ことを特徴とする請求項１９に記載の変圧器。
【請求項２１】
前記一次巻線手段及び前記二次巻線手段の少なくとも一方が単層巻線を備える、
ことを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれかに記載の変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧用途のための高周波変圧器に関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
本発明によれば、各々が第２の複数回の巻数を有するとともに並列に電気接続され、或いはそれぞれの電源手段により給電される第１の複数個の磁気回路を備えた一次巻線手段と、各々が第４の複数回の巻数を有するとともに直列に電気接続された第３の複数個の磁気回路を備えた二次巻線手段とを備えた変圧器が提供され、一次巻線手段は、単巻導電ループ手段により二次巻線手段に電磁結合される。
【０００３】
一次巻線手段及び二次巻線手段は同軸上にあることが好都合である。
【０００４】
二次巻線手段の磁気回路の少なくとも１つに、変圧器からのＤＣ出力を供給するための整流器手段及びフィルタ手段が設けられることが有利である。
【０００５】
二次巻線手段の磁気回路の少なくとも１つに、誘導性平滑化フィルタ手段がさらに設けられることが好都合である。
【０００６】
誘導性平滑化フィルタ手段は二重巻インダクタであることが有利である。
【０００７】
第３の複数個の磁気回路の各々の誘導性平滑化フィルタ手段は共通コアを有することが好都合である。
【０００８】
変圧器は、単巻導電ループ手段内にインダクタンス手段をさらに備えることが有利である。
【０００９】
単巻導電ループ手段は、一次巻線手段及び二次巻線手段と同軸上にある管手段を備えることが好都合である。
【００１０】
単巻導電ループ手段は、成形伝導性側板手段及び基部手段をさらに備えることが好ましい。
【００１１】
成形伝導性側板手段には、冷却液を通すための少なくとも１つの開口部が設けられることが有利である。
【００１２】
第１の複数個の磁気回路の各々、複数個の第２の磁気回路の各々、整流器手段、及びフィルタ手段は、それぞれのプリント回路基板手段に取り付けられることが好都合である。
【００１３】
誘導性平滑化フィルタ手段は、それぞれのプリント回路基板手段に取り付けられることが有利である。
【００１４】
代案としては、一次巻線手段と二次巻線手段とが横並びの関係にある。
【００１５】
二次巻線手段は、超高圧端部絶縁手段をさらに備えることが好都合である。
【００１６】
二次巻線手段は２つの磁気回路群の中に配置され、この２つの磁気回路群の間の二次巻線手段の実質的に中央部から二次電圧が取り出されるようにすることが有利である。
【００１７】
一次巻線手段と二次巻線手段との間に仕切り手段が設けられることが好都合である。
【００１８】
一次巻線手段と同軸上かつその内部に平滑化誘導性フィルタコアが設けられることが有利である。
【００１９】
二次巻線手段の磁気回路は、二次巻線手段の高電圧端部から低電圧端部へ向けて減少する直径を有することが好都合である。
【００２０】
任意に、一次巻線手段は第１の磁気回路群と第２の磁気回路群とに分割され、第１及び第２の群は、これらのそれぞれの軸が二次巻線手段の軸と共線を成し、第１の群が二次巻線手段の第１の端部に、及び第２の群が二次巻線手段の第１の端部とは反対側の第２の端部にある状態で配列される。
【００２１】
結合ループ手段の戻り経路は、結合ループ手段の残りの部分よりも幅広の帯で形成されることが有利である。
【００２２】
一次巻線手段及び二次巻線手段の少なくとも一方は単層巻線を備えることが好ましい。
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら例示を目的として本発明について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１ａ】本発明による変圧器の第１の実施形態の回路図である。
【図１ｂ】整流器及びフィルタを含む、本発明による変圧器の第２の実施形態の回路図である。
【図１ｃ】整流器及びフィルタを含む、本発明による変圧器の第３の実施形態の回路図である。
【図１ｄ】整流器及びフィルタを含む、本発明による変圧器の第４の実施形態の回路図である。
【図１ｅ】整流器及びフィルタを含む、本発明による変圧器の第５の実施形態の回路図である。
【図１ｆ】整流器及びフィルタを含む、本発明による変圧器の第６の実施形態の回路図である。
【図１ｇ】第１の複数個の磁気回路の各々がそれぞれの電源ユニットにより給電される、本発明による変圧器の第７の実施形態の回路図である。
【図２ａ】図１ｂの回路図を有する変圧器の概略側面図である。
【図２ｂ】図２ａの変圧器の概略端面図である。
【図３】図２ａ及び図２ｂの変圧器の外側コアの固定した半径に対する電界応力対内側コア半径を示すグラフである。
【図４ａ】図１ｃの回路図を有する変圧器の概略側面図である。
【図４ｂ】図４ａの変圧器の概略端面図である。
【図５ａ】図１ｅの回路図を有する変圧器の概略側面図である。
【図５ｂ】図５ａの変圧器の概略端面図である。
【図６】図５ａ及び図５ｂの変圧器の巻線の写真である。
【図７】本発明による変圧器の第７の実施形態の回路図である。
【図８】図７の回路図を有する変圧器の第１の実施形態の変圧器コア及び巻線の概略端面図である。
【図９】２次巻線に沿って電圧をプロットした、本発明の第８の実施形態の概略平面図及び概略端面図である。
【図１０】２次巻線に沿って電圧をプロットした、本発明の第９の実施形態の概略平面図及び概略端面図である。
【図１１】２次巻線に沿って電圧をプロットした、本発明の第１０の実施形態の概略平面図及び概略端面図である。
【図１２】２次巻線に沿って電圧をプロットした、本発明の第１１の実施形態の概略平面図及び概略端面図である。
【図１３】２次巻線に沿って電圧をプロットした、図７の回路図を有する変圧器の第２の実施形態の概略平面図及び概略端面図である。
【図１４】２次巻線に沿って電圧をプロットした、本発明の第１２の実施形態の概略平面図及び概略端面図である。
【図１５】本発明による部分的に組み立てた変圧器のテスト例の写真である。
【図１６】完全に組み立てた図１５のテスト例の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図中、同様の参照番号は同様の部分を示す。
【００２６】
変圧器が１次巻線及び２次巻線を有する。図１ａにおける本発明による変圧器１０１の基本回路を参照すると、１次巻線１１が、各々が同数の巻数ｎpcを有する並列に接続された第１の複数のＮｐｃ個の磁気回路１１１を備える。２次巻線１２は、第２の複数のＮｓｃ個の磁気回路１２１を備え、これらはＮpcと同数である必要はなく直列に接続され、これらの各々は巻数ｎｓｃを有する。
【００２７】
１次及び２次磁気回路１１１、１２１はすべて、これらの回路を電磁的に連結させる単巻の低抵抗ループ１３により結合される。
【００２８】
この複合組立体１０１は、１次電圧及び電流と２次電圧及び電流との間に以下の関係を有する。
【００２９】
１次から２次への昇圧比に関しては、
0005813320.tif 000002
となり、この場合、ＶｌｏａｄはＮｓｃ個の２次巻部１２の両端にかかる合計電圧、Ｖscは個々の２次巻部１２の両端にかかる電圧であり、
また、
0005813320.tif 000003
となり、この場合、Ｖｌｏｏｐは単巻の低抵抗ループ１３の両端にかかる電圧、Ｖpriは並列接続した１次巻部１１１の各々の両端にかかる電圧であり、
従ってＶscに代入を行うと、
0005813320.tif 000004
となり、従って、
0005813320.tif 000005
となる。
【００３０】
２次から１次への電流比に関しては、
0005813320.tif 000006
となり、この場合、Ｉｌｏｏｐは単巻の低抵抗ループ１３における電流、Ｉｌｏａｄは２次巻線１２１における電流、及びＩpcは１次巻線１１１の各々における電流である。
また、
0005813320.tif 000007
となり、この場合、Ｉpriは、Ｎｐｃ個の１次巻部１１１における電流の和であり、
従ってＩpcに代入を行うと、
0005813320.tif 000008
となり、従って、
0005813320.tif 000009
となる。
【００３１】
従って、公知の変圧器から予想されるように、
0005813320.tif 000010
となる。
【００３２】
この比率は、２次巻線又はコア１２１の数Ｎｓｃとは無関係である。インピーダンス変換及び分路インダクタンスなどの他の公知の変圧器の公式が、あらゆる変圧器に当てはまるように同様に当てはまる。
【００３３】
従って、実質的に図１ａの回路図は、多くの複数個の磁気回路を含む変圧器を代表するものである。
【００３４】
図１ｂを参照すると、図１ａに示した変圧器１０１と同様の変圧器１０２を示しているが、ここでは、Ｎｓｃ個の２次巻線１２１の各々に、個別のＢｒ1-nの整流器２４及びＣ1-nのフィルタ２３をそれぞれ設け、変圧器１０２の出力を整流してＤＣ出力を供給するようにしている。
【００３５】
これは、高電圧ＤＣ要件を満たすための周知の、かつ最も有効な方法である。半導体ダイオードは、このような用途のために効率的な整流器であるが、各々が例えば約２０００Ｖの最大電圧に制限される。従って３０ｋＶのシステムでは、少なくとも１５個が必要となる。個々のダイオード２４に個別の巻線１２１を設けることにより自然に共有が行われ、共有を確実にするための複雑かつ損失の多いネットワークの必要性が避けられる。
【００３６】
さらなる利点は、変圧器構造において避けられない浮遊容量の多くが、高周波交流電圧に曝されるのではなく固定ＤＣ電圧に荷電される点であることを理解できよう。これにより動的容量が減少し、誘電関連の損失が減る。
【００３７】
従って、説明する複数コア１２１の変圧器の利点は、複数個の整流器２４によるアプローチに変圧器が理想的に役立つことである。多くの半導体素子を使用して好適な定格電圧を得なければならない高電圧用途では、構成要素の故障のリスクを考慮する必要がある。本発明の複数コアによるアプローチでは、短絡不良は１つのコアにしか起きず、従ってシステムは、停止及び修理に適したサービス間隔に至るまで残りのコアで動作し続けることができる。これは、信頼性に関して非常に価値のある特性である。従来の変圧器では、単一の整流器で整流器が故障するとシステム全体が停止する恐れがある。
【００３８】
図１ｃは、２次コイル１２１の各々の出力回路においてＬ1-Nの誘導性平滑化フィルタ２５を使用する、本発明の第３の実施形態による変圧器１０３の回路図を示しており、この適合は当業では周知である。
【００３９】
図１ｄは、誘導性平滑化フィルタ２５の代わりにＬ1-Nの二重巻インダクタ２６を有する第４の実施形態１０４の回路図を示しており、個々のチョーク構造２６の一部が巻線間に交流電圧ではなくＤＣ電圧を有するので、本明細書で前述した浮遊容量効果の減少にさらに役立つ。
【００４０】
図１ｅには、第３の実施形態のものと同様の誘導性平滑化フィルタ単巻線２８の全てを貫く共通磁気コア２７を使用する第５の実施形態１０５の回路図を示しており、これについては組み立て技術に関連して本明細書で後程さらに詳述する。
【００４１】
同様に図１ｆには、第４の実施形態のものと同様の誘導性平滑化二重巻線２９の全てを貫く共通磁気コア２７を使用する第６の実施形態１０６の回路図を示している。
【００４２】
図１ｇは、全ての１次巻線１１１を並列に接続するのではなく、それぞれの電源２９ｐｓｕ１〜ｐｓｕＮにより個々の１次巻線に給電を行う第７の実施形態１０７の回路図である。
【００４３】
個々の電源ユニット２９を、電源ユニットがループに対して比較的低いインピーダンスとして働き、残りの電源が必要な電源入力を埋め合わせるように好適に設計することにより、１つの電源ユニットが故障した場合にもシステムの全体的性能が負の影響を受けないようにする。
【００４４】
或いは、予備の電源ユニット２９をシステム内に設置し、他の電源ユニットの１つが故障した時にのみ起動させる。
【００４５】
全ての電源ユニットは、加えるべき適当な位相を有する対称のＡＣ出力で動作され、共通の出力電流で動作し、同期される。電源ユニットモジュールの各々の間のＶpcにおけるわずかな電圧変化は許容することができ、全電圧Ｖloopは個々のＶpc出力の総和である。
【００４６】
電源ユニットは全て、ＤＣリンクから並列に動作し、全ての正極が並列に接続され、全ての負極が並列に接続される。
【００４７】
当業者に周知の電源ユニットの多くの代替の実施構成を使用することができる。
【００４８】
本発明の第２の実施形態１０２の図１ｂに示す回路図を具現化したものを図２ａ及び図２ｂに示しており、この図では、本明細書の実施例１に示すように、低電圧の１次トロイド１１１が、高電圧で動作する２次トロイド１２１と同軸上かつ少なくとも部分的にその内部に位置する。このシステムの重要な利点は、大きな直径を有する構造と、適度に滑らかな表面を有する構造との間に電圧絶縁要件があるという点である。電圧が上昇したときに、電圧破壊による故障を招く恐れのある著しく急な電界の増大を引き起こす鋭利な点を避けることが重要であるため、このことは理想的である。
【００４９】
電圧が上昇するにつれて、「鋭利な点」と考えられるものが重要になってくる。図３を参照すると、Ｅｐｋはピーク電界であり、Ｖ＝１００ｋＶは、外側直径ｒの内側トロイド１１１と内側直径Ｒ＝１００ｍｍの外側トロイド１２１との間の電圧であり、
0005813320.tif 000011
0005813320.tif 000012
0005813320.tif 000013
0005813320.tif 000014
となる。
【００５０】
この関数を、大きい方のトロイド１２１の一定の半径Ｒ＝１００ｍｍに対して図３に線３０１で示している。小さい方のトロイド１１１の半径ｒが非常に小さい場合、ｒの値が大きい場合よりもトロイド間の距離は大きくなるが、電界は非常に高い値に上昇することがわかるであろう。ｒがＲの方に近づくと、表面同士が近くなるため、電界は予想通りに再度上昇する。Ｒ＝１００ｍｍという所定の値では、ｒ＝３７ｍｍの時に最小電界応力が発生し、結果として生じる２．７２ｋＶ／ｍｍという電界応力は、常温及び常圧の乾燥空気の場合の３ｋＶ／ｍｍ前後の破壊値を僅かに下回る。本発明の重要な利点は、所定の電圧に対して、電界を最低限に抑えるように半径ｒ及びＲを選択する能力である。
【００５１】
トロイドコア１１１、１２１のサイズは、１次コア１１１及び２次コア１２１の両方に必要な巻線を単層巻線で実現できるように選択されることが好ましい。これは最も望ましいことではあるが必須ではなく、多層巻線を使用することもできる。単層巻線を使用しない場合、層が渦電流損失を非常に高度にまで増加させるので、単層巻線の利点は、電線内の渦電流損失が最低限に抑えられる点である。また、個々のコアにかかる電圧が低いため、トロイドコアに通常見られるプラスチック仕上げの上に巻線を直接取り付けることができる。この装置は、コアと巻線との間にさらなる複雑な絶縁システムを必要としない。また、単層巻線の場合、トロイドに単層巻線を施す実際の巻き作業は、変圧器の巻線において最も単純かつ最もコストのかからない工程の１つとなる。
【００５２】
コアの材料、動作周波数、及び個々のコア寸法の選定は、Ｉｌｏａｄ及びＶｌｏｏｐに基づく各個々のコアに関する計算により決定される。この点に関しては、各個々のトロイドが単巻線を有すると仮定する標準の計算法が適用される。コア材料がフェライト又はナノ結晶材料である場合、この装置の利点が関係してくると予想することができる。
【００５３】
再び図２ａ及び図２ｂを参照すると、５つの個々の２次トロイド１２１を有する組立体１０２を例として示しているが、３０個又は４０個にも上る別の個数のトロイドを使用することもできる。
【００５４】
個々の２次コイル１２１がプリント回路基板３に取り付けられ、このプリント回路基板３にはＢｒｎ個の整流器２４及びＣＮ個のフィルタキャパシタ２３も取り付けられる。
【００５５】
個々の回路基板３の間には電圧遮断用の小さな空間が存在する。２次コイル１２１は直列に接続されるので、ＰＣＢを互いに連結できるように小型のコネクタシステム６を使用して組み立てを容易にすることができる。ループ電圧は非常に低く、従って１次コイル１１１は、２次コイルよりも互いに近接していてもよく、さらには接触していてもよい。図２ｂの端面図には１次コイル１１１と２次コイル１２１との間の半径方向の空間８を示しており、本明細書で詳述したように、必要な電圧阻止のためにこの空間８を設計することができる。
【００５６】
全てのコアを連結するループ１３が、１次及び２次コイルを軸方向に貫く中心伝導管４、成形伝導側板及び基部５によって形成される。冷却及び電圧阻止強化要件に対応して、システムを公知の方法により流体に浸漬することができる。
【００５７】
電流の浸透深さが、例えば銅において２０ｋＨｚで約０．４６ｍｍのように浅くなる高周波数でシステムを使用する場合、薄壁管４、及び側板及び基部の表面積が大きな平面構造の使用が最適である。中心伝導体４では、複数個の小さな管及び／又は管の長さに沿ったスロットも、電流分散を改善するとともに管のＡＣ抵抗を下げることができ、望ましい。
【００５８】
図２ａに示すように、変圧器の冷却に必要であれば、組立体に流体流９を導くことができるように側板５内に開口部２９を設置することができる。
【００５９】
図４ａ及び図４ｂは、図１ｃ及び図１ｄに示すＬＮ個のインダクタ２５をＰＣＢ３に追加したシステム１０３を示している。
【００６０】
図５ａ及び図５ｂは、コイル１１１、１２１をトロイドとしてではなく従来の形で巻き付けた図１ｅ及び図１ｆの回路を使用する本発明の実施形態１０５、１０６を示す図である。このとき、トロイドの組立体から作ることができる、一方が他方の内側にある好適に絶縁されたコアを共通磁気回路として使用することができる。一方のトロイドを他方の内側に配置することにより、大電流フィルタ用途に理想的な非常に大きな面積の磁気回路を作成することができる。この種の磁気回路は、帯巻きコアではなく微粒子形状の磁気材料を使用するフェライト又は鉄粉のコアとの使用に最適である。実施形態１０５、１０６の構成要素の写真を図６に示す。写真の中央に示すコア６１及び右手のコア６２は、それぞれトロイドを通過する電線（巻線）６１１、６２１を各々が示しており、これはこのようなコアの通常の使用方法である。大きい方のコア６１の群の内側に小さい方のコア６２の群を配置することにより、広い面積の長い磁気コア６３を作ることができる。電線（巻線）６３１は、外側のコア６１の外側直径の周囲を廻る。この配列は、大きな空隙、従ってＤＣ電源のフィルタチョークにおいて最も望ましい低μを有する。互いに内側に配置することができるコアの数及び積み重ねの高さに理論的限界は存在しない。このアプローチは、フェライト又は鉄粉で製造した大きな円柱ブロックを有するよりもコストが非常に低い。
【００６１】
当業者には公知であろうが、あらゆる変圧器において１次と２次との間の結合は不完全であり、この変圧器も例外ではない。しかしながら、この不完全性、又は通常知られているような漏れインダクタンスは、従来の変圧器で得られるものと同様の種類のものである。
【００６２】
変圧器によっては、意図的な漏れインダクタンスを有することが望ましく、本発明の変圧器に、この漏れインダクタンスを最も効果的な態様で取り入れることができる。図７は、インダクタンス７１をＬ＿Ｌｏｏｐとしてループの形で意図的に取り入れた本発明の第７の実施形態１０７の回路図を示している。従ってここでは、基本設計において事実上等しかった１次Ｖｐ＿Ｌｏｏｐの両端にかかるループの形の電圧と２次Ｖｓ＿ｌｏｏｐの両端にかかるループの形の電圧とは異なり、１次コイル１１１及び２次コイル１２１毎に異なる値のＶ＿Ｌｏｏｐを使用して計算が行われる。
【００６３】
図８の端面図を参照すると、１次巻線と２次巻線とが同軸上にある変圧器において、１次コイル１１１と２次コイル１２１との間の円柱空間８に磁気材料８１を挿入することによりＬ＿Ｌｏｏｐ７１の具現化を行うことができる。絶縁空間８は、必要な電圧阻止を認められたものでなければならず、或いは磁気材料８１を高い電圧阻止能力を有するフェライトの一種によるものにしてもよい。あるニッケル亜鉛フェライトは電圧を２ｋＶ／ｍｍまで確実に阻止することができ、従って磁気材料を高電圧絶縁体及び磁気コアの両方の形で使用して、漏れインダクタンスを有する変圧器を作ることができる。
【００６４】
図９を参照すると、コイル１１１、１２１は同軸上にある必要はなく、本発明の第８の実施形態１０８に示すように横並びであってもよいことが理解できよう。高電圧出力では、ここで考察するシステムの全ての場合そうであるが、コイル全体にわたる線形勾配により一端に高電圧が生じるためｅｈｔ絶縁体９１が必要となる。これによりループ長が増加する。この説明及び以下の説明において「コイル」という用語は巻線を含むトロイドを意味するが、１次コイル１１１は同じ直径を有しており、ｅｈｔシステムでは、その他のシステムよりも小さな電圧間隔が１次コイルに必要となることがわかるであろう。
【００６５】
図１０を参照すると、添付のグラフに示すように２つの群の中心部に高電圧が存在するように群を配置することにより、第９の実施形態１０９における高電流用途に２つの群の２次コイル１２１を使用することができる。２次巻線に２つの群のコイル１２１を使用することにより、高圧点を中心部に引き出すことができる。これによりｅｈｔ絶縁設計が大きく単純化され、２次システムは前の実施形態１０８よりも小さく、すなわち短くなる。並列の２次コイル１２１は電流能力も高める。
【００６６】
これらの実施形態では、必要であれば銅損失を減少させるために、１次ループ管４が前述の実施形態よりも大きな直径を有することができる。
【００６７】
図１１及び図１２に示すように、機械的配列にわずかな修正を加えることができる。この修正の理由は、通常、１次コイル１１１間の間隔が、２次コイル１２１間に必要な間隔よりもかなり狭いからである。
【００６８】
図１１を参照すると、結合ループ１３を具現化する装置が、より幅広の、場合によっては接地した帯１３１により形成される戻り経路を有する線形導体を含む設計を有することができる。１次側をサポートする電力電子機器を、帯の巻線から反対側に取り付けることができる。この帯を水（又は空気）冷却することにより、この帯が、変換器の電力電子機器システムのための中心機械的接点を形成できるようになる。
【００６９】
図１２を参照すると、図１１の実施形態１１０を、図９の第８の実施形態１０８と同様の構成に適合することができる。これにより、装置のアスペクト比が変化する。より幅広の帯１３２は、抵抗をわずかに下げるのには役立つが、より多くの接合部を必要とする。１次構造では接続方法が重要であり、電力／周波数曲線が上昇するにつれて弱い連結になる可能性がある。しかしながら、ここでは１次コイルシステム１１１と２次コイルシステム１２１との間に仕切り１２２を取り付けることが可能になる。
【００７０】
図１３を参照すると、１次コイル１１１の内側に収まるコア７１を１次ループに取り付けることにより、図７に示す回路を代替的に具現化することができる。これにより、図７と同じ等価回路が作成されるが、ループ長は増加しない。多くの状況において、ループの一部を外れた低Ｕｒコアを使用することにより、ループレベルにおける比較的低いインダクタンスを得ることができる。
【００７１】
図１４を参照すると、本発明の第１１の実施形態において、先行する実施形態のいずれかを、電圧勾配が増加するにつれて２次コイル１２１の直径が増し、電圧勾配が低下するにつれて直径が減る配列を使用するように適合することができる。しかしながら、このような実施形態は、コア損失を低減できる一方で、数多くの異なるサイズのコイルの製造を必要とすることになる。
【００７２】
前述の非同軸実施形態の全てにおいて、２次コイル１２１を直列で直接接続することができ、或いは同軸実施形態によるものと同様に、各々が整流器を有することができる。この整流器システムは、必要であればブリッジ又は電圧増加配置であってもよい。
【００７３】
ループの表面積を増やすようにループ１３を単管の代わりに多くのより小さな管で形成し、ＡＣ抵抗効果を望み通りに低減させることができる。
【００７４】
必要に応じて、１次コイル１１１を直列及び／又は並列の分類で配列することができる。好都合な構想は、全ての１次コイルを並列に置き、２次コイルと同じ巻線を使用することであり、これにより部品の不一致が減少し、製造される同じ種類のコイルの数量が２倍増加する。
【００７５】
高電力の場合、制御体及び１次側の電力電子機器を含む完全なモジュールを並列にすることができる。始動のタイミングを並列モジュールの各々に合わせることにより、高いリップル周波数を得ることができる。従って、高電力システムを低い蓄積エネルギーで動作させることができ、ひいては一般にクローバとして知られているエネルギー分流加減器の必要性を避けることができる。
【００７６】
説明したように、２次側の平滑化インダクタの使用を取り入れることもできる。実施形態によってはこのインダクタを必要とするものもあり、また実施形態によってはこのインダクタから恩恵を受けることができる。このインダクタは、通常、チョーク入力フィルタと呼ばれる。このような構成が必要な場合、この構成を本明細書で説明したアプローチに容易に適合させることができる。個々の２次コイル及び整流器は、関連する小型のインダクタシステムを有することになり、これらの回路要素は直列接続される。
【００７７】
これにより、代わりに単一のより大型のインダクタの使用を除外するわけではない。しかしながら、周波数が増加するにつれ、大型のインダクタは、十分に低い浮遊容量で構築しづらいと判明する可能性がある。小型の複数個のインダクタの使用により、動的容量が減少する。コイル組立体について提案した量による構築の潜在的な利点は、出力インダクタに対しても同様に当てはまる。
【００７８】
出力インダクタの１つの重要な側面は、あるトポロジーでは、ピーク電圧が平均出力電圧をかなり大きく超える恐れがあることである。これによりｅｈｔ設計はより困難になる。
【実施例１】
【００７９】
一方を他方の内側に同軸上に取り付けた２つの磁気回路で変圧器を構築した。外側コアＴＸ８７／５４／１４を、巻数７３のｐｔｆｅ被覆した１９／０．２ｍｍ銀メッキ銅線で巻いた。内側コアは、巻数３４の同じ電線で巻いたＴＮ３６／２３／１５であった。このシステムを、１ｏｚ／ｆｔ2の銅張板及び５０μＭの銅を使用して、加工した単巻構造と相互接続した。図１５及び図１６の写真は組み立て技術を示している。
【００８０】
図１５は、単巻結合システムを最終取り付けする前のコアの位置を示している。図１６は最終組立体を示している。このユニットを、低レベルのＲＦブリッジを使用してテストした。
【００８１】
１０ｋＨｚにおいて、個々の巻線の直列インダクタンス及び直列抵抗は以下の通りであった。
外側  Ｌｓ＝１０．２３ｍＨ  Ｒｓ＝１５．７６Ｒ
内側  Ｌｓ＝２．３１ｍＨ  Ｒｓ＝４．４１Ｒ
【００８２】
インダクタンス比の平方根に基づく比率は２．１０４、巻数に基づく値は２．１４７であり、これは十分に測定誤差範囲内である。
【００８３】
一方のコイルの端子を短絡して、他方のコイルにおける漏れインダクタンスをチェックした。
0005813320.tif 000015
【００８４】
これらの結果は、外側コイル内に内側コイルを取り付けることにより、機能する素子が作り出され、この構造の大きな半径が高電圧用途に最も適した構築技術を生み出すことを裏付けている。
【００８５】
また、内側コイルと外側コイルとの間の空間内に磁気材料を取り入れることにより、１次と２次との間の漏れインダクタンスを制御することもできる。このようにして、同心状に取り付けた３つの別個の磁気回路を存在させることができる。
【００８６】
流体内で装着する場合、この構造は、流体を中心沿いに強制することにより、コイルを通過する強制対流に役立つ。
【符号の説明】
【００８７】
１１  １次巻線
１２  ２次巻線
１３  単巻の低抵抗ループ
１０１  変圧器
１１１  第１の複数個の磁気回路
１２１  第２の複数個の磁気回路
【図１ａ】
0005813320.tif 000016
【図１ｂ】
0005813320.tif 000017
【図１ｃ】
0005813320.tif 000018
【図１ｄ】
0005813320.tif 000019
【図１ｅ】
0005813320.tif 000020
【図１ｆ】
0005813320.tif 000021
【図１ｇ】
0005813320.tif 000022
【図２ａ】
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【図２ｂ】
0005813320.tif 000024
【図３】
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【図４ａ】
0005813320.tif 000026
【図４ｂ】
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【図５ａ】
0005813320.tif 000028
【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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