JP2011009168A - 除電器用パルスコントロール電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波高電圧による性能の高い除電が行えるのは勿論のこと、自励発振昇圧回路の出力端と除電電極との間の静電容量による影響を低減して、ケーブル長の延長を可能にすること、およびプラス・マイナスのイオンバランス調整を充分に行えるようにする。
【解決手段】自励発振昇圧回路３をそれぞれに備えたプラス高周波高電圧発生ユニットＸ１およびマイナス高周波高電圧発生ユニットＸ２のそれぞれによって、プラス高周波高電圧とマイナス高周波高電圧をそれぞれ生成し、これらを合成回路Ｘ４で合成してプラス高周波高電圧とマイナス高周波高電圧とが交互の繰り返し周期となるプラス・マイナスの高周波高電圧を除電電極Ｙに印加する。そのプラス高周波高電圧およびマイナス高周波高電圧の幅と繰り返し周期は、パルス幅・周波数可変ユニットＸ３の低周波パルス発振回路６からのパルスのパルス幅とパルス周波数を可変することにより可変できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、プラス・マイナスのイオンを発生するための除電電極に高周波の高電圧を印加する除電器用電源装置に関する。

除電器用電源装置として、特許文献１に記載されているように、直流電圧により自励発振し、高圧トランスにて昇圧して高周波高電圧を連続波として発生する自励発振昇圧回路を用いたものは、一般に広く使用されている。
しかし、除電電極に印加される高周波高電圧を連続波にすると、自励発振昇圧回路の出力端（高圧トランスの二次側）と除電電極との間を接続するケーブルの静電容量が大きくなったとき、高周波電圧が連続的に減衰してしまうため、使用するケーブルの長さが制限されるという問題があった。
また、特許文献１に記載された回路構成では、除電対象の条件に応じて任意にコントロールすることができないので、プラス・マイナスのイオンバランス調整も充分に行えなかった。

特許文献２には、自励発振昇圧回路から出力される高周波高電圧に、その正の半周期と負の半周期のそれぞれにおいて、コンデンサに充電される正電圧と負電圧を重畳させて直流分を含む交流電圧とすることにより、交流式除電と直流式除電とを併用できるようにした除電器用電源装置が開示されている。
しかし、これは自励発振昇圧回路の出力側に直流分発生用の回路を付加しており、ケーブル長に応じた静電容量による影響を改善することはできない。

また、特許文献３には、自励発振昇圧回路を間欠発振させて高周波高電圧を間欠的に出力し、これをプラス側倍電圧整流回路とマイナス側倍電圧整流回路にてプラス・マイナス別々に整流および増幅することで、プラスの直流高電圧とマイナスの直流高電圧とし、これをプラス側の除電電極とマイナス側の除電電極とにそれぞれ印加する、直流式除電器用の電源装置が開示されている。
これは自励発振昇圧回路を用いているものの、その出力側にプラス側倍電圧整流回路とマイナス側倍電圧整流回路を付加して、プラス・マイナスの直流高電圧をプラス・マイナスの除電電極にそれぞれ印加する直流式除電器用のものである。

さらに、特許文献４には、外部電源から各々給電されて高電圧を各々の２次側で発生する正極用トランスおよび負極用トランスと、正極用トランスの２次側に発生した高電圧を正極性の高電圧に昇圧する正極用倍電圧整流回路と、負極用トランスの２次側に発生した高電圧を負極性の高電圧に昇圧する負極用倍電圧整流回路と、正極用倍電圧整流回路のダイオードと負極用倍電圧整流回路のダイオードとに直列に接続されると共に各々が直列に接続される第１、第２のインピーダンス素子と、正極用トランスの１次側の第１の給電経路を開閉する第１の電子的スイッチと、負極用トランスの１次側の第２の給電経路を開閉する第２の電子的スイッチと、これら第１の電子的スイッチと第２の電子的スイッチの開閉時間を制御する制御装置とを備え、この制御装置が第１の電子的スイッチおよび第２の電子的スイッチの一方を開状態に他方を閉状態に制御することにより、第１および第２のインピーダンス素子に接続される除電電極に、正負の極性を反転したパルス電圧が繰り返し印加される除電器用電源装置が開示されている。
しかし、これは正負それぞれについて倍電圧整流回路を使用しているため、第１の電子的スイッチおよび第２の電子的スイッチの開閉動作を速くするには、倍電圧整流回路の応答性から限界があり、除電電極に印加される正負のパルス電圧の繰り返し周波数を高速にすることは不可能で（正負のパルス電圧の周期は低周波とならざるを得ない）、高周波高電圧による性能の高い除電は行えない。

特公平３−１７９８号公報 特許第２９０９８９３号公報 特許第２５２０８３９号公報 特許第４２１９４５１号公報

この発明の課題は、高周波高電圧による性能の高い除電が行えるのは勿論のこと、自励発振昇圧回路の出力端と除電電極との間の静電容量による影響を低減して、ケーブル長の延長を可能にすること、およびプラス・マイナスのイオンバランス調整を充分に行えるようにすることにある。

このような課題を達成するため、この発明の除電器用パルスコントロール電源装は、自励発振昇圧回路と、これに入力される直流電源からの電圧をコントロールするスイッチング回路と、自励発振昇圧回路からの高周波高電圧を半波整流する整流回路とをそれぞれに含むプラス高周波高電圧発生ユニットおよびマイナス高周波高電圧発生ユニットと、これら両ユニットの上記スイッチング回路をスイッチング動作させるパルスを可変するパルス幅・周波数可変ユニットと、これら両ユニットからの出力を合成する合成回路とを備える。
パルス幅・周波数可変ユニットは、上記高周波高電圧よりも低い低周波のパルスを発生する低周波パルス発生回路と、そのパルス幅を可変するパルス幅可変手段と、そのパルス周波数を可変する周波数可変手段とからなる。
プラス高周波高電圧発生ユニットおよびマイナス高周波高電圧発生ユニットのそれぞれのスイッチング回路は、上記低周波パルス発生回路からのパルスによりスイッチングして、直流電源からの電圧を上記パルス幅と上記パルス周波数に応じて上記自励発振昇圧回路へ入力することにより、この自励発振昇圧回路から出力される高周波高電圧が上記パルス幅に応じた幅をもって上記パルス周波数に応じた間欠的周期となるようにコントロールするとともに、プラス高周波高電圧発生ユニットのスイッチング回路とマイナス高周波高電圧発生ユニットのスイッチング回路とは、互いに反転したスイッチング動作を行う。
プラス高周波高電圧発生ユニットの上記整流回路とマイナス高周波高電圧発生ユニットの整流回路とは、自励発振昇圧回路からの高周波高電圧を互いに逆方向に整流して、それぞれプラス高周波高電圧とマイナス高周波高電圧とする。
合成回路は、これらプラス高周波高電圧とマイナス高周波高電圧を合成して除電電極に印加する。

請求項２に係る発明は、プラス高周波高電圧発生ユニットおよびマイナス高周波高電圧発生ユニットのそれぞれの高圧トランスの二次側と上記合成回路との間にコンデンサを設ける。
請求項３に係る発明は、プラス高周波高電圧発生ユニットおよびマイナス高周波高電圧発生ユニットのそれぞれに、上記高圧トランスの二次コイルに接続されるイオンバランス調整回路を有し、このイオンバランス調整回路は、二次コイルのグランド側から第１のダイオード、第１の固定抵抗を経てグランドへ至るプラス側回路と、高圧トランスの二次側から上記第１のダイオードとは逆向きの第２のダイオード及び可変抵抗を経てグランドへ至るマイナス側回路とを並列接続するとともに、上記プラス側回路の抵抗あるいはマイナス側回路の抵抗の少なくともいずれか一方を可変にして抵抗バランスを調整可能にしている。

この発明によると、プラス高周波高電圧発生ユニットおよびマイナス高周波高電圧発生ユニットのそれぞれによって、プラス高周波高電圧とマイナス高周波高電圧をそれぞれ生成し、これらを合成してプラス高周波高電圧とマイナス高周波高電圧とが交互の繰り返し周期となるプラス・マイナスを合成した高周波高電圧を除電電極に印加するので、高周波高電圧による性能の高い除電が行える。
また、プラス高周波高電圧とマイナス高周波高電圧のそれぞれは、連続波ではなく間欠的な周期となり、連続波と比べて除電電極と接続するケーブルの長さに応じた静電容量による減衰を小さくできるとともに、それぞれの電圧の出力パターンを、低周波パルス発生回路からのパルスのパルス幅とパルス周波数に応じて可変にできるため、除電電極と接続するケーブルの長さの影響を避けながら、希望の除電条件に応じた適切な除電を行うことができる。

交流式除電器とした場合、放電特性が概してプラス・マイナス非対称で、マイナス放電電流がプラス放電電流よりも２０パーセントほど多くなることから、高周波高電圧を上記のような間欠的周期とすると、直流の放電電流が流れ、除電対象に対して極性が片寄る逆帯電の傾向が強くなるが、請求項２に係る発明によると、その直流の放電電流を、プラス高周波高電圧発生ユニットおよびマイナス高周波高電圧発生ユニットのそれぞれにおいてコンデンサにより遮断できるので、逆帯電を防止してプラス・マイナスのイオンがバランスした除電を行える。
請求項３に係る発明によると、プラス高周波高電圧発生ユニットおよびマイナス高周波高電圧発生ユニットのそれぞれにおいて、グランドへ流れる放電電流をプラス・マイナスに分け、マイナス側について可変抵抗にて可変できるようにしたので、プラス・マイナスのイオンバランス調整を微妙に行うことができる。

この発明の一実施例の電気回路図である。 その動作のタイミングチャートである。

以下、この発明の好適な実施形態の除電器用パルスコントロール電源装置を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、この除電器用パルスコントロール電源装置Ｘは、その回路を大別すると、プラス高周波高電圧発生ユニットＸ１およびマイナス高周波高電圧発生ユニットＸ２と、パルス幅・周波数可変ユニットＸ３と合成回路Ｘ４とからなる。

プラス高周波高電圧発生ユニットＸ１およびマイナス高周波高電圧発生ユニットＸ２は、その一部が少し異なるのみであるので、それらの同じ構成について先に説明する。
プラス高周波高電圧発生ユニットＸ１とマイナス高周波高電圧発生ユニットＸ２のいずれも、２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２と高圧トランス１と自励回路２とからなる従来と同様の自励発振昇圧回路３を有する。この自励発振昇圧回路３は、この発明の除電器用パルスコントロール電源装置Ｘの電源端子４に接続される外部の直流電源を電源としている。また、この自励発振昇圧回路３は、自励回路２で２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を動作させて自励発振し、高圧トランス１で昇圧することで、高周波高電圧を生成するようになっている。
そして、上記直流電源からの直流電圧は、スイッチング回路５の動作により次のようにパルスによってコントロールされる。

スイッチング回路５は、パルス幅・周波数可変ユニットＸ３の低周波パルス発振回路６からの低周波のパルスによりスイッチングされ、そのパルス幅はパルス幅可変手段であるパルス幅可変抵抗器７で可変にできるとともに、パルス周波数は周波数可変手段である周波数可変抵抗器８で可変にできるようになっている（図１に付記したタイミングチャートを参照）。自励発振昇圧回路３からの出力周波数、つまり、高圧トランス１の二次コイルから出力される高周波高電圧の周波数を例えば１０〜３０ｋＨｚとすると、低周波パルス発振回路６から出力されるパルスの周波数は、これよりもはるかに低く、例えば１〜３００Ｈｚとする。

スイッチング回路５は、外部の直流電源からの電圧（例えば、プラス２４Ｖ）を定電圧とする定電圧回路を含み、その定電圧を、低周波パルス発振回路６からのパルスのパルス幅とパルス周波数に応じて自励発振昇圧回路３へ入力する。
したがって、自励発振昇圧回路３は、低周波パルスのパルス幅とパルス周波数に応じて動作することになるため、その高圧トランス１の二次コイルから出力される高周波高電圧は、上記低周波のパルス幅に応じた幅をもってそのパルス周波数に応じて繰り返す間欠的周期となる。

なお、上記低周波のパルス幅はパルス幅可変抵抗器７で可変にでき、低周波の周期は周波数可変抵抗器８で可変にできる。したがって、上記高圧トランス１の二次コイルから出力される高周波高電圧のパルス幅と間欠的な繰返し周期とは、上記パルス幅可変抵抗器７及び周波数可変抵抗器８で制御できることになる。
このようにした高圧トランス１の二次コイルと合成回路Ｘ４との間には、整流回路である半波整流用ダイオードＤ０と直流分除去用コンデンサＣ１とが直列接続されている。
一方、高圧トランス１の二次コイルのグランド側には、イオンバランス調整回路１０が接続されている。このイオンバランス調整回路１０は、二次コイルのグランド側から第１のダイオードＤ１、第１の固定抵抗Ｒ１を経てグランドへ至るプラス側回路と、二次コイルのグランド側から第１のダイオードＤ１とは逆向きの第２のダイオードＤ２、第２の固定抵抗Ｒ２および可変抵抗ＶＲを経てグランドへ至るマイナス側回路とを並列接続したものである。なお、上記第１の固定抵抗Ｒ１がこの発明のプラス側回路の抵抗であり、上記第２の固定抵抗Ｒ２および可変抵抗ＶＲがこの発明のマイナス側回路の抵抗である。

また、高圧トランス１の二次コイルのグランド側には、放電電流異常検出用コンデンサＣ２を介して、両ユニットＸ１、Ｘ２に共通の警報制御回路１１が接続され、異常な放電電流が流れた場合、この警報制御回路１１から負荷変動コントロール信号が出力され、スイッチング回路５へ入力される。この負荷変動コントロール信号がスイッチング回路５に入力されると、スイッチング回路５は自励発振昇圧回路３への電源供給を停止し、自励発振昇圧回路３は動作を停止する。なお、上記負荷変動コントロール信号によって警報動作を行うこともできるようにしている。

以上の構成は、プラス高周波高電圧発生ユニットＸ１とマイナス高周波高電圧発生ユニットＸ２の両方とも同じであるが、プラス高周波高電圧発生ユニットＸ１だけにインバータ１３を備え、低周波パルス発振回路６からのパルスをこのインバータ１３で反転してスイッチング回路５に入力すること、プラス高周波高電圧発生ユニットＸ１の半波整流用ダイオードＤ０とマイナス高周波高電圧発生ユニットＸ２の半波整流用ダイオードＤ０とは、整流方向がプラス・マイナス逆になっているところが、両ユニットＸ１，Ｘ２で異なっている。

したがって、プラス高周波高電圧発生ユニットＸ１のスイッチング回路５とマイナス高周波高電圧発生ユニットＸ２のスイッチング回路５との間では、低周波パルス発振回路６からのパルスが、図２のＡ１とＢ１に示すように互いに反転したパターンとなる。そして、これら両ユニットＸ１、Ｘ２のスイッチング回路５からの出力も、図２のＡ２とＢ２に示すように互いに反転する。
そのため、プラス高周波高電圧発生ユニットＸ１の自励発振昇圧回路３から間欠的周期で出力される高周波高電圧と、マイナス高周波高電圧発生ユニットＸ２の自励発振昇圧回路３から間欠的周期で出力される高周波高電圧とは、図２のＡ３とＢ３に示すように交互に出力される。

このような関係になる両ユニットＸ１、Ｘ２の自励発振昇圧回路３からの高周波高電圧はそれぞれの半波整流用ダイオードＤ０にて半波整流されるが、両者の半波整流用ダイオードＤ０は互いに逆向きであるため、図２のＡ４とＢ４に示すように、プラス高周波高電圧発生ユニットＸ１からの高周波高電圧はプラス極性、マイナス高周波高電圧発生ユニットＸ２からの高周波高電圧はマイナス極性となる。

また、合成回路Ｘは、上記プラス・マイナスの高周波高電圧を図２のＡＢ５のように合成し、この除電器用パルスコントロール電源装置Ｘの出力端子９から外部へ出力する。出力端子９にはケーブル等を介して除電電極Ｙが接続される。

上記のように、プラス高周波高電圧発生ユニットＸ１およびマイナス高周波高電圧発生ユニットＸ２のいずれも、自励発振昇圧回路３からの高周波高電圧は、出力パターンの幅と繰り返し周期を可変にできるため、除電電極Ｙと接続するケーブルの長さによる静電容量の影響を避けながら、希望の除電条件に応じたイオン量を実現でき、適切な除電を行うことができる。その際、除電電極Ｙ側でプラス・マイナスの放電特性の非対称により直流の放電電流が流れた場合、その直流の放電電流はコンデンサＣ１にて遮断されるため、イオンバランスを保ち、除電対象の逆帯電を防止できる。

一般的には、上述のように、除電電極Ｙ側でのプラス・マイナスの放電特性の非対称により、一般には上述のようにマイナス放電電流がプラス放電電流よりも多くなってイオンバランスが崩れるが、それによって流れる直流電流を上記コンデンサＣ１によって遮断できるので、除電対象が過剰になったマイナスイオンによって逆帯電することを防止できる。
また、プラス放電電流よりも多くなったマイナス放電電流を、プラス高周波高電圧発生ユニットＸ１およびマイナス高周波高電圧発生ユニットＸ２のそれぞれにおいて可変抵抗ＶＲにて調整することにより、グランドへ流し、プラス・マイナスのイオンバランス調整を微妙に行うことができる。

なお、使用する除電電極Ｙは、放電電極とアース電極とを対向させた一般的なものでよく、そのアース電極は、この除電器用パルスコントロール電源装置Ｘに用意されたアース端子１２にケーブル等で接続してアースできる。

また、パルス幅・周波数可変ユニットＸ３をプラス高周波高電圧発生ユニットＸ１とマイナス高周波高電圧発生ユニットＸ２のそれぞれについて設ければ、プラス高周波高電圧発生ユニットＸ１とマイナス高周波高電圧発生ユニットＸ２のそれぞれにおいて、自励発振昇圧回路３からの高周波高電圧の出力パターンの幅と繰り返し周期とを可変にできる。

Ｘ 除電器用パルスコントロール電源装置
Ｘ１ プラス高周波高電圧発生ユニット
Ｘ２ マイナス高周波高電圧発生ユニット
Ｘ３ パルス幅・周波数可変ユニット
Ｘ４ 合成回路
Ｙ 除電電極
Ｔｒ１、Ｔｒ２ トランジスタ
Ｃ１ 直流分除去用コンデンサ
Ｃ２ 放電電流異常検出用コンデンサ
Ｄ０ 半波整流用ダイオード
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード
Ｒ１、Ｒ２ 固定抵抗
ＶＲ 可変抵抗
１ 高圧トランス
２ 自励回路
３ 自励発振昇圧回路
４ 電源端子
５ スイッチング回路
６ 低周波パルス発振回路
７ パルス幅可変抵抗器
８ 周波数可変抵抗器
９ 出力端子
１０ イオンバランス調整回路
１１ 警報制御回路
１２ アース端子
１３ インバータ

Claims (3)

1. 直流電圧により自励発振し、高圧トランスにて昇圧して高周波高電圧を発生する自励発振昇圧回路を有し、その出力を除電電極に印加する除電器用電源装置において、上記自励発振昇圧回路と、これに入力される直流電源からの電圧をコントロールするスイッチング回路と、自励発振昇圧回路からの高周波高電圧を半波整流する整流回路とをそれぞれに含むプラス高周波高電圧発生ユニットおよびマイナス高周波高電圧発生ユニットと、これら両ユニットの上記スイッチング回路をスイッチング動作させるパルスを可変にするパルス幅・周波数可変ユニットと、これら両ユニットからの出力を合成する合成回路とを備え、パルス幅・周波数可変ユニットは、自励発振昇圧回路から出力される上記高周波高電圧の周波数よりも低い周波数のパルスを発生する低周波パルス発生回路と、その低周波パルスのパルス幅を可変にするパルス幅可変手段と、その低周波パルスの周波数を可変する周波数可変手段とからなり、上記プラス高周波高電圧発生ユニットおよびマイナス高周波高電圧発生ユニットのそれぞれのスイッチング回路は、上記低周波パルス発生回路からのパルスによりスイッチングして、直流電源からの電圧を上記低周波パルスのパルス幅と上記周波数に応じて上記自励発振昇圧回路へ入力することにより、この自励発振昇圧回路から出力される高周波高電圧が上記低周波パルスのパルス幅に応じた幅をもって上記低周波パルスの周波数に応じた間欠的周期となるようにコントロールする一方、プラス高周波高電圧発生ユニットのスイッチング回路とマイナス高周波高電圧発生ユニットのスイッチング回路とは、互いに反転したスイッチング動作を行い、また、プラス高周波高電圧発生ユニットの上記整流回路とマイナス高周波高電圧発生ユニットの整流回路とは、自励発振昇圧回路からの高周波高電圧を互いに逆方向に整流して、それぞれプラス高周波高電圧とマイナス高周波高電圧とし、上記合成回路は、これらプラス高周波高電圧とマイナス高周波高電圧を合成して除電電極に印加することを特徴とする除電器用パルスコントロール電源装置。
2. プラス高周波高電圧発生ユニットおよびマイナス高周波高電圧発生ユニットのそれぞれの高圧トランスの二次側と上記合成回路との間にコンデンサを設けた請求項１記載の除電器用パルスコントロール電源装置。
3. プラス高周波高電圧発生ユニットおよびマイナス高周波高電圧発生ユニットのそれぞれに、上記高圧トランスの二次コイルに接続されるイオンバランス調整回路を有し、このイオンバランス調整回路は、二次コイルのグランド側から第１のダイオード、第１の固定抵抗を経てグランドへ至るプラス側回路と、高圧トランスの二次側から上記第１のダイオードとは逆向きの第２のダイオード及び可変抵抗を経てグランドへ至るマイナス側回路とを並列接続するとともに、上記プラス側回路の抵抗あるいはマイナス側回路の抵抗の少なくともいずれか一方を可変にして抵抗バランスを調整可能にした請求項１記載の除電器用パルスコントロール電源装置。

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