JP2621834B2 - 高電圧パルス発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は静電気現象や放電
現象を利用した機器、装置等の電源として利用される高
電圧パルス発生装置に関し、耐圧度の低いコンデンサで
高電圧を供給したり、簡単に発生パルスの周波数を制御
できるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】高電圧技術を応用し静電気現象や放電現
象を利用した機器や装置等が開発されており、これらの
機器や装置等の電源として高電圧パルス発生装置が使用
されることがある。

【０００３】従来から使用されている高電圧パルス発生
装置は、例えば図６に示すように、交流電源１からの交
流電圧をトランス２で昇圧したのち、整流器３で整流し
て直流高電圧とし、この直流高電圧を抵抗器４を介して
並列に接続された２つのコンデンサ５に印加して充電す
る一方、各コンデンサ５の電圧が所定電圧に達すると、
ギャップ６間が短絡し、負荷側である機器７等に高電圧
パルスを発生させるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような高電圧パル
ス発生装置では、発生するパルスの電圧が並列に接続さ
れた各コンデンサ５の１個分の充電電圧で決まり、電圧
を高めようとすると、耐圧度の高いコンデンサ５を使用
しなければならず、製作費の増大を招いてしまう。

【０００５】また、発生するパルスの周波数は抵抗器４
とコンデンサ５等で定まる回路の時定数によって決まる
ため、周波数を上げようとすると、周波数変化器や他の
スイッチング素子を使用しなければならないという問題
がある。

【０００６】この発明はかかる従来技術の問題点に鑑み
てなされたもので、耐圧度の低いコンデンサで高電圧の
パルスを供給したり、パルスの周波数を簡単に制御する
ことができる製作費の安価な高電圧パルス発生装置を提
供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
第１の発明は、複数のコンデンサと直流高電圧源および
負荷との間に回転スイッチを設けて周期的に前記複数の
コンデンサを充放電させて高電圧パルスを発生させる高
電圧パスル発生装置であって、外周部に複数の回転側の
端子が形成され２枚１組で構成されてその中心軸回りに
回転数を変え得るモータで回転駆動されるとともに、各
組が位相をずらして配置される複数組の回転体と、これ
ら各組のそれぞれの回転体の外周部とギャップを介して
対向配置され前記複数のコンデンサ、直流高電圧源及び
負荷が接続される固定側の端子と、前記回転体の回転側
の端子間を接続しこの回転体の回転位置により直流高電
圧源と接続される前記コンデンサを常に前記直流高電圧
源に並列に接続する充電側の導電体と、前記回転体の回
転側の端子間を接続しこの回転体の回転位置により充電
された前記複数のコンデンサの前記負荷への接続の回転
位置をずらして順次接続する放電側の導電体とで、前記
回転スイッチを構成したことを特徴とするものである。

【０００８】また、第２の発明は、複数のコンデンサと
直流高電圧源および複数の負荷との間に回転スイッチを
設けて周期的に前記複数のコンデンサを充放電させて高
電圧パルスを発生させる高電圧パスル発生装置であっ
て、外周部に複数の回転側の端子が形成され２枚１組で
構成されてその中心軸回りに回転数を変え得るモータで
回転駆動される少なくとも１組の回転体と、これら各組
のそれぞれの回転体の外周部とギャップを介して対向配
置され前記１組の回転体に対して複数対のコンデンサ、
直流高電圧源及び複数負荷が接続される固定側の端子
と、前記回転体の回転側の端子間を接続しこの回転体の
回転位置により直流高電圧源と接続される前記各コンデ
ンサを常に前記直流高電圧源に並列に接続する充電側の
導電体と、前記回転体の回転側の端子間を接続しこの回
転体の回転位置により同時に充電された前記複数のコン
デンサをそれぞれの前記負荷に接続する放電側の導電体
とで、前記回転スイッチを構成したことを特徴とするも
のである。

【０００９】さらに、第３の発明は、複数のコンデンサ
と直流高電圧源および負荷との間に回転スイッチを設け
て周期的に前記複数のコンデンサを充放電させて高電圧
パルスを発生させる高電圧パスル発生装置であって、外
周部に複数の回転側の端子が形成され２枚１組で構成さ
れてその中心軸回りに回転数を変え得るモータで回転駆
動される少なくとも１組の回転体と、これら各組のそれ
ぞれの回転体の外周部とギャップを介して対向配置され
前記１組の回転体に対して複数対のコンデンサ、直流高
電圧源及び負荷が接続される固定側の端子と、前記回転
体の回転側の端子間を接続しこの回転体の回転位置によ
り直流高電圧源と接続される前記各コンデンサを常に前
記直流高電圧源に並列に接続する充電側の導電体と、前
記回転体の回転側の端子間を接続しこの回転体の回転位
置により充電された前記複数のコンデンサを順次前記負
荷に接続する放電側の導電体とで、前記回転スイッチを
構成したことを特徴とするものである。

【００１０】円板や多角形板等の回転体を２個１組に
し、これを回転駆動して回転スイッチとし、この回転体
の中心から等距離の同一円周側部に端子を複数形成し、
これら端子とギャップを介して充放電端子およびコンデ
ンサ端子を形成しておき、回転体上の端子間を結ぶ導電
体を、放電状態のコンデンサには充電用の直流高電圧が
並列に印加されるようにして発生させるパルス電圧にか
かわらず充電電圧に耐える低耐圧コンデンサの使用を可
能とするとともに、充電されたコンデンサと負荷側とを
接続する場合には、各コンデンサを直列に接続するよう
にして高電圧のパルスを供給できるようにしたり、各コ
ンデンサを並列に接続して放電のタイミングを変えるこ
とや回転体の回転数の制御により、パルス周波数を簡単
に変えることができるようにしている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づき詳細に説明する。図１及び図２はこの発明の
高電圧パルス発生装置の一実施の形態にかかる概略構成
図である。

【００１２】この高電圧パルス発生装置１０は、モ―タ
１１で回転駆動されるシャフト１２に回転体である２枚
１組の円板１３，１４および円板１５，１６が一体に固
定してあり、各円板１３〜１６は絶縁性の材料、例えば
ポリビニ―ルクロライド等で作られている。

【００１３】これら円板１３〜１６の外周側部には、図
２中に抽出拡大して示すように、等間隔に端子１７が多
数（図示例では、１２個となっている。）取付けてあ
る。

【００１４】この円板１３〜１６の各端子１７と一定の
ギャップをあけて対向するよう図示しない固定部に充電
端子１８が設置され、この充電端子１８と１８０度離れ
た対角位置に放電端子１９が設置してあり、これら充放
電端子１８，１９と９０度離れた対角位置には、充放電
用コンデンサ２０用のコンデンサ端子２１，２２がそれ
ぞれ設置されている。

【００１５】これら充放電端子１８，１９およびコンデ
ンサ端子２１，２２には、まず、通常の商用電源等の交
流電源２３の交流電圧がトランス等の昇圧回路２４で昇
圧され、さらに、整流回路２５で直流高電圧とされ、そ
の正極側が、例えば円板１３の充電端子１８および円板
１５の充電端子１８に並列的に接続され、負極側が、例
えば円板１４の充電端子１８および円板１６の充電端子
１８に並列的に接続してある。一方、放電端子１９につ
いては、円板１３の放電端子１９が円板１５の放電端子
１９とともに高電圧パルスの供給を受ける負荷２６の一
端（図中、上端）に接続され、円板１４の放電端子１９
が円板１６の放電端子１９とともに負荷２６の他端（図
中、下端）に接続されている。

【００１６】また、コンデンサ端子２１，２２への充放
電用コンデンサ２０の接続は、各円板１３〜１６の枚数
に応じた４個の充放電用コンデンサ２０が用いられ、円
板１３と円板１４のコンデンサ端子２１間に１個の充放
電用コンデンサ２０が接続され、円板１３と円板１４の
コンデンサ端子２２間にもう１個の充放電用コンデンサ
２０が接続されており、同様に円板１５，１６のコンデ
ンサ端子２１およびコンデンサ端子２２にそれぞれ充放
電用コンデンサ２０が接続してある。

【００１７】４枚の円板１３〜１６の表裏面には、外周
側部の１２個の端子１７間を接続する導電体２７が配線
されるが、図２中に平面状態を示すように、円板１３〜
１６の表面には、実線で示す導電体２７が中心角が９０
度の円弧を結ぶ弦となるよう１２０度づつずらして３本
設けられており、円板１３〜１６の裏面にも、破線で示
す導電体２７が表面の導電体２７に対し６０度ずれた状
態で３本設けられており、各導電体２７の端部はそれぞ
れ対応する位置の端子１７に接続されている。

【００１８】このような円板１３〜１６は、シャフト１
２への取付けに際し、円板１３，１４と円板１５，１６
とが１５度位相を変えて取付けてあり、図２中に円板１
４および円板１６の平面状態を抽出して示すように、円
板１４の外周側部の端子１７が充電端子１８、放電端子
１９およびコンデンサ端子２１，２２とギャップを介し
て対向した状態となっているとき、円板１６の外周側部
の端子１７，１７間の中央が充電端子１８、放電端子１
９およびコンデンサ端子２１，２２と対向する状態にな
っている。

【００１９】かように構成した高電圧パルス発生装置１
０では、モ―タ１１でシャフト１２が回転されて各円板
１３，１４，１５，１６が回転し、例えば円板１３，１
４が、図２中に示すように、円板１３，１４の裏面の導
電体２７の一本が充電端子１８とコンデンサ端子２１と
をそれぞれギャップを介して接続する状態になると、整
流回路２５からの直流高電圧が、円板１３の充電端子１
８→コンデンサ端子２１→円板１３に対応する充放電用
コンデンサ２０→円板１４のコンデンサ端子２１→充電
端子１８で形成される回路に印加され、この回路中の充
放電用コンデンサ２０が充電される。これと同時に、円
板１３，１４の表面の導電体２７の一本が放電端子１９
とコンデンサ端子２２とをそれぞれギャップを介して接
続する状態となり、円板１４に対応する既に充電されて
いる充放電用コンデンサ２０が、円板１３のコンデンサ
端子２２→放電端子１９→負荷２６の一端→負荷２６の
他端→円板１４の放電端子１９→コンデンサ端子２２で
形成される回路に接続され、ギャップを介して放電さ
れ、負荷２６に高電圧パルスが発生する。

【００２０】この状態からシャフト１２が１５度回転さ
れると、図２中に示す円板１５，１６の裏面の導電体２
７の一本が充電端子１８とコンデンサ端子２１とをそれ
ぞれギャップを介して接続し、円板１３，１４の場合と
同様に、直流高電圧が円板１５に対応する充放電用コン
デンサ２０に印加され充電が行なわれる。これと同時
に、円板１５，１６の表面の導電体２７の一本が放電端
子１９とコンデンサ端子２２とをそれぞれギャップを介
して接続し、円板１３，１４の場合と同様に、既に充電
されている円板１６に対応する充放電用コンデンサ２０
が負荷２６に接続され、ギャップを介して放電し、負荷
２６に高電圧パルスが発生する。

【００２１】こうして、２組の円板１３，１４および円
板１５，１６で１５度ごとに充電と放電とが交互に繰り
返されるとともに、各組でも充電と放電とが３０度ごと
に繰り返されることとなり、放電パルスの周波数は、シ
ャフト１２の回転数を２５Hzとすれば、放電パルスの周
波数は６００Hzとなる。

【００２２】この場合、負荷２６には、充放電用コンデ
ンサ２０に充電された１個分の充電電圧が印加されるこ
とになる。

【００２３】このように２枚１組の回転体の位相を変え
て多数組の回転体を使用するようにすれば、シャフトの
回転数を一定のまま高電圧パルスの周波数を変えること
が可能となる。

【００２４】次に、図３（ａ），（ｂ）にそれぞれ示す
この発明のさらに他の一実施の形態について説明する。

【００２５】この実施の形態の高電圧パルス発生装置４
０，５０では、直流高電圧を得るのに、３相交流４１を
整流器４２で全波整流するようにしたり、単相交流５１
を整流器５２で全波整流することで得るようにしてお
り、２枚１組の円板だけで回転体が構成されるほか、他
の構成は図１及び図２で説明した高電圧パルス発生装置
１０の円板１３，１４部分と同一であるので、重複する
説明は省略する。

【００２６】このような全波整流された直流高電圧を用
いる場合にも、充放電用コンデンサ２０の充放電を繰り
返しながら負荷２６に高電圧パルスを発生することがで
きる。

【００２７】そして、モ―タ１１の回転数を変えること
で、発生する高電圧パルスの周波数を変えることができ
る。

【００２８】なお、この実施の形態では、円板を２枚１
組だけで構成したが、複数組で構成し、充電状態の充放
電用コンデンサを負荷に対し直列に接続されるようにし
て発生パルスの出力電圧を高めるようにすることも可能
である。

【００２９】さらに、図４に示すこの発明の他の一実施
の形態について説明する。この実施の形態の高電圧パル
ス発生装置６０は、２枚１組の円板１３′，１４′を用
いて図１および図２で説明した高電圧パルス発生装置１
０と同様に発生パルスの周波数を高めるようにしたもの
で、例えばシャフト１２を２５Hzで回転したとき、６０
０Hzの高電圧パルスが得られるようにし、ここでは、同
時に２パルスを発生させ、それぞれを異なる２つの負荷
２６に接続している。

【００３０】このため円板１３′，１４′の直交する対
角位置にそれぞれ充電端子１８および放電端子１９が配
置されるとともに、これらの端子１８，１９の間に４個
のコンデンサ端子２１，２２が配置されており、各端子
１８，１９，２１，２２は、円周上に４５度の間隔で配
置されている。

【００３１】このような充電端子１８、放電端子１９お
よびコンデンサ端子２１，２２は、対角位置に配置され
た半円周に対応する１個の充電端子１８、１個の放電端
子１９および２個のコンデンサ端子２１，２２に図１お
よび図２で説明した全円周に対して配置されたこれら端
子１８，１９，２１，２２と同様な直流高電圧や充放電
用コンデンサ２０および負荷２６が接続されている。

【００３２】一方、円板１３′，１４′上に形成される
導電体２７は、図４中に抽出して示すように、円板１
３′，１４′の外周側部に等間隔に２４個の端子１７が
設けられ、これら端子１７を中心角が４５度の円弧を結
ぶ弦となるよう表裏それぞれに６本づつ配置され、裏表
の導電体２７が９０度づつ位相が変えてある。すなわ
ち、図２中に平面状態を示す２枚の円板１４，１６上の
導電体２７を１枚の円板１３′または円板１４′上に配
置したと同様の機能をなすようになっている。

【００３３】かように構成した高電圧パルス発生装置６
０によれば、１枚の円板１３′，１４′に対応する２個
の充放電用コンデンサ２０の充放電が各円板の４５度ご
との回転で１個づつ同時に起り、パルス電圧が充放電用
コンデンサ２０の充電電圧となるとともに、パルスの周
波数はシャフト１２の回転数を、例えば２５Hzとすれば
６００Hzになり、各負荷２６では、それぞれ３００Hzに
なる。

【００３４】なお、図４では、２つの負荷２６にそれぞ
れ高電圧パルスを供給するようにしたが、１個の負荷と
して２個の場合の周波数の２倍としたり、１個の負荷と
して放電するコンデンサが２個直列となるように接続し
てパルス電圧を２倍にしても良いことは言うまでもな
い。

【００３５】この高電圧パルス発生装置６０では、シャ
フト１２の回転数を変えるようにすれば、発生パルスの
周波数を変えることができ、回転数をＲHzとすれば、２
つ同時に発生する発生パルスの周波数はそれぞれ１２Ｒ
Hzの周波数の高電圧パルスが得られる。

【００３６】次に、図５に示すこの発明のさらに他の一
実施の形態について説明する。この実施の形態の高電圧
パルス発生装置７０は、図４の実施の形態装置６０と円
板１３′，１４′上の導電体２７の配置を変えるように
したもので、発生パルスの電圧は充電電圧と同一である
が、発生パルスの周波数を図４の実施の形態装置６０全
体の発生パルスの周波数のさらに２倍にでき、シャフト
１２の回転数を、例えば２５Hzとすれば、発生パルスの
周波数は１２００Hzになる。

【００３７】このため円板１３′，１４′上に設けられ
る導電体２７が、図５中に抽出して示すように、円板１
３′，１４′の半円周部に形成される表裏３本づつの導
電体２７の位相が変えてあり、４個の充放電用コンデン
サ２０が円板１３′，１４′の７．５度の回転角ごとに
１個づつ充放電を繰り返すようになっている。

【００３８】したがって、発生パルスの電圧はそれぞれ
の充放電用コンデンサ２０の充電電圧と同一となるが、
シャフト１２の１回転ごとに４８回のパルスが発生し、
シャフト１２の回転数をＲHzとすれば、発生パルスの周
波数は４８ＲHzとなり、図４の実施の形態装置６０の２
倍の周波数の高電圧パルスが得られる。

【００３９】なお、上記各実施の形態では、回転体を円
板で構成したが、外周側部の端子が中心から等距離にあ
れば良く、多角形状板で構成するようにしても良い。

【００４０】また、回転体を２枚１組とし、１組ないし
２組で高電圧パルス発生装置を構成したが、さらに多数
組としても良く、充電時には、直流高電圧が各充放電コ
ンデンサに並列に印加されるようにするが、放電時に
は、各充放電コンデンサに同時に放電が生じるようにし
てこれらが直列に接続されるようにして発生パルスの電
圧を高めたり、各充放電コンデンサが順次放電するよう
にして発生パルスの周波数を高めたり、これらの組合せ
とすることは必要な高電圧パルスに応じ適宜選定すれば
良い。

【００４１】

【発明の効果】以上、実施の形態とともに具体的に説明
したようにこの発明の高電圧パルス発生装置によれば、
２個１組の回転駆動される回転体を少なくとも１組備
え、この回転体の同一円周側部に複数設けた端子とギャ
ップを介して充放電端子およびコンデンサ端子を対向し
て設け、回転体上の導電体を端子間を接続するよう構成
したので、回転体を回転駆動するだけで、簡単に高電圧
パルスを発生することができ、しかも製作費も安価であ
る。

【００４２】また、導電体を充放電用のコンデンサの充
電時には、直流高電圧が並列に印加されるようにしてあ
るので、発生パルスの電圧に無関係に印加される直流高
電圧に応じた耐電圧のコンデンサが使用でき、しかも充
電状態のコンデンサが直列に負荷に接続されるようにす
れば、充電電圧より直列にしたコンデンサの個数倍の高
電圧のパルスを得ることができる。

【００４３】さらに、同一の構造の回転体を複数組使用
し、各組の回転体の位相を同一にしたり、変えることが
簡単にでき、発生パルスの周波数を回転体の回転数を一
定のまま変えることもできる。

【００４４】また、回転体の回転数を変えることで、低
周波から高周波までの高電圧パルスを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の高電圧パルス発生装置の一実施の形
態にかかる概略構成図である。

【図２】この発明の高電圧パルス発生装置の一実施の形
態にかかる概略構成図である。

【図３】この発明の高電圧パルス発生装置の他の一実施
の形態にかかる概略構成図である。

【図４】この発明の高電圧パルス発生装置のさらに他の
一実施の形態にかかる概略構成図である。

【図５】この発明の高電圧パルス発生装置の他の一実施
の形態にかかる概略構成図である。

【図６】従来装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１０，４０，５０，６０，７０ 高電圧パルス発生装置 １１ モ―タ １２ シャフト １３，１３′，１４，１４′，１５，１５′，１６，１
６′ 円板 １７ 端子 １８ 充電端子 １９ 放電端子 ２０ 充放電用コンデンサ ２１，２２ コンデンサ端子 ２３ 交流電源 ２４ 昇圧回路 ２５ 整流回路 ２６ 負荷 ２７ 導電体

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のコンデンサと直流高電圧源および負
   荷との間に回転スイッチを設けて周期的に前記複数のコ
   ンデンサを充放電させて高電圧パルスを発生させる高電
   圧パスル発生装置であって、外周部に複数の回転側の端
   子が形成され２枚１組で構成されてその中心軸回りに回
   転数を変え得るモータで回転駆動されるとともに、各組
   が位相をずらして配置される複数組の回転体と、これら
   各組のそれぞれの回転体の外周部とギャップを介して対
   向配置され前記複数のコンデンサ、直流高電圧源及び負
   荷が接続される固定側の端子と、前記回転体の回転側の
   端子間を接続しこの回転体の回転位置により直流高電圧
   源と接続される前記コンデンサを常に前記直流高電圧源
   に並列に接続する充電側の導電体と、前記回転体の回転
   側の端子間を接続しこの回転体の回転位置により充電さ
   れた前記複数のコンデンサの前記負荷への接続の回転位
   置をずらして順次接続する放電側の導電体とで、前記回
   転スイッチを構成したことを特徴とする高電圧パスル発
   生装置。
2. 【請求項２】前記直流高電圧源を交流高電圧を全波整流
   して得た電圧源で構成したことを特徴とする請求項１記
   載の高電圧パスル発生装置。
3. 【請求項３】複数のコンデンサと直流高電圧源および複
   数の負荷との間に回転スイッチを設けて周期的に前記複
   数のコンデンサを充放電させて高電圧パルスを発生させ
   る高電圧パスル発生装置であって、外周部に複数の回転
   側の端子が形成され２枚１組で構成されてその中心軸回
   りに回転数を変え得るモータで回転駆動される少なくと
   も１組の回転体と、これら各組のそれぞれの回転体の外
   周部とギャップを介して対向配置され前記１組の回転体
   に対して複数対のコンデンサ、直流高電圧源及び複数負
   荷が接続される固定側の端子と、前記回転体の回転側の
   端子間を接続しこの回転体の回転位置により直流高電圧
   源と接続される前記各コンデンサを常に前記直流高電圧
   源に並列に接続する充電側の導電体と、前記回転体の回
   転側の端子間を接続しこの回転体の回転位置により同時
   に充電された前記複数のコンデンサをそれぞれの前記負
   荷に接続する放電側の導電体とで、前記回転スイッチを
   構成したことを特徴とする高電圧パスル発生装置。
4. 【請求項４】複数のコンデンサと直流高電圧源および負
   荷との間に回転スイッチを設けて周期的に前記複数のコ
   ンデンサを充放電させて高電圧パルスを発生させる高電
   圧パスル発生装置であって、外周部に複数の回転側の端
   子が形成され２枚１組で構成されてその中心軸回りに回
   転数を変え得るモータで回転駆動される少なくとも１組
   の回転体と、これら各組のそれぞれの回転体の外周部と
   ギャップを介して対向配置され前記１組の回転体に対し
   て複数対のコンデンサ、直流高電圧源及び負荷が接続さ
   れる固定側の端子と、前記回転体の回転側の端子間を接
   続しこの回転体の回転位置により直流高電圧源と接続さ
   れる前記各コンデンサを常に前記直流高電圧源に並列に
   接続する充電側の導電体と、前記回転体の回転側の端子
   間を接続しこの回転体の回転位置により充電された前記
   複数のコンデンサを順次前記負荷に接続する放電側の導
   電体とで、前記回転スイッチを構成したことを特徴とす
   る高電圧パスル発生装置。