(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可飽和リアクトルやパルストランス等のトロイダルコアをもつ主回路部品をタンクに収納し、該主回路部品のコア巻線を前記タンクに設けた入力端子又は出力端子と接続してパルス電流の入出力を得るパルス電源装置において、
前記出力端子又は入力端子は、その先端を前記タンク内に突出させた突出部を有し、
前記突出部に直交してかつ近接配置で固定した絶縁性の支持板を有し、
前記トロイダルコアは、その半径方向を前記突出部がタンク内に突出する方向に対して直交させて前記支持板に固定した構造を特徴とするパルス電源装置。
【請求項２】
可飽和リアクトルやパルストランス等のトロイダルコアをもつ主回路部品をタンクに収納し、該主回路部品のコア巻線を前記タンクに設けた入力端子又は出力端子と接続してパルス電流の入出力を得るパルス電源装置において、
前記出力端子又は入力端子は、その先端を前記タンク内に突出させた突出部を有し、
前記突出部に直交してかつ該突出部が貫通して該突出部に固定した絶縁板を有し、
前記トロイダルコアは、その半径方向を前記突出部がタンク内に突出する方向に対して直交させて前記絶縁板に固定し、
前記突出部は、前記コア巻線の一部として前記トロイダルコアを貫通した構造またはコア巻線の一部として延長した構造を特徴とするパルス電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス発生回路と磁気パルス圧縮回路を組み合わせ、高い繰り返しで狭幅の大電流パルスを発生するパルス電源装置に係り、特にタンクに収納するパルストランスや可飽和リアクトルと入出力端子との接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパルス電源装置例を図７に示す。パルス発生回路は、電力用の初段コンデンサＣ0を設け、このコンデンサＣ0を高圧充電器により初期充電しておき、半導体スイッチＳＷのオン制御でコンデンサＣ0から可飽和リアクトルＳＩ0を通してパルストランスＰＴにパルス電流Ｉ0を供給する。可飽和リアクトルＳＩ0は、半導体スイッチＳＷの完全なオン後に飽和動作してパルス電流Ｉ0を発生させることでスイッチＳＷの責務を軽減する。
【０００３】
パルストランスＰＴの二次側には２段の磁気パルス圧縮回路が縦続接続され、初段の磁気パルス発生回路ではパルストランスＰＴで昇圧したパルス電流Ｉ1でコンデンサＣ1が高圧充電され、このコンデンサＣ1の充電電圧で可飽和リアクトルＳＩ1が磁気スイッチ動作することにより磁気パルス圧縮した狭幅のパルス電流Ｉ2を図示の極性で次段の磁気パルス圧縮回路に供給する。同様に、可飽和リアクトルＳＩ2の磁気スイッチ動作により、パルス幅の磁気パルス圧縮を行い、パルス電流Ｉ3を図示の極性で出力する。
【０００４】
磁気パルス圧縮回路のパルス出力は、レーザヘッドのチャンバなどの負荷に狭幅・高電圧のパルス電流を高い繰り返しで供給する。
【０００５】
ここで、可飽和リアクトルＳＩ0〜ＳＩ2やパルストランスＰＴは、巻線に流れる高い繰り返しのパルス電流でコアに渦電流損失が発生してコア温度が上昇するため、コアをもつ主回路部品はその冷却手段となる油密タンクに収納する。また、コンデンサＣ1，Ｃ2は、可飽和リアクトルとの間で狭幅パルス電流を流せるよう近接配置するため、油密タンク内に一括収納される。
【０００６】
このように、装置構成としては、可飽和リアクトルやパルストランス及びコンデンサを回路接続した主回路を油密タンクに一括収納し、外部の回路とは入出力端子を介して回路接続する。
【０００７】
図８は、出力端子部の接続構造を断面図で示す。出力端子１は、タンク内突出部１Ａがネジ構造にされ、油密タンク２の底板（グランド端子）３に固定される絶縁部材４にそれを貫通した突出部１Ａをナット１Ｂで止める。絶縁部材４は、Ｏリング４Ａ等で液密構造で油密タンク２に取り付けられる。出力端子１のタンク内突出部１Ａの先端にはコア巻線と接続を得るための導体５がネジ等で止められる。
【０００８】
可飽和リアクトルＳＩ2のトロイダルコア６は、固定用絶縁物７によって底板３上に起立した状態に取り付けられる。このトロイダルコア６に巻回されるコア巻線８は、一端がコンデンサ９（コンデンサＣ2）に端子接続され、他端が導体５に接続される。
【０００９】
図９は、入力端子部の接続構造を断面図で示す。Ｐ側及びＮ側の入力端子１１P、１１Nは、ピン構造にされ、油密タンク２の側板に設けられる絶縁部材１２を貫通したタンク内突出部をもつ。絶縁部材１２は、Ｏリング１２Ａ等で液密構造でタンク２に取り付けられる。
【００１０】
可飽和リアクトルＳＩ0及びパルストランスＰＴのトロイダルコア１３、１４は、固定用絶縁物１５によって底板３上に起立した状態に取り付けられる。トロイダルコア１３に巻回されるコア巻線１６は、一端が入力端子１１Pに接続され、他端がトロイダルコア１４の一次巻線１７の一端に接続される。この一次巻線１７の他端は入力端子１１Nに接続される。また、トロイダルコア１４の二次巻線１８は、図示を省略するがコンデンサＣ1等に接続される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
入出力端子と可飽和リアクトル、パルストランスの従来の接続構造では、巻線と入出力端子との間を接続する導体の長さが大きくなり、この部分のループインダクタンスＬが大きくなる。このインダクタンスＬは、巻線に流れるパルス電流の狭幅化等を阻害する要因となっている。
【００１２】
具体的には、図８の場合は、タンク内に突出させた端子１の位置を避けてコア６等からなる可飽和リアクトルを固定する必要があるため、出力端子１とコア巻線８の接続には導体５が介在し、この部分のインダクタンスが出力パルス電流Ｉ3を鈍らす要因となる。また、導体５の抵抗値がパルス電源の内部インピーダンスを高めてしまう。また、導体５は、部品点数の増加になる。
【００１３】
図９の入力端子１１P、１１Nと巻線１６、１７の接続には、入力端子とコア１３、１４の間の隙間が大きくなってしまい、この部分を引き回すための巻線（又は導体）のインダクタンスが入力パルス電流Ｉ0を鈍らす要因となる。また、隙間が大きくなることでタンク２自体の大型化、重量増加を招くし、必要とする絶縁油量が増える。また、巻線１６と１７は、コア１３と１４にそれぞれ個別に巻回されるため、リアクトルやトランス自体の大型化を招くし、互いの接続のための端子１９が余分に必要とする。
【００１４】
本発明の目的は、タンクに設ける入出力端子とタンクに収納する可飽和リアクトルやパルストランスとの接続構造に、インダクタンスの介入を小さくし、しかもコンパクト化できるパルス電源装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するため、入出力端子のタンク内突出部がタンク内に突出する方向に対して、可飽和リアクトル等のトロイダルコアの半径方向を直交させ、突出部にトロイダルコアを近接配置した構造、または突出部がトロイダルコアを貫通もしくはトロイダルコア位置まで延長した構造としたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１６】
（第１の発明）
可飽和リアクトルやパルストランス等のトロイダルコアをもつ主回路部品をタンクに収納し、該主回路部品のコア巻線を前記タンクに設けた入力端子又は出力端子と接続してパルス電流の入出力を得るパルス電源装置において、
前記出力端子又は入力端子は、その先端を前記タンク内に突出させた突出部を有し、
前記突出部に直交してかつ近接配置で固定した絶縁性の支持板を有し、
前記トロイダルコアは、その半径方向を前記突出部がタンク内に突出する方向に対して直交させて前記支持板に固定した構造を特徴とする。
【００１７】
（第２の発明）
可飽和リアクトルやパルストランス等のトロイダルコアをもつ主回路部品をタンクに収納し、該主回路部品のコア巻線を前記タンクに設けた入力端子又は出力端子と接続してパルス電流の入出力を得るパルス電源装置において、
前記出力端子又は入力端子は、その先端を前記タンク内に突出させた突出部を有し、
前記突出部に直交してかつ該突出部が貫通して該突出部に固定した絶縁板を有し、
前記トロイダルコアは、その半径方向を前記突出部がタンク内に突出する方向に対して直交させて前記絶縁板に固定し、
前記突出部は、前記コア巻線の一部として前記トロイダルコアを貫通した構造またはコア巻線の一部として延長した構造を特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態を示す出力端子部の断面図である。同図が図８と異なる部分は、トロイダルコア６を横置きで出力端子１の直上に配置し、これを固定用絶縁物７に代えて固定物２２と支持板２１で固定した点にある。
【００２０】
絶縁性の支持板２１は、底板３に固定される固定物２２によって出力端子１のタンク内突出部１Ａの直上に片持支持（又は両側支持）され、その上にトロイダルコア６とコア巻線８からなる可飽和リアクトルＳＩ2が横置きで固定される。
【００２１】
すなわち、出力端子１のタンク内突出部１Ａがタンク２内に突出する方向に対して、トロイダルコア６の半径方向（環の矢印ＲＡ方向）を直交させて突出部１Ａに近接配置する。
【００２２】
コア巻線８は、その一端がコンデンサ９に接続され、他端が突出部１Ａに直接に接続固定される。
【００２３】
この接続構造によれば、トロイダルコア６が横置きで突出部１Ａの直上に配置されるため、コア巻線８と出力端子１の間の接続が従来の導体５を介することなく直接に接続、つまり最短の接続になり、接続導体のインダクタンス分が介在することなく、出力パルス電流Ｉ3を鈍らす要因を無くすことができる。また、導体５の抵抗値でパルス電源の内部インピーダンスを高めることがない。また、設置スペースの縮小でコンパクト化を図ることができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の実施形態を示す出力端子部の断面図である。同図が図１と異なる部分は、絶縁用固定物２２を省き、出力端子１のタンク内突出部１Ａで絶縁板２３を支持し、この絶縁板２３上にトロイダルコア６を横置きに固定した点にある。図２では、絶縁板２３を突出部１Ａにネジ２４で止め、この上にトロイダルコア６を固定する。
【００２５】
この接続構造によれば、図１の場合と同様の作用効果を得ることができるのに加えて、固定物２２を省くことができ、部品点数の削減と組み立て工数をへらすことができる。
【００２６】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の実施形態を示す出力端子部の断面図である。同図が図２と異なる部分は、出力端子１のタンク内突出部１Ａをトロイダルコア６を貫通させる位置まで延長し、絶縁板２３を突出部１Ａに固定する構造にある。
【００２７】
出力端子１の突出部１Ａは、トロイダルコア６の中空部高さ位置まで延長したものにする。絶縁板２３は、突出部１Ａに嵌め込まれ、突出部１Ａに螺合させる一対のナット１Ｂ、１Ｃで挟持される。そして、コア巻線８の一端はトロイダルコア６の高さ以上になる突出部１Ａの先端で接続される。
【００２８】
この接続構造によれば、図１又は図２の場合と同様の作用効果を得ることができるのに加えて、突出部１Ａをトロイダルコア６を貫通させることでコア巻線８の一部として兼用でき、コア巻線８に必要なターン数を減らすと共に、突出部１Ａの断面積が大きいことからループインダクタンスを減らすことができる。また、図２の構造に比べて、絶縁板２３の高さ位置を下げることができ、設置スペースを一層縮小できる。
【００２９】
（第４の実施形態）
図４は、本発明の実施形態を示す入力端子部の断面図である。同図が図９と異なる部分は、トロイダルコア１３、１４を入力端子１１P，１１N側に近づけ、タンク２内に突出する入力端子１１Pの突出部がトロイダルコア１３を貫通してその巻線１６の一部に兼用させる点にある。
【００３０】
トロイダルコア１３の巻線１６及びトロイダルコア１４の一次巻線１７は、それぞれのコアの下側で巻回される。これら巻線１６、１７のタンク内高さ位置に合わせて入力端子１１Pのタンク取り付け位置が変えられ、入力端子１１Pのタンク内に突出する突出部はトロイダルコア１３を貫通してその巻線１６の一端に接続される。また、入力端子１１Nのタンク内の突出部は、トロイダルコア１４位置まで延長され、その巻線１７の一端に接続される。
【００３１】
この接続構造によれば、入力端子１１Pのタンク内突出部をトロイダルコア１３を貫通させてその巻線１６に接続するため、入力端子のタンク内突出部を巻線１６の一部に兼用させることができると共に、入力端子１１P，１１Nとコア巻線１６、１７の間の隙間が小さくなり、その間の接続導体の長さを短かくすることができる。これらのことから、コア巻線１６のターン数を減らすと共にループインダクタンスを減らすことができる。
【００３２】
したがって、入力端子とトロイダルコアの隙間を小さくし、インダクタンスの低減で入力パルス電流Ｉ0を鈍らす要因を無くすことができる。また、隙間が小さくなることでタンク２自体の小型化、軽量化を図ることができるし、必要とする絶縁油量も減らすことができる。
【００３３】
（第５の実施形態）
図５は、本発明の実施形態を示す入力端子部の断面図である。同図が図４と異なる部分は、トロイダルコア１３の巻線数を１ターンとし、入力端子１１Pのタンク内突出部をトロイダルコア１３及び１４を貫通させた点にある。
【００３４】
入力端子１１Pのタンク内突出部は、トロイダルコア１３、１４を貫通する位置まで延長される。また、入力端子１１Nのタンク内突出部は、トロイダルコア１４位置まで延長される。そして、トロイダルコア１４の一次巻線１７は、両入力端子１１P、１１Nのタンク内突出部の間で接続される。なお、一次巻線１７Ａは、トロイダルコア１４に２ターン以上巻回する場合の構造を示す。
【００３５】
この接続構造によれば、図４の場合と同様の作用効果を得ることができるのに加えて、トロイダルコア１３のコア巻線１６を入力端子１１Pのタンク内に突出する突出部で兼用とし、さらにトロイダルコア１４の一次巻線１７（または１７Ａ）の一部として兼用させることができ、トロイダルコアに必要な巻線数を減らすことができる。
【００３６】
（第６の実施形態）
図６は、本発明の実施形態を示す入力端子部の断面図である。同図が図５と異なる部分は、トロイダルコア１４に巻回する一次巻線１７Ｂとして、トロイダルコア１３にも一緒に巻回した点にある。
【００３７】
入力端子１１Pのタンク内突出部は、トロイダルコア１３、１４を貫通する位置まで延長される。また、入力端子１１Nのタンク内突出部は、トロイダルコア１４位置まで延長される。そして、トロイダルコア１４の一次巻線１７Ｂは、トロイダルコア１３及び１４を束ねて巻回し、両入力端子１１P、１１Nのタンク内突出部の間で接続される。
【００３８】
すなわち、トロイダルコア１３、１４は、回路的に直列接続になる主回路部品のトロイダルコアになり、それぞれに巻線を施すのに代えて、１つの巻線で両トロイダルコアを一緒に巻回してタンク内突出部に接続する。
【００３９】
この接続構造によれば、図５の場合と同様の作用効果を得ることができるのに加えて、トロイダルコア１３のコア巻線数を２ターン以上にすることができる。また、巻線の巻線作業工数を減らすことができるし、従来の端子１９が不要になる。
【００４０】
なお、本実施形態では入力端子のタンク内突出部をトロイダルコア１３を貫通させない構造の場合でも巻線工数を減らすのに有効となる。
【００４１】
以上までの各実施形態は、油密タンク内に主回路を収納する装置で示すが、主回路をガス密封タンクや単なるケースに収納する装置に適用して同等の作用効果を得ることができる。
【００４２】
また、出力端子をタンクへの取り付け位置をタンク側板に取り付けた構造、入力端子をタンク底板に取り付けた構造など、端子の取り付け位置は、適宜変更できる。さらに、出力端子１と絶縁部材４との組み立て構造をピン式とするもの、入力端子と絶縁部材１２との組み立て構造をネジ式とするものなど、適宜変更できる。
【００４３】
また、図４〜図６に示す入力端子部の接続構造において、コア巻線１６、１７、１７Ａ，１７Ｂをトロイダルコア１３、１４の上部で巻回する構造とすることができる。
【００４４】
さらに、パルス電源装置の主回路構成は、図７に示す２段のパルス圧縮回路のものに限らず、その変形した主回路をもつ装置、例えばパルストランスに代えて可飽和トランスとする装置などに本発明の接続構造を適用できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、入出力端子のタンク内突出部がタンク内に突出する方向に対して、可飽和リアクトル等のトロイダルコアの半径方向を直交させ、突出部にトロイダルコアを近接配置した構造、または突出部がトロイダルコアを貫通もしくはトロイダルコア位置まで延長した構造としたため、入出力端子と可飽和リアクトル等との接続に、インダクタンスの介入を小さくして急峻なパルスの入出力を得、しかもコンパクト化して装置の小型軽量化等を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す出力端子部の断面図。
【図２】本発明の他の実施形態を示す出力端子部の断面図。
【図３】本発明の他の実施形態を示す出力端子部の断面図。
【図４】本発明の他の実施形態を示す入力端子部の断面図。
【図５】本発明の他の実施形態を示す入力端子部の断面図。
【図６】本発明の他の実施形態を示す入力端子部の断面図。
【図７】パルス電源装置の回路例。
【図８】従来の出力端子部の断面図。
【図９】従来の入力端子部の断面図。
【符号の説明】
１…出力端子
１Ａ…出力端子の突出部
１Ｂ、１Ｃ…ナット
２…油密タンク
３…底板
８、１６…コア巻線
１１P、１１N…入力端子
１７…一次巻線
６、１３、１４…トロイダルコア
１７、１７Ａ、１８…二次巻線
２１、２３…支持板
２２…固定物
ＳＩ0、ＳＩ1、ＳＩ2…可飽和リアクトル
ＰＴ…パルストランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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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