分压装置

文档序号:440835 发布日期:2021-12-24 浏览:20次 >En<

阅读说明:本技术 分压装置 (Voltage divider ) 是由 山下裕也 伊泽文仁 石本圣又 阿知原雅人 于 2020-05-22 设计创作,主要内容包括:一种分压装置(3),对从电压电源输出的电压进行分压,分压装置具备利用在板状的基板的正面(5)中并联连接的电容器以及电阻将配置于基板的正面(5)的多个导体图案串联连接的多个电阻分压基板(2A~2D),电阻分压基板(2A~2D)经由连接构件(11)而被串联连接,并且相邻的电阻分压基板(2A~2D)彼此被配置成使一方的电阻分压基板的背面(6)与另一方的电阻分压基板的正面(5)相向、并且使配置于一方的电阻分压基板的正面(5)的导体图案与配置于另一方的电阻分压基板的正面(5)的导体图案隔着另一方的电阻分压基板而对置。(A voltage divider (3) for dividing a voltage output from a voltage power supply, the voltage divider comprising a plurality of resistance voltage dividing substrates (2A-2D) in which a plurality of conductor patterns disposed on the front surface (5) of a plate-shaped substrate are connected in series by capacitors and resistors connected in parallel on the front surface (5) of the substrate, wherein the resistance voltage dividing substrates (2A-2D) are connected in series via a connecting member (11), and adjacent resistance voltage dividing substrates (2A-2D) are arranged so that the back surface (6) of one resistance voltage dividing substrate faces the front surface (5) of the other resistance voltage dividing substrate, and the conductor pattern disposed on the front surface (5) of one resistance voltage dividing substrate faces the conductor pattern disposed on the front surface (5) of the other resistance voltage dividing substrate with the other resistance voltage dividing substrate interposed therebetween.)

分压装置

技术领域

本发明涉及在高电压的检测中使用的分压装置。

背景技术

在从作为高电压的发生源的高电压电源输出的电压的电压值的检测中,使用分压装置。分压装置是对从高电压电源输出的电压进行分压的装置,由分压装置分压后的电压被用于电压值的检测。

分压装置具备使用电阻对从高电压电源输出的电压进行分压的电阻分压基板,在电阻分压基板上配置多个电阻以及多个电容器。在专利文献1记载的电压检测装置中,第1电阻配置于三角形的第1边的位置,第2电阻配置于三角形的第2边的位置,电容器配置于三角形的第3边的位置,由此使电阻分压基板小型化。

现有技术文献

专利文献1:日本特开昭63-215970号公报

发明内容

然而,在上述专利文献1的技术中,虽然使电阻分压基板小型化,但并未考虑为了对高电压进行分压而排列多张电阻分压基板时的小型化。在排列有多张电阻分压基板的情况下,在电阻分压基板间发生寄生电容,在由于寄生电容的不均衡(imbalance)而电压过度地变化时,有时会对电阻分压基板施加设计值以上的电压而发生部件损坏,所以需要抑制寄生电容的不均衡。为了抑制电阻分压基板间的寄生电容,需要在绝缘设计方面加长电阻分压基板间的距离,因此在专利文献1的技术中,在排列有多张电阻分压基板的情况下存在装置结构变大这样的问题。

本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的在于得到一种即使在配置多张电阻分压基板的情况下也能够用较小的装置结构来实现分压的分压装置。

为了解决上述课题并达到目的,本发明是一种分压装置,对从电压电源输出的电压进行分压,其中,分压装置具备多个电阻分压基板,在电阻分压基板中,利用在板状的基板的第1面中并联连接的电容器以及电阻将配置于基板的第1面的多个导体图案进行串联连接。多个电阻分压基板经由导电构件而被串联连接,并且,相邻的电阻分压基板彼此被配置成使一方的电阻分压基板的第2面与另一方的电阻分压基板的第1面相向、并且使配置于一方的电阻分压基板的第1面的导体图案与配置于另一方的电阻分压基板的第1面的导体图案隔着另一方的电阻分压基板而对置。

根据本发明,起到即使在配置多张电阻分压基板的情况下也能够用较小的装置结构来实现分压这样的效果。

附图说明

图1是示出具备实施方式1的分压装置的电压检测系统的结构的图。

图2是示出实施方式1的分压装置具备的电阻分压基板的结构的图。

图3是示出图2所示的电阻分压基板的等效电路的图。

图4是用于说明电容器电容的图。

图5是用于说明实施方式1的分压装置的安装构造的图。

图6是用于说明实施方式1的电阻分压基板的其它安装例的图。

图7是用于说明将实施方式1的分压装置具备的电阻分压基板串联连接时的理想的电路的图。

图8是用于说明将实施方式1的分压装置具备的电阻分压基板串联连接时的实际的电路的图。

图9是用于说明在图8所示的电阻分压基板间发生的寄生电容的图。

图10是示出实施方式1的分压装置中的寄生电容的仿真解析结果的图。

图11是示出基板间的寄生电容不同时的仿真解析结果的图。

图12是示出实施方式2的分压装置具备的电阻分压基板的结构的图。

图13是用于说明在实施方式2的分压装置具备的电阻分压基板间发生的寄生电容的图。

图14是示出实施方式2的分压装置具备的电阻分压基板的其它结构例的图。

图15是示出实施方式1的分压装置具备的电阻分压基板的其它结构例的图。

图16是用于说明电阻分压基板的厚度和放电抑制效果的关系的图。

图17是用于说明在实施方式3的分压装置具备的电阻分压基板间发生的电容的图。

图18是示出将图5所示的电阻分压基板竖立排列时的分压装置的结构的立体图。

图19是从主视方向观察图18所示的分压装置的图。

图20是示出图18所示的分压装置的结构的俯视图。

图21是示出图18所示的电阻分压基板的结构的图。

图22是示出图18所示的分压装置具备的连接端子的螺纹部的结构的图。

图23是示出图18所示的分压装置具备的盖形螺母的结构的图。

(符号说明)

1:高电压电源;2A~2D、20A、20B:电阻分压基板;3:分压装置;4:检测电阻;5、50:正面;6、60:背面;7:铜图案;10:电极;11:连接构件;15:绝缘片材;17:通路(via);21:连接端子;21a、21c:螺纹部;21b:绝缘部;22:盖形螺母;23:固定棒;24:固定棒用孔;25、25a~25d:通孔(through-hole);40:第1构成部;45:支撑构件;100:电压检测系统;a~e:连接点;C0~C16:芯片电容器;R0~R16:芯片电阻。

具体实施方式

以下,根据附图,详细说明本发明的分压装置的实施方式。此外,本发明不被这些实施方式所限定。

实施方式1.

图1是示出具备实施方式1的分压装置的电压检测系统的结构的图。电压检测系统100具备:高电压电源(电压电源)1,是高电压的发生源;分压装置(高电压分压装置)3,对高电压电源1发生的高电压进行分压;以及检测电阻4,检测用于控制高电压电源1的电压。

在电压检测系统100中,高电压电源1、分压装置3以及检测电阻4被串联地连接。高电压电源1的一端经由连接点a而与分压装置3的一端连接,分压装置3的另一端经由连接点b而与检测电阻4的一端连接,检测电阻4的另一端与高电压电源1的另一端连接。将检测电阻4的另一端和高电压电源1的另一端进行连接的连接线被接地。

高电压电源1是对负载(未图示)供给高电压的装置。高电压电源1根据使用分压装置3以及检测电阻4来检测出的电压值,控制向负载的电压的输出处理。

分压装置3具有用于对电压进行分压的多个电阻分压基板。以下,说明分压装置3具有4张电阻分压基板2A~2D的情况,但分压装置3具备的电阻分压基板的张数只要是2张以上,则可以是任意张。

在分压装置3中,电阻分压基板2A~2D被串联连接。具体而言,对连接点a连接电阻分压基板2A的一端,对电阻分压基板2A的另一端连接电阻分压基板2B的一端,对电阻分压基板2B的另一端连接电阻分压基板2C的一端,对电阻分压基板2C的另一端连接电阻分压基板2D的一端,对电阻分压基板2D的另一端连接连接点b。

高电压电源1的电路方式的例子是基于变压器的升压方式、应用于科克罗夫特-沃尔顿(Cockcroft-Walton)电路等的倍压电路(voltage doubler circuit)方式,但本实施方式的高电压电源1可以应用任意的电路方式。

例如,设为高电压电源1的输出是60kV的高电压,需要用检测电阻4来检测5V。在该情况下,在基于电阻分压的观点时,检测电阻4需要5kΩ,分压装置3的合成电阻需要60MΩ。在分压装置3的情况下,具备4张电阻分压基板2A~2D,所以电阻分压基板2A~2D的每1张会各分压约15kV。在说明本实施方式的电连接时,以下也使用60kV进行计算以及说明,但60kV只是一个例子,所以能够应用的电压范围没有上限以及下限。

分压装置3配置于高电压电源1的附近即可,所以可配置到高电压电源1的上部、下部或者侧面。另外,关于分压装置3,不存在与固定有关的限制,所以只要朝向任意的方向、任意的角度进行固定即可。在将分压装置3固定到高电压电源1的附近的情况下,用电气性地为0V或者电气性地浮动的构造物来固定分压装置3即可。

图2是示出实施方式1的分压装置具备的电阻分压基板的结构的图。图3是示出图2所示的电阻分压基板的等效电路的图。电阻分压基板2A~2D具有同样的结构,所以在此说明电阻分压基板2A的结构。在图2中,示出作为电阻分压基板2A的第1面的正面5的结构以及作为电阻分压基板2A的第2面的背面6的结构。此外,对正面5附加阴影线。

在实施方式1中,电阻分压基板2A~2D是仅在正面5配置有作为导体图案的一个例子的铜图案7的单面基板。在电阻分压基板2A的正面5,配置有相对于正面5的表面面积而尽可能宽广且规则性地铺满的多个铜图案7。在本实施方式中,相对于正面5的表面面积而尽可能宽广且规则性地铺满的铜图案7是重要的,通过该铜图案7生成误差少的寄生电容。

在电阻分压基板2A的正面5中,矩形形状的多个(例如5个)铜图案7沿着电阻分压基板2A的长度方向而被串联连接。另外,在电阻分压基板2A的正面5中,在铜图案7之间配置有作为电容器的一个例子的芯片电容器C1~C4和作为电阻的一个例子的芯片电阻R1~R4。

此外,在以下的说明中,在无需辨别分压装置3具备的芯片电容器C1~C4的情况下,有时将芯片电容器C1~C4称为芯片电容器C0。另外,在无需辨别分压装置3具备的芯片电阻R1~R4的情况下,有时将芯片电阻R1~R4称为芯片电阻R0。

在第1铜图案7与第2铜图案7之间,以连接第1铜图案7和第2铜图案7的方式配置有芯片电阻R1以及芯片电容器C1。芯片电阻R1以及芯片电容器C1在第1铜图案7与第2铜图案7之间被并联连接。

在第2铜图案7与第3铜图案7之间,以连接第2铜图案7和第3铜图案7的方式配置有芯片电阻R2以及芯片电容器C2。芯片电阻R2以及芯片电容器C2在第2铜图案7与第3铜图案7之间被并联连接。

在第3铜图案7与第4铜图案7之间,以连接第3铜图案7和第4铜图案7的方式配置有芯片电阻R3以及芯片电容器C3。芯片电阻R3以及芯片电容器C3在第3铜图案7与第4铜图案7之间被并联连接。

在第4铜图案7与第5铜图案7之间,以连接第4铜图案7和第5铜图案7的方式配置有芯片电阻R4以及芯片电容器C4。芯片电阻R4以及芯片电容器C4在第4铜图案7与第5铜图案7之间被并联连接。

这样,在电阻分压基板2A的正面5中,经由并联连接的芯片电容器C0以及芯片电阻R0,铜图案7被串联连接。此外,在本实施方式中,为了便于说明,说明将芯片电阻R1~R4和芯片电容器C1~C4串联地连接4个的情况,但在电阻分压基板2A的设计方面,串联数没有限制。

在电阻分压基板2A的正面5中相邻的铜图案7之间的距离依赖于所配置的芯片电容器C0以及芯片电阻R0的尺寸。例如,如果芯片电容器C0的尺寸以及芯片电阻R0的尺寸分别是1.6mm×0.8mm(1608尺寸),则相邻的铜图案7之间的距离是1.0mm即可。在电阻分压基板2A的正面5中,在配置芯片电容器C0以及芯片电阻R0之后,配置相对于正面5的表面面积而尽可能宽广的铜图案7。例如,设为使正面5的上边与铜图案7的上边之间的间隙接近0,使正面5的下边与铜图案7的下边之间的间隙接近0。另外,设为使正面5的左边与铜图案7之中的配置于最左端的铜图案7的左边之间的间隙接近0,使正面5的右边与铜图案7之中的配置于最右端的铜图案7的右边之间的间隙接近0。

此外,电阻分压基板2A~2D是单面基板,所以在电阻分压基板2A~2D的背面6中并未配置铜图案7、芯片电容器C0以及芯片电阻R0中的任何元件。

在此,说明电容器的电容器电容Cc[F]。图4是用于说明电容器电容的图。在图4中,示出配置于芯片电容器C0等的电容器的结构。配置于芯片电容器C0等的电容器具有利用2张成对的电极(并行平板)10来夹住介电常数ε的电介体的构造。

介电常数ε[F/m]是ε=ε0·εr,ε0是真空中的介电常数,εr是各物质具有的相对介电常数。在此,在将电容器的电容设为Cc[F]、将电极10的表面面积设为S[mm2]、将电极10之间的距离设为d[mm]、将介电常数ε设为ε[F/m]时,Cc=ε·(S/d)[F]的式子成立。根据该式子可知,在使介电常数ε[F/m]成为恒定的情况下,表面面积S[mm2]越大则电容器电容Cc[F]越大,另外,电极10之间的距离d[mm]越接近则电容器电容Cc[F]越大。另外,如果能够恰当地设定表面面积S[mm2]以及电极10之间的距离d[mm],则能够使电容器电容Cc[F]成为任意的值,所以即使距离d[mm]大,也能够按照意愿来制作电容器电容Cc[F]。

图5是用于说明实施方式1的分压装置的安装构造的图。分压装置3具备的电阻分压基板2A~2D通过包括导电构件的连接构件11而被串联地连接。关于电阻分压基板2A~2D之间的连接方法,只要能够将电阻分压基板2A~2D之间进行电连接,则可以使用任意的构件。在电阻分压基板2A~2D之间的连接中,例如能够使用电缆等布线材料或者金属导体。

电阻分压基板2A~2D分别具有相同的板状形状。电阻分压基板2A~2D的正面5以及背面6为矩形形状。电阻分压基板2A~2D以使侧面之中的在长度方向上延伸的侧面成为底面、且使宽度方向的侧面与铅直方向平行的方式竖立排列。电阻分压基板2A~2D以使各自的正面5平行并且使各自的面内方向的位置一致的方式竖立排列。即,电阻分压基板2A~2D以在电阻分压基板2A~2D的面内方向上不会发生位置偏移的方式竖立排列。

此外,配置电阻分压基板2A~2D的氛围环境也可以是空气,但在用干燥空气、氮或者氢来填满时,具有与空气的情况相比更能抑制寄生电容的误差的效果。另外,通过用SF6(六氟化硫)填满配置电阻分压基板2A~2D的氛围环境,与干燥空气的情况同样地具有抑制寄生电容的误差的效果。

图6是用于说明实施方式1的电阻分压基板的其它安装例的图。此外,在图6中省略了连接构件11的图示。如图6所示,电阻分压基板2A~2D也可以在铅直方向上分层状地堆叠。即使在该情况下,也与竖立排列电阻分压基板2A~2D的图5的情况同样地,具有对寄生电容的误差进行抑制的效果。在分层状地堆叠电阻分压基板2A~2D的情况下,电阻分压基板2A~2D之间被支撑构件45等所支撑。

电阻分压基板2A被配置成使电阻分压基板2A的背面6和电阻分压基板2B的正面5隔着距离d1而对置。电阻分压基板2B被配置成使电阻分压基板2B的背面6和电阻分压基板2C的正面5隔着距离d2而对置。电阻分压基板2C以及电阻分压基板2D被配置成使电阻分压基板2C的背面6和电阻分压基板2D的正面5隔着距离d3而对置。这样,电阻分压基板彼此被配置成使一方的电阻分压基板的背面6和另一方的电阻分压基板的正面5相向、并且使配置于一方的电阻分压基板的正面5的铜图案7和配置于另一方的电阻分压基板的正面5的铜图案7隔着另一方的电阻分压基板而对置。

此外,在以下的说明中,有时将电阻分压基板2A~2D称为基板。因此,在以下的说明中,有时将电阻分压基板2A~2D之间、即电阻分压基板2A、2B之间、电阻分压基板2B、2C之间以及电阻分压基板2C、2D之间称为基板间。

在分压装置3中,以使基板间的各距离d1、d2、d3变得相等的方式,配置电阻分压基板2A~2D。因此,电阻分压基板2A~2D例如使用树脂等间隔件而被等间隔地固定,基板间的电连接是使用布线材料来进行的。另外,也可以将电阻分压基板2A~2D仅用金属导体来等间隔地固定并且用金属导体来电连接。基板间的距离d1、d2、d3如上所述影响电容器电容Cc[F],所以优选误差尽可能小,例如误差收敛于±10%以内即可。

在此,说明将电阻分压基板2A~2D串联连接时的分压装置3的理想的电路。图7是用于说明将实施方式1的分压装置具备的电阻分压基板串联连接时的理想的电路的图。理想的电路是指不存在基板间的寄生电容的电路,但在实际的电路中,在基板间发生寄生电容。

电阻分压基板2A具备芯片电容器C1~C4以及芯片电阻R1~R4,电阻分压基板2B具备芯片电容器C5~C8以及芯片电阻R5~R8。电阻分压基板2C具备芯片电容器C9~C12以及芯片电阻R9~R12,电阻分压基板2D具备芯片电容器C13~C16以及芯片电阻R13~R16。芯片电容器C1~C16分别具有相同的特性,芯片电阻R1~R16分别具有相同的特性。

在分压装置3中,芯片电容器CN(N是1至16的自然数)和芯片电阻RN分别被并联连接。在分压装置3中,在将芯片电容器CN以及芯片电阻RN的组合设为元件组XN的情况下,按照元件组X1、元件组X2、元件组X3、元件组X4、元件组X5、元件组X6、元件组X7、元件组X8、元件组X9、元件组X10、元件组X11、元件组X12、元件组X13、元件组X14、元件组X15、元件组X16的顺序,串联连接有各元件组。

这样,在电阻分压基板2A~2D中,芯片电容器C0和芯片电阻R0被并联连接,并且芯片电容器C0以及芯片电阻R0的组在组之间被串联连接。

电阻分压基板2A的元件组X1连接于连接点a。电阻分压基板2A的元件组X4和电阻分压基板2B的元件组X5经由连接点c而连接。另外,电阻分压基板2B的元件组X8和电阻分压基板2C的元件组X9经由连接点d而连接。另外,电阻分压基板2C的元件组X12和电阻分压基板2D的元件组X13经由连接点e而连接。并且,电阻分压基板2D的元件组X16连接于连接点b。

在分压装置3中,配置于电阻分压基板2A~2D上的元件组X1~X16被串联地连接。在理想的电路的情况下,在基板间未发生寄生电容。因此,在理想的电路中,从连接点a施加到连接点b的电压针对芯片电容器C0和芯片电阻R0的每个组合(每个元件组),被均等地分压。在此,在从连接点a对连接点b施加60kV的电压的情况下,会对芯片电容器C0以及芯片电阻R0分别施加3.75kV的电压。因此,在理想的电路的情况下,在基板的设计方面考虑该3.75kV的电压即可。

连接点a-d之间被施加配置于它们之间的芯片电容器C0、芯片电阻R0的串联数倍(在此为8倍)的电压即30kV。同样地,连接点d-b之间以及连接点c-e之间分别被施加30kV。因此,在理想的电路的情况下,以基板间最大被施加30kV为前提,进行安装构造的设计即可。

但是,在实际的分压装置3的电路中,在基板间存在寄生电容(后述的寄生电容Cs1~Cs12)。在此,说明考虑了寄生电容的分压装置3的实际的电路。图8是用于说明将实施方式1的分压装置具备的电阻分压基板串联连接时的实际的电路的图。

在分压装置3中,发生非预期的寄生电容。在此,说明在分压装置3的基板间存在寄生电容Cs1~Cs12的情况。寄生电容Cs1~Cs4是电阻分压基板2A、2B之间的寄生电容,寄生电容Cs5~Cs8是电阻分压基板2B、2C之间的寄生电容,寄生电容Cs9~Cs12是电阻分压基板2C、2D之间的寄生电容。

关于寄生电容Cs1~Cs12的电容值[F],如果未恰当地控制寄生电容Cs1~Cs12,则针对寄生电容Cs1~Cs12的每一个而会成为不同的值。如果寄生电容Cs1~Cs12的电容值不同,则在发生电压的过度的变化的情况下,基于基板间的寄生电容Cs1~Cs12的分压比会变化。因此,有时对连接点a-d之间、连接点d-b之间以及连接点c-e之间施加设计值以上的高电压,如果未恰当地控制寄生电容Cs1~Cs12,则分压装置3有可能发生故障。这些寄生电容Cs1~Cs12在构造上不会消失。因此,通过将寄生电容Cs1~Cs12全部控制为共同的值,能够使基于基板间的寄生电容Cs1~Cs12的分压比接近恒定值。此外,在以下的说明中,在无需区分寄生电容Cs1~Cs12的情况下,有时将寄生电容Cs1~Cs12称为寄生电容CsX。

在此,说明如图5所示安装作为单面基板的电阻分压基板2A~2D时的寄生电容Cs1~Cs12的电容值[F]。

图9是用于说明在图8所示的电阻分压基板间发生的寄生电容的图。此外,寄生电容Cs1~Cs12的电容值[F]能够基于同样的观点来计算,所以在此说明寄生电容Cs1的电容值[F]。

在图9中,图示作为电阻分压基板2A、2B的一部分的第1构成部40。第1构成部40配置于使图8所示的寄生电容Cs1发生的部位。如图9所示,在本实施方式中,通过基板材料的电容Cx和电阻分压基板2A、2B间的寄生电容Cs1的串联连接来构成第1构成部40的寄生电容。在此,说明本实施方式的安装构造中的基板材料的电容Cx以及电阻分压基板2A、2B之间的寄生电容Cs1。作为一般的基板材料的玻璃复合基板(CEM-3)的相对介电常数εr是4.7,玻璃环氧基板(FR-4)的相对介电常数εr是4.73。在此,说明基板材料是CEM-3时的电容值[F]。

电阻分压基板2A、2B的厚度分别为1.6mm。另外,在将铜图案7的表面面积假设为S[mm2]时,根据C=ε0·εr·(S/d),基板材料的电容Cx是2.94ε0S[F]。

接下来,说明基板间的寄生电容Cs1。在本实施方式的安装构造中,假设为基板间的距离是10mm~20mm,且配置分压装置3的环境是相对介电常数εr=1的氛围中。在该情况下,基板间的寄生电容Cs1在基板间的距离为10mm的情况下是0.1ε0S[F],在基板间的距离为20mm的情况下是0.05ε0S[F]。因此,在第1构成部40的寄生电容由基板材料的电容Cx和基板间的寄生电容Cs1构成的情况下,根据电容器的分压的观点,会对基板材料的电容Cx仅施加整体的几%程度的电压。因此,剩余的电压被施加到基板间的寄生电容Cs1。即,在实施方式1中,可以说第1构成部40的寄生电容依赖于基板间的寄生电容Cs1。

接下来,说明图8所示的电路中的寄生电容的仿真解析结果。图10是示出实施方式1的分压装置中的寄生电容的仿真解析结果的图。在图10中,示出基板间的寄生电容Cs1~Cs12共同时的仿真解析结果。图11是示出基板间的寄生电容不同时的仿真解析结果的图。

此处的仿真条件是指,对图8所示的连接点a-b之间施加60kV、100Hz的电压。在图10以及图11的上段,示出图8所示的连接点a-d之间的电压波形。另外,在图10以及图11的中段,示出图8所示的连接点c-e之间的电压波形。另外,在图10以及图11的下段,示出图8所示的连接点d-b之间的电压波形。

图10所示的电压波形是如本实施方式的分压装置3那样寄生电容Cs1~Cs12全部共同时的电压波形。如图10所示,在寄生电容Cs1~Cs12全部共同的情况下,对所有的基板间均等地施加30kV。这是因为,寄生电容Cs1~Cs12的误差非常小且成为大致共同的值,并且,相对于电压的过度的变化,也均等地进行基于寄生电容Cs1~Cs12的分压。因此,在本实施方式中,不仅是基板间,而且关于基板上的芯片电容器C0、芯片电阻R0,也均等地施加在基板上被分压的3.75kV。因此,能够防止分压装置3的故障。

图11所示的电压波形是比较例的分压装置表示的电压波形。在比较例的分压装置中,使连接点a-d之间的寄生电容Cs1~Cs4大于寄生电容Cs5~Cs12。这样,在比较例的分压装置中,寄生电容Cs1~Cs4与寄生电容Cs5~Cs12不同。

如图11所示,对连接点a-d之间以及连接点c-e之间最大施加30kV,但对连接点d-b之间最大施加58kV。这是如下结构的结果:由于在分压装置3中串联地连接有不同的寄生电容CsX,所以基于寄生电容CsX的分压比会变化,电压偏向寄生电容CsX的电容值小的一侧。其结果,在比较例的分压装置中,需要设计耐受58kV的安装构造。在假设将空间绝缘距离设为1kV/mm的情况下,在比较例的分压装置中,需要设为使基板间分离58mm的安装构造。另外,关于基板上的芯片电容器C0、芯片电阻R0,也施加设计值以上的电压,所以成为部件损坏的原因。

此外,在图11中说明的仿真只是为了易于理解地说明仿真而仅使连接点a-d之间的寄生电容Cs1~Cs4变化的例子,只不过是仿真的一个例子。在实际的比较例的针对分压装置的基板设计中,并非如本实施方式那样以使基板间的寄生电容成为共同的值的方式进行图案设计。

另外,在本实施方式的分压装置3中,与基板的正面5的表面面积S[mm2]同等地均匀地配置铜图案7的单面基板被排列成在平面方向上相互没有偏移并且使基板间的距离d1、d2、d3相等。由此,能够针对分压装置3,在基板间的所有位置处将基板间的寄生电容CsX控制为共同的值。因此,即使在过度的电压的变化时也能够将基板间的电压均等地分压,所以基板间的绝缘距离的设计变得容易,能够使分压装置3小型化。即,能够在确保部件之间的绝缘距离的同时,实现小型化的分压装置3。

另外,在基板的制造时,发生基板的机械性的尺寸误差。关于未考虑基板的正面5的表面面积S[mm2]的图案设计的基板(铜图案的表面面积狭小的基板),由于机械性的尺寸误差的原因,寄生电容的偏差变大。另外,关于铜图案的表面面积狭小的基板,寄生电容的电容值自身小。即,在铜图案的表面面积狭小的基板的情况下,寄生电容的电容值成为几pF这样的非常小的值。因此,在使用铜图案的表面面积狭小的基板,为了对高电压进行分压而增加基板的张数的情况下,更容易发生寄生电容的不均衡。因此,电压的不均衡也变大,难以预测基板间的电压。

在本实施方式的分压装置3中,相对于基板的正面5的表面面积S[mm2],尽可能增大铜图案7的表面面积,所以能够容许由铜图案7的尺寸误差(制造误差)引起的寄生电容CsX的偏差。

作为铜图案的例子,说明重叠宽度为2mm的铜图案的情况。在由于基板的机械性的尺寸误差,对置的一方的基板的铜图案的位置在宽度的方向(横向)上偏移1mm的情况下,在宽度为2mm的铜图案彼此中,在横向上重叠的部分为1mm。在该情况下,铜图案之间的寄生电容成为设计值的一半。另一方面,在重叠宽度为10mm的铜图案彼此的情况下,如果对置的一方的铜图案的位置在宽度的方向上偏移1mm,则在横向上重叠的部分为9mm。在该情况下,铜图案之间的寄生电容成为设计值的90%。这样,铜图案的表面面积越大,则越能够容许铜图案的尺寸误差(位置偏移)。

在本实施方式中,说明了用电阻分压基板2A~2D的串联连接对电压60kV进行分压的结构,但电阻分压基板2A~2D只是一个例子。因此,能够与成为对象的装置、电压等匹配地变更电阻分压基板的张数。例如,在以比电压60kV高的电压为对象进行分压的情况下,增加串联地连接的电阻分压基板即可。在该情况下,也以在电阻分压基板的面内方向上没有偏移且使电阻分压基板间的距离相等的方式配置电阻分压基板。

这样,在实施方式1中,用连接构件11串联地连接电阻分压基板2A~2D,相邻的电阻分压基板彼此被平行地配置成使一方的电阻分压基板的背面6和另一方的电阻分压基板的正面5对置。而且,以使一方的电阻分压基板的背面6与另一方的电阻分压基板的正面5之间的距离在相邻的电阻分压基板彼此的各自中相等的方式,配置有各电阻分压基板2A~2D。由此,能够将寄生电容Cs1~Cs12全部控制为共同的值,能够使基于基板间的寄生电容Cs1~Cs12的分压比接近恒定值。因此,即使在配置多张电阻分压基板的情况下,分压装置3也能够用较小的装置结构来实现分压。

另外,在电阻分压基板2A~2D中,均匀地配置有与电阻分压基板2A~2D的正面5的表面面积S[mm2]大致相同的面积的铜图案7。因此,电阻分压基板2A~2D的散热性能提高。另外,电阻分压基板2A~2D由于被竖立排列所以空气的流动变得良好,利用自然对流实现的散热性提高。因此,即使是在分压装置3被安装于无法进行强制气冷或者水冷的密闭的构造物内的环境下,也能够抑制电阻分压基板2A~2D的温度上升。

实施方式2.

接着,使用图12至图16,说明本发明的实施方式2。在实施方式2中,将电阻分压基板设为在两面配置有铜图案7的两面基板。

图12是示出实施方式2的分压装置具备的电阻分压基板的结构的图。在实施方式2中,代替作为单面基板的电阻分压基板2A,而使用作为两面基板的电阻分压基板20A。此外,实施方式2中的分压装置3具备的电阻分压基板20A以外的电阻分压基板也具有与电阻分压基板20A同样的结构。

电阻分压基板20A是在两面配置有铜图案7的两面基板。电阻分压基板20A的正面50具有与电阻分压基板2A的正面5同样的结构。即,在电阻分压基板20A的正面50中,配置有相对于正面50的表面面积S[mm2]而尽可能宽广且规则性地铺满的多个铜图案7。另外,在电阻分压基板20A的正面50中,与电阻分压基板2A的正面5同样地,在铜图案7之间配置有芯片电容器C1~C4和芯片电阻R1~R4。

在电阻分压基板20A的背面60中,在与电阻分压基板20A的正面50面对称的位置处配置有铜图案7。即,在电阻分压基板20A的背面60中,与电阻分压基板20A的正面50的铜图案7相同的形状且相同的大小的铜图案7被配置成与正面50的铜图案7相互对置。配置于该背面60的铜图案7经由通路(后述的通路17)而分别电连接于配置于面对称的位置的正面50的铜图案7。具体而言,配置于正面50的最左端的铜图案7和配置于背面60的最左端的铜图案7通过通路17而被连接,配置于正面50的左数第2个铜图案7和配置于背面60的左数第2个铜图案7通过通路17而被连接。另外,配置于正面50的最右端的铜图案7和配置于背面60的最右端的铜图案7通过通路17而被连接,配置于正面50的右数第2个铜图案7和配置于背面60的右数第2个铜图案7通过通路17而被连接。

实施方式2的分压装置3的安装构造与在图5中说明的实施方式1的分压装置3的安装构造相同,所以省略其说明。另外,关于将与电阻分压基板20A同样的电阻分压基板串联连接合计4张时的实际的电路,与在图8中说明的实施方式1的分压装置3的电路同样地,在基板间存在寄生电容Cs1~Cs12。

在实施方式2的分压装置3中,在电阻分压基板2A的位置配置有电阻分压基板20A,在电阻分压基板2B的位置配置有后述的电阻分压基板20B。另外,在电阻分压基板2C的位置配置有与电阻分压基板20A同样的电阻分压基板,在电阻分压基板2D的位置配置有与电阻分压基板20A同样的电阻分压基板。

如在实施方式1中说明那样,在寄生电容Cs1~Cs12的电容值不同时分压装置3有可能发生故障,所以在实施方式2中也与实施方式1同样地,将寄生电容Cs1~Cs12全部控制为共同的值。此外,图12所示的电阻分压基板20A的等效电路与图2所示的电阻分压基板2A~2D的等效电路相同。

在此,说明如图5所示安装作为两面基板的4张电阻分压基板时的寄生电容Cs1~Cs12的电容值[F]。

图13是用于说明在实施方式2的分压装置具备的电阻分压基板间发生的寄生电容的图。此外,寄生电容Cs1~Cs12的电容值[F]能够基于同样的观点来计算,所以在此说明寄生电容Cs1的电容值[F]。

实施方式2的分压装置3具备的电阻分压基板20A、20B通过连接构件11(在图13中未图示)而被串联地连接。实施方式2的分压装置3和实施方式1的分压装置3的差异点在于,在实施方式2的分压装置3中,基板的种类为两面基板,由此铜图案7配置于基板的两面,通过通路17来连接基板的正面50的铜图案7和背面60的铜图案7。

根据这个结构,基板材料的电容Cx消失,所以在实施方式2中仅考虑基板间的寄生电容CsX即可。图13所示的基板间的寄生电容Cs100能够通过与实施方式1中的基板间的寄生电容Cs1同样的计算来求出。即,假设为基板间的距离是10mm~20mm,且配置分压装置3的环境是相对介电常数εr=1的氛围中。在该情况下,基板间的寄生电容Cs100在基板间的距离为10mm的情况下是0.1ε0S[F],在基板间的距离为20mm的情况下是0.05ε0S[F]。

这样,根据实施方式2,在分压装置3中使用两面基板,所以作为分压装置3的寄生电容,仅考虑基板间的寄生电容CsX来设计分压装置3的安装构造即可。因此,相比于实施方式1的分压装置3,分压装置3的安装构造的设计变得容易。

另外,在实施方式2中,在基板的正面50以及背面60配置有相对于基板的表面面积S[mm2]而尽可能大且规则性地铺满的铜图案7,所以铜图案7的表面面积为实施方式1的2倍。因此,基板的散热性能相比于实施方式1的分压装置3而得到提高。

而且,也可以通过对与电阻分压基板20A~20D的角部最接近的铜图案7的角部附加作为圆角的R(倒圆)来缓和电场,抑制来自电阻分压基板20A~20D的放电。

图14是示出实施方式2的分压装置具备的电阻分压基板的其它结构例的图。电阻分压基板20A~20D具有同样的结构,所以在此说明电阻分压基板20A的其它结构例。如图14所示,通过对与电阻分压基板20A的角部最接近的铜图案7的角部附加R来缓和电场,能够抑制来自电阻分压基板20A的放电。此外,也可以对电阻分压基板20A具有的所有的铜图案7的角部设置R。即,也可以对电阻分压基板20A~20D具有的所有的铜图案7的角部设置R。

另外,也可以对单面基板的铜图案7附加R。在该情况下,对与在实施方式1中说明的电阻分压基板2A~2D的角部最接近的铜图案7的角部附加R。图15是示出实施方式1的分压装置具备的电阻分压基板的其它结构例的图。如图15所示,通过对与电阻分压基板2A的角部最接近的铜图案7的角部附加R来缓和电场,能够抑制来自电阻分压基板2A的放电。此外,也可以对电阻分压基板2A~2D具有的所有的铜图案7的角部设置R。

关于通过对铜图案7的角部附加R来抑制放电的效果,相比于作为单面基板的电阻分压基板2A~2D,在作为两面基板的电阻分压基板20A~20D时更大。

图16是用于说明电阻分压基板的厚度和放电抑制效果的关系的图。例如,设为电阻分压基板2A、20A的厚度分别是1.6mm,且铜图案7的厚度是35μm。在该情况下,在作为两面基板的电阻分压基板20A中,表面和背面的对置的铜图案7的电压相同。因此,与电阻分压基板20A的厚度相应地,电阻分压基板20A得到作为有厚度的导体的块的特性,所以放电抑制效果变大。即,在电阻分压基板2A中成为与厚度W1=35μm的导体同样的特性,相对于此,在电阻分压基板20A中成为与厚度W2=1.67mm的导体同样的特性。因此,作为两面基板的电阻分压基板20A相比于作为单面基板的电阻分压基板2A,抑制来自基板的放电的效果更大。

实施方式3.

接着,使用图17,说明本发明的实施方式3。在实施方式3中,将电阻分压基板设为两面基板,并且在电阻分压基板间粘贴绝缘片材。

图17是用于说明在实施方式3的分压装置具备的电阻分压基板间发生的电容的图。实施方式3中的分压装置3的安装构造相比于实施方式2中的分压装置3的安装构造,不同的点在于,在基板间追加绝缘片材15,绝缘片材15和基板紧贴。因此,在实施方式3的分压装置3中,没有基板材料的电容,仅为绝缘片材15的电容Cs200。另外,基板间的各绝缘片材15全部是相同的厚度,绝缘片材15和基板紧贴,所以基板间的距离d1、d2、d3分别与绝缘片材15的厚度相等。此外,各基板的连接与实施方式1的分压装置3同样地通过连接构件11而串联地连接。

关于将与电阻分压基板20A同样的电阻分压基板串联连接合计4张时的实际的电路,与在图8中说明的实施方式1的分压装置3的电路同样地,在基板间存在寄生电容Cs1~Cs12。

如在实施方式1中说明那样,在寄生电容Cs1~Cs12的电容值不同时,分压装置3有可能发生故障,所以在实施方式3中也与实施方式1同样地,将寄生电容Cs1~Cs12全部控制为共同的值。

在实施方式3中,基板间仅为绝缘片材15,相对介电常数εr不易根据温度或者湿度而变化,所以容易将寄生电容CsX控制为共同的值。

在此,说明绝缘片材15的电容Cs200。关于绝缘片材15,根据材质而有各种厚度、相对介电常数εr的产品。例如,在将绝缘片材15的厚度假设为0.5mm、将相对介电常数εr假设为3时,绝缘片材15的电容Cs200为6.0ε0S[F]。

这样,根据实施方式3,作为分压装置3的电容,仅考虑绝缘片材15的电容Cs200来设计分压装置3的安装构造即可,所以分压装置3的安装构造的设计变得容易。另外,在实施方式3的分压装置3中,利用相对介电常数εr比相对介电常数εr=1更大的绝缘片材15进行绝缘,所以与实施方式2的分压装置3相比能够使基板间的距离更接近,与实施方式2的分压装置3相比能够进一步小型化。

实施方式4.

接着,使用图18至图23,说明本发明的实施方式4。在实施方式4中,说明竖立排列电阻分压基板2A~2D的方法。

图18是示出将图5所示的电阻分压基板竖立排列时的分压装置的结构的立体图。图19是从主视方向观察图18所示的分压装置的图。图20是示出图18所示的分压装置的结构的俯视图。图21是示出图18所示的电阻分压基板的结构的图。图22是示出图18所示的分压装置具备的连接端子的螺纹部的结构的图,图23是示出图18所示的分压装置具备的盖形螺母的结构的图。

在图18、20、21中,将与电阻分压基板2A~2D的上表面平行的面内的相互正交的2个轴设为X轴以及Y轴。另外,将与X轴以及Y轴正交的轴设为Z轴。X轴方向是电阻分压基板2A~2D的正面的长度方向,Z轴方向是电阻分压基板2A~2D的正面的宽度方向,Y轴方向是电阻分压基板2A~2D的厚度方向。在图18中,用俯视方向D1来表示与Z轴方向平行的铅直方向,用主视方向D2来表示与X轴方向平行的方向。

分压装置3具备电阻分压基板2A~2D、连接端子21、盖形螺母22以及固定棒23。连接端子21是将电阻分压基板2A~2D之间电连接的端子。盖形螺母22是将电阻分压基板2A~2D和连接端子21进行固定的螺母。固定棒23是将电阻分压基板2A~2D机械地固定的棒状构件。

如图21所示,在电阻分压基板2A中设置有固定棒用孔24和导电性的通孔25a~25d。固定棒用孔24以及通孔25a~25d都是从电阻分压基板2A的正面向背面贯通的孔。固定棒用孔24以及通孔25a~25d设置于电阻分压基板2A的正面的长度方向的两端部。

具体而言,在电阻分压基板2A的正面的长度方向的一方的端部设置有2个通孔25a、25b和1个固定棒用孔24,在另一方的端部设置有2个通孔25c、25d和1个固定棒用孔24。关于电阻分压基板2B~2D,也在与电阻分压基板2A同样的位置设置有固定棒用孔24和通孔25a~25d。

例如,通孔25a、25c的Z轴方向的坐标相同,通孔25b、25d的Z轴方向的坐标相同。通孔25a、25b的X轴方向的坐标既可以相同,也可以不同。另外,通孔25c、25d的X轴方向的坐标既可以相同,也可以不同。在图20中,示出通孔25a、25b的X轴方向的坐标不同、且通孔25c、25d的X轴方向的坐标不同的情况。在图21中,示出通孔25a、25b的X轴方向的坐标相同、且通孔25c、25d的X轴方向的坐标相同的情况。

电阻分压基板2B~2C具备的通孔25a~25d的XZ面内的坐标与电阻分压基板2A具备的通孔25a~25d的XZ面内的坐标相同。此外,在以下的说明中,在无需区分通孔25a~25d的情况下,有时将通孔25a~25d称为通孔25。

固定棒23通过贯穿电阻分压基板2A~2D的各固定棒用孔24而贯通所有的电阻分压基板2A~2D,两端被固定到其它的构造体。在将电阻分压基板2A~2D中的任意1个电阻分压基板设为一方的电阻分压基板,并将与该电阻分压基板相邻的电阻分压基板设为另一方的电阻分压基板时,设置于一方的电阻分压基板的固定棒用孔24是第1孔,设置于另一方的电阻分压基板的固定棒用孔24是第2孔。

如图22所示连接端子21具有作为导体的螺纹部21a、21c以及筒状的绝缘部21b。螺纹部21a、21c通过棒状的导体构件来连接,该棒状的导体构件被绝缘部21b覆盖。棒状的导体构件以及螺纹部21a、21c一体地形成,一体形成的构件贯通绝缘部21b的筒内。根据这个结构,螺纹部21a配置于绝缘部21b的一方的端部侧,螺纹部21c配置于绝缘部21b的另一方的端部侧。螺纹部21a、21c在绝缘部21b中经由棒状的导体构件来连接,所以螺纹部21a、21c电导通。

电阻分压基板2A、2B经由连接端子21而被电连接。同样地,电阻分压基板2B、2C经由连接端子21而被电连接,电阻分压基板2C、2D经由连接端子21而被电连接。

通过改变连接端子21的绝缘部21b的长度,能够调整相邻的电阻分压基板2A、2B的距离。同样地,通过改变连接端子21的绝缘部21b的长度,能够调整电阻分压基板2B、2C的距离以及电阻分压基板2C、2D的距离。

在电阻分压基板2A、2B的情况下,连接端子21的螺纹部21a被插入到电阻分压基板2A的通孔25a,从与插入侧相反的方向对螺纹部21a螺合盖形螺母22。同样地,向电阻分压基板2A的通孔25a插入的连接端子21的螺纹部21c被插入到电阻分压基板2B的通孔25a,从与插入侧相反的方向对螺纹部21c螺合盖形螺母22。

由此,连接端子21和电阻分压基板2A通过盖形螺母22来固定,连接端子21和电阻分压基板2B通过盖形螺母22来固定,电阻分压基板2A、2B通过连接端子21来固定。在该情况下,通过使盖形螺母22和通孔25a接触,相邻的电阻分压基板2A、2B被电连接。

例如,在电阻分压基板2A是一方的电阻分压基板、且电阻分压基板2B是另一方的电阻分压基板的情况下,将电阻分压基板2A和连接端子21进行固定的盖形螺母22是第1盖形螺母,将电阻分压基板2B和连接端子21进行固定的盖形螺母22是第2盖形螺母。在该情况下,设置于电阻分压基板2A的通孔25a是第3孔,设置于电阻分压基板2B的通孔25a是第4孔。另外,与设置于电阻分压基板2A的通孔25a螺合的螺纹部21a是第1螺纹部,与设置于电阻分压基板2B的通孔25a螺合的螺纹部21c是第2螺纹部。

电阻分压基板2A的通孔25a和电阻分压基板2B的通孔25a被用于电阻分压基板2A、2B的连接。另外,电阻分压基板2B的通孔25d和电阻分压基板2C的通孔25d被用于电阻分压基板2B、2C的连接。另外,电阻分压基板2C的通孔25b和电阻分压基板2D的通孔25b被用于电阻分压基板2C、2D的连接。另外,在电阻分压基板2A和与电阻分压基板2B相反的一侧的电阻分压基板连接的情况下,使用通孔25c。另外,在电阻分压基板2D和与电阻分压基板2C相反的一侧的电阻分压基板连接的情况下,使用通孔25c。

这样,连接端子21的位置被配置成使得在电阻分压基板2A~2D之间不接近。即,以使连接电阻分压基板2A、2B的连接端子21的XZ面内的坐标、连接电阻分压基板2B、2C的连接端子21的XZ面内的坐标以及连接电阻分压基板2C、2D的连接端子21的XZ面内的坐标不会相同的方式,在电阻分压基板2A~2D之间配置有连接端子21。例如,在电阻分压基板2B的正面侧的连接中使用第1通孔25(在图21中是通孔25a)的情况下,在电阻分压基板2B的背面侧的连接中不使用与第1通孔25最接近的第2通孔25(在图21中是通孔25b),而是使用处于长度方向的相反侧的第3通孔25(在图21中是通孔25d)。

另外,在电阻分压基板2C的正面侧的连接中使用第3通孔25(在图21中是通孔25d)的情况下,在电阻分压基板2C的背面侧的连接中不使用与第3通孔25最接近的第4通孔25(在图21中是通孔25c),而是使用处于长度方向的相反侧的第1或者第2通孔25。在该情况下,第1通孔25被用于电阻分压基板2B的正面侧的连接,所以在电阻分压基板2C的背面侧的连接中使用第2通孔25。

由此,能够使电阻分压基板2A~2D之中的相邻的电阻分压基板的盖形螺母22之间的绝缘距离L1变长。另外,能够使电阻分压基板2A~2D的正面侧的盖形螺母22与背面侧的盖形螺母22之间的绝缘距离变长。

这样,在实施方式4中,以使连接电阻分压基板2A、2B的连接端子21的XZ面内的坐标、连接电阻分压基板2B、2C的连接端子21的XZ面内的坐标以及连接电阻分压基板2C、2D的连接端子21的XZ面内的坐标不同的方式,在电阻分压基板2A~2D之间配置有连接端子21。由此,能够在确保盖形螺母22之间的绝缘距离的同时,将电阻分压基板2A~2D之间电连接。

以上的实施方式所示的结构是本发明的内容的一个例子,既能够与其它公知的技术组合,也能够在不脱离本发明的要旨的范围中将结构的一部分进行省略、变更。

29页详细技术资料下载
上一篇:一种医用注射器针头装配设备
下一篇:电压测量电路、蓄电装置

网友询问留言

已有0条留言

还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!

精彩留言,会给你点赞!