JP3837883B2 - パルス電源 - Google Patents
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Description
【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、特に絶縁油等で密閉したタンク内に主回路を収納し、さらに電磁シールドカバーで覆う構造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6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6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】
このような構成のパルス電源において、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】
図7は、主回路をタンク内に収納した組み立て構造を示す。主回路1は、基台になるアルミ板2上に組み立てられ、これをステンレス性のタンク3内に収納し、タンク3内には絶縁や冷却のための絶縁油やパーフロロカーボン等を充填し、ステンレス性の上蓋3Aで蓋をする。さらに、タンク3の外囲部には磁気シールドのためのアルミカバー4が設けられる。5、6は金属製スペーサである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
従来の組み立て構造において、主回路1の接地電流は、アルミ板2からタンク3及びアルミカバー4を通して流れる。
【0012】
このため、接地抵抗が大きくなり、主回路の接地電位が浮いてしまい、負荷との接続や制御回路との接続に不安定な動作を起こす可能性がある。特に、パルス出力の幅に先鋭なものが要求される高性能パルス電源ではパルス波形になまりを起こす可能性がある。
【0013】
また、主回路1のアルミ板2とタンク3及びアルミカバー4の接合面で高周波ノイズが発生し、アルミカバー4による磁気シールドが大型になる。
【0014】
また、組み立てには、アルミ板2の上に主回路を組み立て、それをタンク3内に入れて取り付け、それに絶縁油等を充填し、上蓋3Aで密封し、その上にアルミカバー4を取り付けることになり、組み立て工数が多くなってしまうし、メンテナンスにも主回路の引き出しに時間がかかる。
【0015】
本発明の目的は、主回路の接地抵抗を小さくし、高周波ノイズの発生を抑え、組み立てやメンテナンスも容易にな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、主回路の底板をタンクやシールドカバーの底板と兼用し、さらにタンクを一体化やアルミ製に変えるようにしたもので、以下の組み立て構造を特徴とする。
【0017】
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等を組合せて構成する主回路を有して、負荷に高い電圧・電流の短パルスを供給するパルス電源の組み立て構造であって、
機械的強度及び接触抵抗低減に所期のものを得る厚みのアルミ板を底板及び接地板として該アルミ板上に前記主回路を組み立て、
前記アルミ板を底板として前記主回路を収納するための側板と上蓋を有して、内部に絶縁や冷却のための絶縁油またはパーフロロカーボンを充填するタンクを構成し、
前記アルミ板を底板として前記タンクの外囲部を覆うアルミカバーによって磁気シールドをした構造を特徴とする。
【0018】
前記タンクは、前記側板と上蓋を一体化したステンレス製またはアルミ製の構造、又は前記側板を前記底板と一体化した構造、もしくはこれら各構造を組み合わせた構造を特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態を示す組み立て構造である。同図は、主回路1の基台になるアルミ板2は機械的強度及び接触抵抗低減のために従来のものより厚みを増したものにし、その上に主回路1を組み立て、このアルミ板2を底板としてステンレス性の側板3Bと上蓋3Aによりタンクを構成する。さらに、アルミ板2を底板としてアルミカバー4Aにより磁気シールドを構成する。
【0020】
この組み立て構造によれば、従来のタンクの底板とアルミカバーの底板を省き、主回路1の底板になるアルミ板2で兼用することができる。
【0021】
これにより、主回路の各回路要素間の接地抵抗が小さくなるし、負荷(レーザヘッド)との間の接地抵抗を小さくでき、主回路回路要素間及び負荷間での電位の浮きが無くなり、パルス発生や圧縮動作を安定にすると共に負荷に供給でき、パルス出力の幅に先鋭なものが要求される高性能パルス電源に適用してパルス波形のなまりを無くすことができる。
【0022】
また、ノイズ遮蔽については、接地電流経路にはアルミ板2のみが介在するため、余計な接触抵抗の介在がなくなり、高周波ノイズの発生を抑制できる。
【0023】
また、組み立てやメンテナンス性については、アルミ板2に対して主回路1とタンク側板3Bと上蓋3A及アルミカバー4Aの順で取り付け、又は取り外すことで済み、余計なスペーサが無くなり簡単な作業になる。
【0024】
また、部品構成上も余計なスペーサや底板等がなくなり、コストダウンを図ることができる。
【0025】
図2乃至図5は、本発明の他の実施形態を示す。図2では、図1のタンク側板3Bと上蓋3Aを一体化したステンレス性のタンク3Cとするものである。なお、タンク3Cはステンレス溶接で作成できる。この構造では、組み立てやメンテナンス性について図1の場合より劣るが、タンク3Cのシール部分を減らすことができる。
【0026】
図3では、図1のタンクの側板3Bと上蓋3Aに代えてアルミ製の側板3B’と上蓋3A’とするものである。この構造では、タンクがステンレス製からアルミ製に変わるため、高周波ノイズの抑制効果が高まる。
【0027】
図4では、図2の一体化したステンレス製のタンク3Cに代えて、一体化したアルミ製のタンク3C’とするものである。なお、タンク3C’はアルミ溶接又は削り出し、もしくは量産の場合にはアルミ成形により作成できる。この構造の場合、タンクのシール部分を減らしながらノイズの抑制効果を高めることができる。
【0028】
図5では、図3のタンク側板3B’と主回路1の底板2とを一体化した底板2Aとするものである。この構造の場合、他の構造に比べて、タンク下部に底板との間のシール部分が無くなるため、絶縁油等の漏れを確実に防止できる。
【0029】
以上までの各実施形態は、それらの効果上の比較結果は下記表に示す評価になる。なお、表中の二重丸記号は「特に優れる」を、〇は「優れる」を、△は「他に比べて劣る」を表す。また、図3〜図5の場合の部品コストは、△記号であるが、量産する場合には二重丸記号になり得る。
【0030】
【表1】
【0031】
また、タンクの構造は、各実施形態の組み合わせ構造とすることもできる。
【0032】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、主回路の底板をタンクやシールドカバーの底板と兼用し、さらにタンクの側板と上蓋の一体化や側板と底板と一体化し、ステンレスに代えてアルミ製にするようにしたため、主回路の接地抵抗を小さくして安定化動作を得、高周波ノイズの発生を抑え、組み立てやメンテナンスも容易になる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1を示すパルス電源の組み立て構造。
【図2】本発明の実施形態2を示すパルス電源の組み立て構造。
【図3】本発明の実施形態3を示すパルス電源の組み立て構造。
【図4】本発明の実施形態4を示すパルス電源の組み立て構造。
【図5】本発明の実施形態5を示すパルス電源の組み立て構造。
【図6】パルス電源の回路例。
【図7】従来のパルス電源の組み立て構造。
【符号の説明】
1…主回路
2、2A…底板
3、3B、3B’…タンクの側板
3A、3A’…タンクの上蓋
3C…一体化したタンク
4、4A…シールドカバー
Claims (2)
- 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等を組合せて構成する主回路を有して、負荷に高い電圧・電流の短パルスを供給するパルス電源の組み立て構造であって、
機械的強度及び接触抵抗低減に所期のものを得る厚みのアルミ板を底板及び接地板として該アルミ板上に前記主回路を組み立て、
前記アルミ板を底板として前記主回路を収納するための側板と上蓋を有して、内部に絶縁や冷却のための絶縁油またはパーフロロカーボンを充填するタンクを構成し、
前記アルミ板を底板として前記タンクの外囲部を覆うアルミカバーによって磁気シールドをした構造を特徴とするパルス電源。 - 前記タンクは、前記側板と上蓋を一体化したステンレス製またはアルミ製の構造、又は前記側板を前記底板と一体化した構造、もしくはこれら各構造を組み合わせた構造を特徴とする請求項1記載のパルス電源。
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