JP2006166614A - 高圧発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源電圧が低くても、２次側の出力電圧の波形が高くなるようにして、高圧発生装置の消費電力の低減および小型化を図る。
【解決手段】 電源１からの電圧を昇圧するためのトランス２と、トランス２とによって共振回路を形成するコンデンサ３と、コンデンサ３の充電と放電とを切り替える切替回路４とを備える。コンデンサ３の放電により生じたパルス電流の周波数が、コンデンサ３およびトランス２のコイル５、６の回路定数を設定して、トランス２の出力電圧の一部あるいは全部を強める関係にある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、イオン発生装置や電気集塵機等に用いられる、高電圧を発生するための高圧発生装置に関する。

近年、健康志向が高まるにつれて、除菌イオンに代表されるイオン発生装置およびこれを搭載した空気調節装置が多くの場所で用いられるようになってきている。イオン発生装置では、電極に高電圧を印加するために高圧発生装置を必要とする。高圧発生装置の電源として、商用交流電源が利用されるが、屋外等の商用交流電源のない場所で使用するものに対しては、電池を用いなければならない。そのため、ことさら省エネの必要性が今後高まってくると予想される。

低電圧駆動の高圧発生装置では、消費電力は一様に高い。例えば、コンデンサとトランスとによって共振回路を形成し、コンデンサの充電と放電とを切り替えるようにした高圧発生装置において、コンデンサの放電によりトランスの１次側にパルス電流を印加し、高圧の２次側出力電圧波形（交番波形）を得る場合、実際に大きな容量のコンデンサが用いられている。数十μＦを１０Ｖ位まで充電して、１００Ｈｚ以上の周波数で放電させる場合には、コンデンサを充電するための電力だけで数百ｍＷに達する。

また、波高が大きくて周波数の小さい１次側の電流パルスは、その周波数が２次側の共振周波数とあまりにもかけ離れていると、長時間干渉することにより、図４に示すように２次側出力波形の歪曲化および波高の低下を招いていた。

さらに、充電した電荷が１次側コイルに移った直後に強制的に充電に切り替わると、２次側では、ただ１回誘起されて生じた起電力を電極と２次側コイルとで共振させて終了となる。２次側のコイルは、巻数が多く抵抗も高いため、電圧波形はすぐに放電不可能な大きさに減衰してしまうことになる。そして、急激に電流が０になるときの逆起電力も、主に熱に変わり、２次側出力電圧上昇にはほとんど反映されない。

電源電圧および電源容量を低減し、電源の小型化を図るために、特許文献１では、１次側の共振周波数と２次側の共振周波数とが同一となるように、コンデンサのキャパシタンスとコイルのインダクタンスとが設定されている。
特開平９−３５９３１号公報

特許文献１において、1次側および２次側のコイルのインダクタンスとコンデンサの容量を各々Ｌ１、Ｃ１、Ｌ２、Ｃ２とすると、Ｌ１×Ｃ１＝Ｌ２×Ｃ２の関係が成り立たなければならない。コンデンサの充放電により２次側出力を得る場合、回路定数があまりにも限定されてしまう。そのため、所望の電力や出力を得ることは困難となり、高圧発生装置として利用範囲が限定されたものとなってしまう。

本発明は、上記に鑑み、回路定数の自由度を保ちながら、２次側出力電圧の波形を大きくできる高圧発生装置の提供を目的とする。

本発明は、電源と、該電源からの電圧を昇圧するためのトランスと、該トランスとによって共振回路を形成するコンデンサと、該コンデンサの充電と放電とを切り替える切替回路とを備え、前記トランスの出力電圧の一部あるいは全部を強めるように、前記コンデンサの放電により生じたパルス電流の周波数が設定されたものである。

また、１次側のパルス電流とトランスの出力電圧との干渉が継続するように、コンデンサの放電により生じた共振するパルス電流の周波数が設定されたものである。

そして、切替回路の切替タイミングによって、放電時にパルス電流となるか、あるいは共振する電流となるかが選択される。切替タイミングを速くすると、パルス電流が発生する。切替タイミングを遅くすると、発生したパルス電流が共振し続け、共振する電流となる。

本発明によると、１次側のパルス電流の周波数と２次側の共振周波数とが一致せずとも、２次側の出力電圧の波形の一部あるいは全部を強めることができる。これにより、コンデンサおよびトランスのコイルの回路定数の設定範囲が広くなり、コンデンサやコイルの選定の自由度が増す。そのため、所望の電圧を容易に得ることができる高圧発生装置を実現できる。

本実施形態の高圧発生装置を図１に示す。この高圧発生装置は、例えばイオン発生装置の電極に高電圧を供給するために用いられるものであって、電源１と、トランス２と、コンデンサ３と、切替回路４とから構成される。トランス２の２次側コイル６には、イオン発生装置の一対の電極が接続される。

トランス２の１次側コイル５にコンデンサ３が接続され、これらによりＬＣ共振回路が形成される。電源１は、直流電源とされる。なお、商用交流電源を電源としてもよい。

切替回路４は、リレー、サイリスタ等の切替スイッチからなり、コンデンサ３が電源側あるいはトランス側に接続するように図示しない制御装置によって切替制御される。切替スイッチを電源側に切り替えると、コンデンサ３は充電される。切替スイッチをトランス側に切り替えると、コンデンサ３は放電する。この切替スイッチの切替タイミングによって、１次側に流れる電流のモードを選択できる。すなわち、切替スイッチを断続的に作動させることにより、パルス電流にするパルスモードとなり、切替スイッチをトランス側に切り替えたまま保持することにより、パルス電流を共振させる共振モードとなる。

ここで、パルスモードにしたときのパルス電流の周波数を２次側の共振周波数に対して一致させずに、かつ特定の周波数となるように回路定数が設定される。すなわち、コンデンサ３の容量および１次側、２次側の各コイル５、６のインダクタンスが適宜選定され、パルス電流の周波数を、例えば２次側の共振周波数の１／３倍とする。このように回路定数を設定することにより、図２に示すように、図４に示す従来の場合に比べて、２次側の出力電圧の波形の波高が大きくなり、出力電圧の一部あるいは全部を強めることができる。

したがって、同じ放電状態を得るために必要なコンデンサ電圧、言い換えれば電源電圧を低くでき、消費電力を低減できる。このとき、回路定数の選定の範囲が広まり、設計の自由度も高くできる。あるいは、コンデンサ３を小さくでき、コイル５、６の巻数を減らして、トランス２を縮小でき、装置の小型化を図れる。

また、共振モードにすると、１次側のパルス電流は停止せずにコンデンサ３とコイル５の中をを流れ続け、共振を保つ。なお、このパルス電流は、コイル５の抵抗によって次第に減衰していく。パルス電流が共振すると、２次側の出力電圧との干渉が継続することになる。

ここで、出力電圧のピークを繰り返し誘起できるように、コンデンサ３および各コイル５、６の回路定数を設定しておく。すなわち、パルス電流の周波数が２次側の共振周波数に対して例えば１／３倍となるように、回路定数を設定する。これによって、図３に示すように、図５に示す回路定数を特に設定しない場合に比べて、出力電圧の波形の波高が大きく、しかもピークが何度も現れるような出力電圧が得られる。

したがって、コンデンサ３の１回の放電あたりの出力電圧のピーク数が増えるので、ピークに応じて発生する電極における放電の回数を増やすことができる。このことから、電極の放電回数を一定にした場合、コンデンサ３の放電回数を減らすことができるので、コンデンサ３を充電および放電するための動作回数を少なくでき、省エネを図れる。また、電極における放電回数が増えることにもなるので、放電効率が上がる。これによって、イオン発生装置においては、音として失われるエネルギーを減少でき、低騒音化を図れる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。

本発明の高圧発生装置の回路構成を示す図 パルスモードにしたときの２次側出力電圧の波形を示す図 共振モードにしたときの２次側出力電圧の波形を示す図 従来の２次側出力電圧の波形を示す図 従来の共振モードにしたときの２次側出力電圧の波形を示す図

符号の説明

１ 電源
２ トランス
３ コンデンサ
４ 切替回路
５ １次側コイル
６ ２次側コイル

Claims (3)

1. 電源と、該電源からの電圧を昇圧するためのトランスと、該トランスとによって共振回路を形成するコンデンサと、該コンデンサの充電と放電とを切り替える切替回路とを備え、前記トランスの出力電圧の一部あるいは全部を強めるように、前記コンデンサの放電により生じたパルス電流の周波数が設定されたことを特徴とする高圧発生装置。
2. 電源と、該電源からの電圧を昇圧するためのトランスと、該トランスとによって共振回路を形成するコンデンサと、該コンデンサの充電と放電とを切り替える切替回路とを備え、１次側のパルス電流とトランスの出力電圧との干渉が継続するように、コンデンサの放電により生じた共振するパルス電流の周波数が設定されたことを特徴とする高圧発生装置。
3. 切替回路の切替タイミングによって、放電時にパルス電流となるか、あるいは共振する電流となるかが選択されることを特徴とする請求項１または２記載の高圧発生装置。

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