JPH0737478A - パルス電源用磁気スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コアの両側面からの磁束の漏れを無くし、ま
た放熱を良くする。 【構成】 可飽和リアクトルや可飽和トランスになる磁
気スイッチは、アモルファスリボンを内周面を有して渦
巻き状に巻回したアモルファスコア１と、該アモルファ
スコアの両側面を夫々覆うセラミック製の一対の側板２
Ａ，２Ｂと、該アモルファスコアと一対の側板の上から
該アモルファスコアに鎖交して巻回される複数の巻線
３、４とで構成し、アモルファスコアの両側面からの放
熱を側板で促進すると共に、コア間及び巻線との間の絶
縁を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルスレーザやパルス
プラズマ発生器、パルス脱硝装置等の電源として高電圧
・大電流パルスを発生するためのパルス電源に係り、特
に可飽和リアクトルや可飽和トランスになる磁気スイッ
チと半導体スイッチで構成されるパルス電源における磁
気スイッチの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】パルスレーザ励起やパルスプラズマ発生
用のパルス電源には、サイラトロンやトリガトロンスイ
ッチ等の放電スイッチを用いて直接に高電圧・大電流を
スイッチすることでパルスを発生させる方法のほかに、
半導体スイッチと可飽和リアクトルや可飽和トランス等
の磁気スイッチを組み合わせた図４に示す構成のものが
ある。

【０００３】同図中、半導体スイッチＳＷは、ＧＴＯサ
イリスタ，ＳＩサイリスタ，ＩＧＢＴ等の半導体素子の
複数個直列接続で構成された初段スイッチにされる。

【０００４】可飽和リアクトルＳＩ₁と初段エネルギー
蓄積用コンデンサＣ₀及びパルストランスＰＴの一次巻
線は、半導体スイッチＳＷに直列接続され、コンデンサ
Ｃ₀が高圧直流電源ＨＤＣで予備充電された状態で半導
体スイッチＳＷをオンすることでパルストランスＳＷに
高電圧パルスを得る。

【０００５】パルストランスＰＴの二次巻線には可飽和
トランスＳＴが直列接続され、このトランスＳＴの二次
巻線にはコンデンサＣ₁を介してコンデンサＣ₂とレーザ
ヘッドＬＨ及び可飽和リアクトルＳＩ₂の並列回路が直
列接続される。

【０００６】パルストランスＰＴで昇圧したパルス電圧
は、可飽和トランスＳＴによって設定電流まではトラン
スとして動作してコンデンサＣ₁、Ｃ₂を充電し、可飽和
トランスＳＴの飽和動作には二次巻線が低インピーダン
スになってコンデンサＣ₁を逆極性に倍電圧充電し、レ
ーザヘッドＬＨに高圧大電流の放電を得る。

【０００７】ここで、可飽和リアクトルＳＩ₁は、半導
体スイッチＳＷのスイッチング損失を低減させスイッチ
寿命を長くするための磁気アシスト動作を得るよう、初
期状態設定用直流電源ＤＣ₁から初段パルス電流と逆に
バイアス電流を流し、リセットをかける。

【０００８】また、可飽和リアクトルＳＩ₂は、直流電
源ＤＣ₂からコンデンサＣ₂を充電する方向にリセット電
流を流す。これにより、コンデンサＣ₂の充電電流には
飽和領域での動作になって小さいインダクタになり、レ
ーザーヘッドＬＨへの放電になる逆方向電流に対しては
非飽和領域となってインダクタを大きくしてレーザーヘ
ッドＬＨへのエネルギー移行を効率良くするブロッキン
グリアクトルとして動作する。

【０００９】また、可飽和トランスＳＴは、磁気スイッ
チとして機能するために直流電源ＤＣ₃からの電流で飽
和動作が設定される。さらに、パルストランスＰＴは、
磁気スイッチ動作を得るために直流電源ＤＣ₄からの充
電電流が供給される。

【００１０】これらの磁気スイッチ動作のための初期状
態設定用直流電源ＤＣ₁〜ＤＣ₄は、各磁気スイッチを貫
通又は巻回したリセット巻線に設定される直流電流を流
すことでトランスやリアクトルの磁気回路を一方向に飽
和領域まで直流磁化する。

【００１１】これにより、トランスやリアクトルは、図
５に磁化特性を示すように、直流磁化の方向に電圧を加
えるときは飽和領域をさらに広げる方向に磁界が発生
し、この領域では磁化曲線の傾きが一層緩やかとなり、
インダクタンスを極めて小さくする。

【００１２】これとは反対に、直流磁化と反対方向に電
圧を加えるときは磁化曲線の傾きが急峻な領域に入り、
インダクタンスを極めて大きくし、高周波電流をブロッ
クすることができる。

【００１３】さらに、直流磁化と反対方向に電圧が加わ
ると、逆の飽和領域に入り、インダクタンスが小さくな
ってパルス電流が流れ易くなる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】磁気スイッチは、電流
のオン・オフ状態をきわだたせるためには、磁化域と飽
和域が急激に変わる特性、即ち渦電流損を極めて少なく
した磁化特性が望ましい。

【００１５】そのため、従来から、磁気スイッチにはア
モルファスコアが用いられており、図６の（ａ）に示す
ように、レヤー間に数ミクロンの厚さの絶縁物（ＰＥＴ
など）を介在してアモルファスリボンＡを内周面を有し
て渦巻き状に巻き込んだコアとし、このコアに一次巻線
Ｂや二次巻線Ｃさらにはリセット巻線をコアに鎖交して
ソレノイド状に巻回して磁気スイッチを構成している。

【００１６】この磁気スイッチ構造では、アモルファス
コアの断面を同図（ｂ）に示すように、絶縁物Ｄはアモ
ルファスリボンＡの両端面での絶縁も確保するため、ア
モルファスリボンＡよりも若干はみ出した構造にされ
る。

【００１７】このため、巻線が巻回されたときには絶縁
物Ｄのはみだし部分がアモルファスリボンＡの両端面を
覆うようになる。このことは、アモルファスコアの両端
面からの放熱を悪くし、コアの損失が増加するとその温
度上昇を招く問題があった。

【００１８】本発明の目的は、コアの両側面からの放熱
を良くする磁気スイッチを提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、可飽和リアクトルや可飽和トランスになる
磁気スイッチと半導体スイッチによって構成されるパル
ス電源において、前記磁気スイッチは、アモルファスリ
ボンを内周面を有して渦巻き状に巻回したアモルファス
コアと、該アモルファスコアの両側面を夫々覆うセラミ
ック製の一対の側板と、該アモルファスコアと一対の側
板の上から該アモルファスコアに鎖交して巻回される複
数の巻線とを備えたことを特徴とする。

【００２０】また、本発明は、前記側板は前記アモルフ
ァスコアの内周端及び外周端からはみ出したフィン部を
有し、該フィン部は前記巻線を巻回するための孔を備え
たことを特徴とする。

【００２１】

【作用】アモルファスコアの両側面をセラミック製側板
で覆うことにより、アモルファスコアの両端面からの放
熱効果を高め、その温度上昇を抑制する。

【００２２】また、セラミック製側板にフィン部を設け
ることにより、アモルファスコアの放熱効果を一層高
め、さらにフィン部に巻線を通す孔を設けることにより
巻線に均等な巻回を得ると共に側板の保持を確実にす
る。

【００２３】また、セラミック製側板は、絶縁性も高い
ことから、アモルファスコアの端面間及び巻線との間の
絶縁を一層確実にする。

【００２４】

【実施例】図１は、本発明の一実施例を示す磁気スイッ
チのコアの分解斜視図である。アモルファスコア１は、
従来と同じ構成にされる。即ち、コア１は絶縁物（ＰＥ
Ｔ等）で覆ったアモルファスリボンを内周面を有して渦
巻き状に巻いた構造にされる。

【００２５】コア１の両側面は同じ平面形状を持つセラ
ミック製の側板２Ａ、２Ｂによって挾持され、該端面か
らの放熱促進がなされる。

【００２６】コア１と側板２Ａ、２Ｂのサンドイッチ構
造体には、図２に示すように、巻線３、４がコア１に鎖
交して巻かれ、さらにはリセット巻線が巻かれて磁気ス
イッチとして構成される。

【００２７】本実施例において、側板２Ａ，２Ｂがセラ
ミック製になることから、その熱伝導率も高く、アモル
ファスコア１の両側面からの放熱効果を高めることがで
きる。これにより、磁気スイッチが高周波動作を行うと
きのコアの損失増加による温度上昇を抑制し、磁気スイ
ッチの高周波特性を改善できる。

【００２８】さらに、側板２Ａ，２Ｂが優れた絶縁物に
なることから、アモルファスリボン間及び巻線との間の
絶縁を一層確実にすることができる。磁気スイッチが高
電圧・高周波領域で使用されることが多いことから、コ
ア１に誘起される電圧は数キロボルトに達するため、確
実な絶縁が望まれ、セラミック製の側板２Ａ，２Ｂによ
る絶縁が効果的になる。

【００２９】図３は、本発明の他の実施例を示すコアの
側面図（ａ）と平面図（ｂ）である。アモルファスコア
１の両側面にはセラミック製の側板６Ａ，６Ｂが設けら
れる。

【００３０】側板６Ａ，６Ｂは、アモルファスコア１の
外周端及び内周端からはみ出したフィン部６Ａ₁，６Ａ₂
を持つ平面構造にされ、該フィン部に巻線を通すための
孔７Ａ，７Ｂが設けられる。

【００３１】本実施例おいては、側板６Ａ，６Ｂによる
放熱と絶縁効果に加えて、側板６Ａ，６Ｂがアモルファ
スコア１の両側面からはみ出したフィン部を持つ構造に
なることから、該フィン部が放熱フィンになり、放熱効
果を一層高めることができる。

【００３２】また、側板６Ａ，６Ｂのフィン部６Ａ₁，
６Ａ₂は、孔７Ａ，７Ｂに通した巻線を施すことにより
巻線を均等に巻くこと及びその支持を確実にすることが
できる。

【００３３】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、アモル
ファスコアの両側面をセラミック製の一対の側板で覆
い、該アモルファスコアと一対の側板の上から該アモル
ファスコアに鎖交して複数の巻線を巻回する構造の磁気
スイッチとしたため、アモルファスコアの両端面のセラ
ミック製側板は熱伝導率が高いことからアモルファスコ
アからの放熱効果を高め、その温度上昇を抑制すること
ができる。

【００３４】また、本発明によれば、セラミック製側板
は、高い絶縁性を有するため、アモルファスコア間及び
巻線との絶縁を一層確実にすることができる。

【００３５】また、本発明によれば、側板にはアモルフ
ァスコアの内周端及び外周端からはみ出したフィン部を
設け、該フィン部は巻線を巻回するための孔を設けたた
め、アモルファスコアの放熱効果を一層高めると共に巻
線に均等な巻回を得ると共に側板の保持を確実にするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のコアの分解斜視図。

【図２】実施例の磁気スイッチ斜視図。

【図３】他の実施例のコア構成図。

【図４】パルス電源回路図。

【図５】直流磁化と磁気特性の説明図。

【図６】従来の磁気スイッチ構成図。

【符号の説明】 １…アモルファスコア ２Ａ、２Ｂ、６Ａ、６Ｂ…セラミック製側板 ３、４…巻線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可飽和リアクトルや可飽和トランスにな
   る磁気スイッチと半導体スイッチによって構成されるパ
   ルス電源において、 前記磁気スイッチは、アモルファスリボンを内周面を有
   して渦巻き状に巻回したアモルファスコアと、該アモル
   ファスコアの両側面を夫々覆うセラミック製の一対の側
   板と、該アモルファスコアと一対の側板の上から該アモ
   ルファスコアに鎖交して巻回される複数の巻線とを備え
   たことを特徴とするパルス電源用磁気スイッチ。
2. 【請求項２】 前記側板は前記アモルファスコアの内周
   端及び外周端からはみ出したフィン部を有し、該フィン
   部は前記巻線を巻回するための孔を備えたことを特徴と
   する請求項１記載のパルス電源用磁気スイッチ。