JP4750696B2

JP4750696B2 - 電気波形調整器

Info

Publication number: JP4750696B2
Application number: JP2006513005A
Authority: JP
Inventors: 勝男蛯沢
Original assignee: 株式会社ｅウインテック
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2005-05-06
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-05-06
Also published as: US20090206949A1; US8067999B2; WO2005109596A1; JPWO2005109596A1

Description

本発明は、電気機器へ交流電圧又は直流電圧を供給する給電線に配置される電気波形調整器に関し、特に、電気機器に供給される電圧波形を調整し、電気機器の動作能力の向上、並びに電気機器の使用者への身体的障害を緩和をするよう構成された電気波形調整器に関する。

近年、電力自由化により、従来の電力会社からの給電だけでなく、工場やビルの設備に設置された自家発電の余剰電力を利用した電力供給も行われるようになっている。このような電力供給源の多様化により、供給される電力に対しては、周波数及び電圧などの一定の条件が課されているものの、供給側の発電形態や送電設備などの相違により、電圧波形の歪みやノイズの混在が発生し易くなっている。

また、工場、事務所及び家庭などにおいて利用される電気機器も多様化しており、電気機器の接続・切断などによる負荷変動をはじめ、供給される電力に混在するノイズによる電気機器の誤動作の発生、電気機器自体が原因となる外部へのノイズ発生などの各種の問題を生じている。

他方、使用機器は、理想的な電源供給に対応して、最高の動作能力を発揮するよう設計されているにも拘らず、多様な電力供給に対応するため、動作能力が所要の範囲に収まるように調整されているのが現状である。
さらに、以下の特許文献１乃至３のように、電気機器に流入するノイズや電気機器から流出するノイズの影響を緩和するため、給電線路や機器の電源部にノイズ除去用のフィルタを設けることが行われている。また、電気機器の接続による給電線路の電力損失や電圧降下を抑制するため、給電線路に低圧進相コンデンサを設置し、力率を改善することも行われている。
実開昭５５−９１２１５号公報特開昭６０−１６５８４１号公報特開２００２−３７３８１２号公報

また、現在の日常生活において多数かつ多様な電気機器が使用されており、我々の生活は、これらの電気機器に取り囲まれた生活であるとも言える。このような状況の中にあって、近年では、目、首、肩などの疲労や頭痛などの身体的障害を訴える人が増加している。これらの原因と電気機器との因果関係はまだ明確にされていないが、特に、パソコンなどのように、長時間に渡り電気機器を使用する使用者から、このような障害が多く報告されている。

本発明の目的は、上述した問題を解決し、電気機器に供給される多様な電圧波形を調整し、電気機器が有する動作能力を向上させることを可能とする電気波形調整器を提供すると共に、電気機器の使用者への身体的障害を緩和をするよう構成された電気波形調整器を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明では、電気機器へ交流電圧を供給する給電線に力率調整用コンデンサを並列に接続する電気波形調整器において、該給電線と該力率調整用コンデンサとを電気的に接続する接続線路の途中に配置される調整回路を有し、該調整回路は、該接続線路が貫通する、導電性の材料で形成された円柱状体を少なくとも１つ以上配置し、該円柱状体を取り囲むセラミック製の外郭を設け、該外郭と該円柱状体との間に、少なくとも粒体又は紛体形状の非導電性の充填材を配置することを特徴とする。

請求項２に係る発明では、電気機器へ交流電圧を供給する給電線に並列又は直列に接続する電気波形調整器において、該給電線に並列又は直列に電気接続する接続線路の途中に配置される調整回路を有し、該調整回路は、該接続線路が貫通する、導電性材料で形成された円柱状体を少なくとも１つ以上配置し、該円柱状体を取り囲むセラミック製の外郭を設け、該外郭と該円柱状体との間に、少なくとも粒体又は紛体形状の非導電性の充填材を配置することを特徴とする。

請求項３に係る発明では、請求項１又は２に記載の電気波形調整器において、該導電性材料は、金、銀、銅の少なくともいずれか一つを含む金属を利用することを特徴とする。

請求項４に係る発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載の電気波形調整器において、該接続線路に沿って該円柱状体を複数配置し、該円柱状体の間にセラミック製のリング状部材を配置することを特徴とする。

請求項１に係る発明により、給電線に並列に接続される力率調整用コンデンサを設けるため、電気機器の接続による給電線路の電力損失や電圧降下を抑制でき、しかも、給電線と力率調整用コンデンサとを電気的に接続する接続線路の途中に配置される調整回路を有し、該調整回路は、該接続線路が貫通する、導電性材料で形成された円柱状体を少なくとも１つ以上配置し、該円柱状体を取り囲むセラミック製の外郭を設け、該外郭と該円柱状体との間に、少なくとも粒体又は紛体形状の非導電性の充填材を配置することにより、例えば、外郭と円柱状体との間でコンデンサが形成されると共に、さらに少なくとも粒体又は紛体形状の充填材による誘電率が調整されることにより、両者間には無限の立体的なコンデンサと抵抗との結合回路が形成されることとなり、高調波成分を効果的に除去し、電気機器に入力される電圧波形を適正に調整することが可能となる。このため後述するように、電気機器に入力される電圧波形を、電気機器の動作能力により適した波形に調整することが可能となる。さらに、上述した構成を有する電気波形調整器を各種の電気機器に使用することにより、後述の実験結果のように、電気機器の使用者への身体的障害を緩和をすることも期待できる。

請求項２に係る発明により、電気機器へ交流電圧を供給する給電線に並列又は直列に接続する電気波形調整器において、該給電線に並列又は直列に電気接続する接続線路の途中に配置される調整回路を有し、該調整回路は、該接続線路が貫通する、導電性材料で形成された円柱状体を少なくとも１つ以上配置し、該円柱状体を取り囲むセラミック製の外郭を設け、該外郭と該円柱状体との間に、少なくとも粒体又は紛体形状の非導電性の充填材を配置するため、力率調整用コンデンサを使用しない場合においても、供給される電圧波形を、電気機器の動作能力により適した波形に調整することが可能となる。また、後述の実験結果のように、上述した構成を有する電気波形調整器を各種の電気機器に使用することにより、電気機器の使用者への身体的障害を緩和をすることも期待できる。

請求項３に係る発明により、円柱状体の導電性材料を、金、銀、銅の少なくともいずれか一つを含む金属を利用することで、接続線路の線抵抗率より、より低い線抵抗率を有する低抵抗線路部を容易に形成することが可能となり、しかも、金、銀、銅などの比較的安定な金属を利用することで、酸化など金属が変質し特性が変化するのを抑制することも可能となる。

請求項４に係る発明により、接続線路に沿って円柱状体を複数配置し、該円柱状体の間にセラミック製のリング状部材を配置するため、各円柱状体の配置を適正に保つスペーサの役割を担うと共に、円柱状体間の空間における誘電率を調整し、円柱状体間に形成されるコンデンサの容量を調整する機能を有し、電気機器に入力される電圧波形を適正に調整することが可能となる。

本発明の電気波形調整器が適用される電気回路の一例を示す図である。一般家庭などで多用される電源コンセントを利用する場合の例を示す図である。電気波形調整器の調整回路を構成するコア部品を示す斜視図である。電気波形調整器の調整回路を示す断面図である。電気波形調整器を取り付ける前後の冷凍室内の温度変化を示すグラフである。進相コンデンサを用いずに調整回路のみを利用する場合の例を示す図である。電気波形調整器の他の調整回路を示す断面図である。図７の調整回路の等価回路を示す図である。充填材による無限の立体的なコンデンサと抵抗との結合回路を示す図である。誘導電動機に使用される電気波形調整器のタイプ種別を示す図である。電気波形調整器のタイプ別によるトルク率変化の様子を示すグラフである。パソコンと電気波形調整器との接続状態を示す図である。電気波形調整器の有無による周波数特性の変化の様子を示す図である。電気波形調整器の周波数特性を測定する様子を示す図である。図１４の測定結果を示すグラフである。

１ 1次側給電線
２，２’，２’’ 変圧器
３２次側給電線
４，４’ 接続線路
５，５’ 調整回路
６，６’ 進相コンデンサ
７，３１ブレーカ
８，８’ コンセント
９，９’ プラグ
１０電気波形調整器
１１，３０，３２，４０，４２，４３給電線
１２スイッチ
１３放電コイル
２１接続線路
２２円柱状体
２３貫通孔
２４外郭
２５密閉手段
２６充填材
２７セラミック製リング状部材
３３分岐線路
Ａ，Ａ’，Ａ’’，Ｂ，Ｃ，Ｄ電気機器

以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
本発明の主な特徴は、電気機器へ交流電圧を供給する給電線に力率調整用コンデンサを並列に接続する電気波形調整器において、該給電線と該力率調整用コンデンサとを電気的に接続する接続線路の途中に配置される調整回路を有し、該調整回路は、該接続線路が貫通する、導電性材料で形成された円柱状体を少なくとも１つ以上配置し、該円柱状体を取り囲むセラミック製の外郭を設け、該外郭と該円柱状体との間に、少なくとも粒体又は紛体形状の非導電性の充填材を配置することを特徴とする。また、電気機器へ交流電圧を供給する給電線に並列又は直列に接続する電気波形調整器において、該給電線に並列又は直列に電気接続する接続線路の途中に配置される調整回路を有し、該調整回路は、該接続線路が貫通する、導電性材料で形成された円柱状体を少なくとも１つ以上配置し、該円柱状体を取り囲むセラミック製の外郭を設け、該外郭と該円柱状体との間に、少なくとも粒体又は紛体形状の非導電性の充填材を配置することを特徴とする。

図１（ａ）は、本発明の電気波形調整器が適用される電気回路の一例を示す図である。
１は1次側給電線、２は変圧器、３は２次側給電線であり、２次側給電線の先には電動機、電気ヒータ、照明器具など各種の電気機器Ａが接続されている。また、７は、ブレーカを示す。
６は、給電線路の力率を改善し、電気機器の接続による給電線路の電力損失や電圧降下を抑制するため、２次側給電線３に並列に接続される低圧進相コンデンサを示している。
低圧進相コンデンサの取付容量は、内線規程や各電力会社の供給約款などにより、予め規定されている。

５は、本発明の電気波形調整器の特徴である低抵抗線路部を含む調整回路を示す。調整回路５は、低圧進相コンデンサ６と、２次側給電線３とを接続する接続線路４の途中に設けられる。
なお、図１（ａ）においては、２次側給電線３に進相コンデンサ６及び調整回路５を設けたが、これに限らず、図１（ｂ）に示すように、１次側給電線１に高圧進相コンデンサ６’を設置し、同様に調整回路５’を設置することも可能である。また、単相交流だけでなく三相交流の給電線に対しても同様に設置することが可能である。なお、１２はスイッチ、２’は電灯用変圧器、２’’は動力用変圧器、Ａ’は電灯等の電気機器、Ａ’’は電動機等の電気機器を示している。

図２は、一般家庭などで多用される電源コンセントを利用する場合の例を示す。
１１は給電線であり、該給電線１１には電源コンセント８が設置されている。一般の家庭用電気機器Ｂは、電源コンセント８に電気プラグ９を差し込むことで、給電線３により電力の供給を得ている。
本発明の電気波形調整器１０は、給電線１１に繋がる他の電源コンセント８’に接続される。なお、電源コンセント８’を利用する代わりに、電気機器Ｂが接続される同一の電源コンセント８に二股ソケットなどの分岐手段を介して、電気プラグ９’を接続する方法や、電気プラグ９’に、電気プラグ９を差し込み可能なコンセントを設ける方法なども、必要に応じて利用することが可能である。電源コンセント８’に電気プラグ９’を接続することにより、電気波形調整器１０が、給電線１１及び３に並列に接続されることとなる。

電気波形調整器１０には、電気機器Ｂなどの各種電気機器の接続を想定し、予め適切に容量が設定される進相コンデンサ６を有し、該コンデンサ６を給電線１１に接続するための接続線路４の途中に、低抵抗線路部を含む調整回路５が設けられている。
調整回路５は、２つの接続線路４の一方に設けてもよいし、図２のように両方の接続線路に設けることも可能である。なお、三相交流の給電線の場合にも同様に、調整回路５の個数を調整することが可能である。
また、電気波形調整器の不使用時に、コンデンサ６に蓄積された電荷を放出可能とするため、放電コイル１３を設けることも可能である。
さらに、電気波形調整器のコンデンサには、フィルムコンデンサなどを用いることにより、装置全体をコンパクト化することも可能となる。

また、ヒータのような力率の遅れがない電気機器Ｃ，Ｄを用いる場合には、図６（ｂ）に示すように、各給電線４２，４３に直列に調整回路５を配置することも可能である。ただし、給電線の太さが大きくなると、後述するように、給電線に取り付けられる導電性の塊もより大きな物が必要となるため、銀などの高価な金属を利用する場合には、極めて高コストな電気波形調整器となる。このため図６（ａ）に示すように、電気機器Ｃへの給電線３２に給電線より細径の分岐線路３３を設け、該分岐線路３３に調整回路５を配置するように構成することも可能である。なお、３０，４０は給電線、３１，４１はブレーカを示す。

次に、低抵抗線路部を含む調整回路５の構造について説明する。
図３は、調整回路５のコア部品を示す概観図である。２１は、接続線路であり、通常は、銅、アルミ、亜鉛などを含む合金で形成されている。接続線路は、１つの棒状線とすることも可能であるが、複数の細線を撚り合わせて１本の線路とすることも可能である。
２２は、金、銀、銅など、導電率が高く、長期に渡り変質し難い安定な材質で形成された、円柱状の塊（以下、円柱状体という。）である。円柱状体２２の中心部には、接続線路２１を挿入可能な貫通孔２３が形成されている。
なお、円柱状体に利用する材質としては、導電率が高く、化学的に安定な材質であるなら、金、銀、銅に限らず他の金属又は合金を利用することも可能である。また、塊の形状は、円柱状に限定されないが、円柱状とすることにより、接続線路を中心軸として円柱状の塊が該接続線路を取り囲む構成となるため、接続線路に対して低抵抗線路部が対称形状となり、低抵抗線路部自体がノイズ等の発生原因となることを抑制でき、電気的にも安定な電気部品を構成できる。さらに、円柱状であることにより塊自体がコイルの役割も果たし、しかも複数の塊を配置する場合には、塊同士でコンデンサを形成することとなるため、電気機器に入力される電圧波形をより適正な波形に調整することが可能となる。

円柱状体２２は、接続線路２１に半田などの導電性を有する接続手段により固着される。
円柱状体２２は、少なくとも一つ以上設けることが好ましく、２つ以上の円柱状体２２を設ける場合には、必要に応じて、各円柱状体２２の間に、接続線路２１に沿って絶縁性のスペーサを配置することも可能である。例えば、導線を被覆する被覆材として多用される塩化ビニルやフッ素樹脂などの絶縁性被覆材がスペーサとして利用可能である。また、セラミック製のリング状部材を配置することにより、各塊の配置を適正に保つスペーサの役割を担うと共に、塊間の空間における誘電率を調整し、塊間に形成されるコンデンサの容量を調整する機能も有し、電気機器に入力される電圧波形を適正に調整することが可能となる。

円柱状体２２を接続線路２１に接続する箇所においては、線抵抗率が他の接続線路より低くなっており、本発明の電気波形調整器は、このような低抵抗値を有する低抵抗線路部を少なくとも一つ以上形成することを特徴としている。

図４は、図３に示すコア部品を内蔵した調整回路５の断面図を示す。
接続線路２１に円柱状体２２を導電性を維持した状態で固着したコア部品をセラミック製の外郭２４に収容すると共に、接続線路２１及び円柱状体２２と外郭２４との間に、セラミック粒体又は硅石（粒体又は粉体）、エポキシ樹脂の少なくともいずれか一つを含む材料で構成される、絶縁性が高くかつ耐熱性の高い材料を充填材２６として充填する。

また、図７に示すように、円柱状体２２の間にセラミック製のリング状部材２７を配置し、図４と同様に充填材２６及びセラミック製の外郭２４などを配置することも可能である。図７で示される電気波形調整器の等価回路は、図８に示す回路で表現することが可能である。
図７の入力端Ｅから出力端Ｆとの間の各領域ｅ_１〜ｅ_７に対応し、図８にも同様の記号で各領域を区分して表記している。

図８の等価回路から見た調整回路の特徴としては、円柱状体２２の部分（ｅ_２，ｅ_４，ｅ_６）では、円柱状体２２の中で電圧波形の進行と反射が行われることから微小抵抗（ｒ_２，ｒ_４，ｒ_６）とコイル（Ｌ_２，Ｌ_４，Ｌ_６）が直列に接続され、円柱状体２２とセラミック製の外郭２４との間の寄生容量が発生するためコンデンサ（Ｃ’_２，Ｃ’_４，Ｃ’_６）と抵抗（Ｒ’_２，Ｒ’_４，Ｒ’_６）とが接続される構造となっている。

また、円柱状体２２以外の部分（ｅ_１，ｅ_３，ｅ_５，ｅ_７）では、接続線路２１による抵抗（Ｒ_１，Ｒ_３，Ｒ_５，Ｒ_７）とコイル成分（Ｌ_１，Ｌ_３，Ｌ_５，Ｌ_７）、並びに円柱状体２２間や円柱状体２２と外部端子との間に形成されるコンデンサ（Ｃ_１，Ｃ_３，Ｃ_５，Ｃ_７）が接続され、さらに、接続線路２１とセラミック製の外郭２４との間の寄生容量によるコンデンサ（Ｃ’_１，Ｃ’_３，Ｃ’_５，Ｃ’_７）及び抵抗（Ｒ’_１，Ｒ’_３，Ｒ’_５，Ｒ’_７）とが接続される構造となっている。

コンデンサ（Ｃ’_１〜Ｃ’_７）と抵抗（Ｒ’_１〜Ｒ’_７）においては、充填材２６に硅石（粒体又は粉体）などの誘電性がある素材を使用することにより、充填材自体や充填材間に発生するコンデンサ成分などにより、図８に記載したコンデンサ及び抵抗は（図９（ａ）に一例を示す）、図９（ｂ）に示すように、外郭と塊との間で、無限の立体的なコンデンサと抵抗との結合回路を形成しているものと考えられ、特に高調波成分を効果的に除去する際には、大きな役割を担っている。

また、円柱状体２２が有するコイル成分であるインダクタンス（Ｌ_２，Ｌ_４，Ｌ_６）は、円柱状体が塊であるため、常に一定の値を示すものではなく、周波数に依存して変化する成分である。

上述した調整回路５による電気波形調整機能を調整するには、円柱状体２２の大きさや材質並びに数の調整、セラミック製リング状部材の大きさや数の調整、充填材の材質や充填量の調整、セラミック製外郭の大きさの調整などにより行うことが可能である。また、円柱状体の導電性材料、リング状部材、外郭又は充填材の少なくとも一つに、ゲルマニウムを添加した材料を使用することにより、電気波形調整器の特性を調整することが可能となる。また、このようなゲルマニウムを付加することで、例えば、電気機器の出力変化に対応した波形調整機能のバラツキを抑制するなど、電気波形調整器がバランスの取れた特性を発揮することを可能とする。

図４又は図７に示すよう、外郭２４の両端は、絶縁性ゴムなどの密閉手段２５で密閉される。
セラミック製の外郭２４の代わりに、絶縁性ゴムでコア部品の全体を被覆するよう構成することも可能であるが、特に高圧の給電線に対して本発明の電気波形調整器を設置する場合には、セラミック等の耐電圧特性の優れた素材を用いることが好ましい。

このように、低抵抗線路部を構成する導電性の塊や接続線路を、絶縁性や耐熱性の高い充填材２６で取り囲むため、漏電の危険性を抑制し、熱的変質による特性の劣化も防止することが可能となる。
また、本発明の電気波形調整器に用いる調整回路５は、低圧進相コンデンサへの接続線路を利用して構成することも可能であるが、機器の取り付け調整の簡便性を考慮すると、図４に示す調整回路５を単一のユニットとして構成し、接続線路４の途中に挿入接続するよう構成することも可能である。

次に、本発明の電気波形調整器を用いて、冷凍機の動作特性の変化を測定した。
電気波形調整器の調整回路５の構成は、接続線路２１として線材０．８ｍｍ^２の軟銅を７本撚り合わせて３．５ｍｍ^２の線路を構成し、銀（製品名：銀球、純度９９．９９％）を外径１１φ、高さ１１ｍｍの円柱状体２２を３個形成し、これを各１１ｍｍの間隔で接続線路２１上に半田にて固定した。充填材としてはセラミック粒体を利用し、内径３０φ、外径４０φ、長さ６５ｍｍの円筒状のセラミック製の外郭でこれらのコア部品を収容し、外郭の上下端部を絶縁性ゴム（（株）八幡ネジ社製、製品名：ボンネットゴム）にて密閉した。

上述の調整回路５を３個利用し、５０μＦの低圧進相コンデンサ（松下電器産業（株）社製、製品名：進相用コンデンサー（屋内用）ＺＡ−５０Ｌ）と２００Ｖ給電線との間に接続した。
冷凍機には、表1に示す冷媒圧縮機と、表２に示す冷却ファンを利用した。
冷凍室内の温度変化を、調整回路５を接続する前と、接続した後の変化とを図５に示す。

図５の点線グラフ（調整回路なしの場合）に示すように、調整回路５を接続する前の冷凍室内の温度変化を見ると、冷凍室内の冷却パイプには徐々に霜が付着するため、冷却能力が低下し、４時間毎に行われるデフロストヒータの動作により霜取りが行われ、冷却能力が回復されている様子が理解される。

これに対し、図５の実線グラフ（調整回路ありの場合）に示すように、調整回路５を接続した後は、冷却能力が−２５℃程度から−３０℃程度に向上し、霜付きも改善され、極めて高い冷却能力を維持していることが理解される。
ただし、調整回路５を接続した直後には、圧縮機の動作能力が向上するため、通常の冷媒ガスの圧力が不足し、約４ｋｇ／ｃｍ^２程度のガス圧上昇を行うため、冷媒ガスの注入を行う必要があった。

さらに、本発明の電気波形調整器を用いて、油圧ジャッキを駆動する油圧ポンプの動作特性の変化を測定した。
なお、電気波形調整器で使用する調整回路５の構成は、上述の冷凍機の実験と同様の調整回路を用いた。

上述の調整回路５を２個利用し、１０μＦの低圧進相コンデンサ（マルコン電子（株）社製、製品名：進相用コンデンサー単相２００Ｖ用１０μＦＮ２形・ＳＨ式）と１００Ｖ給電線との間に接続した。
油圧ポンプ（（株）大阪ジャッキ製作所社製、ＮＳＰ−０．３Ｍ）と油圧ジャッキ（（株）大阪ジャッキ製作所社製、Ｔ１０Ｓ１５）を利用し、上記給電線を油圧ポンプに接続した。
油圧ジャッキは、固定された台座の間に、上下の台座に負荷を掛けない状態で配置されている。油圧ポンプの動作により、ジャッキは上昇するが、上下の台座に挟まれているため、ジャッキ自体は上昇せず、上下の台座に加える負荷を増大させる。その後、ジャッキ内の油圧が６９．３ＭＰａとなった際に、油圧ポンプが停止するよう設定されている。

上記の油圧ポンプの動作開始からに停止するまでを１サイクルとし、５回繰り返して実験すると共に、各秒毎の油圧ポンプによる平均消費電力を測定した。
その結果、各サイクルの最大平均消費電力について、５回分の平均を調べたところ、本発明の電気波形調整器を用いない場合には、６５３．１Ｗであるのに対し、電気波形調整器を用いた場合には、５７９．４Ｗとなり、約１１％もの最大平均消費電力の低下が見られた。
また、各サイクルで消費した総消費電力値について、５回分の平均を調べたところ、本発明の電気波形調整器を用いない場合には、２１２６．６Ｗｈであるのに対し、電気波形調整器を用いた場合には、２０３９．３Ｗｈとなり、約４％の総消費電力の低下が見られた。
以上の結果からも、本発明の電気波形調整器を利用することにより、油圧ポンプの動作能力が向上し、消費電力の省力化にも寄与していることが理解される。

次に、誘導電動機のトルクに本発明の電気波形調整器が与える影響について、試験を行った。
図１０に示すように、複数のタイプ別の調整回路を用意し、図１（ａ）に示すように、調整回路５を接続すると共に、電気機器Ａには、３相誘導電動機（２００Ｖ，４００Ｗ）（三菱電機（株）製、ＳＥ−ＪＲ）を接続した。

Ａタイプの調整回路では、図１０に示すように、直径１３ｍｍ×長さ１３ｍｍの銀の円柱状体を３個用意し、円柱状体の間には、直径９ｍｍ×長さｍｍのセラミック製のリングを各３個配置した。また、外径３０ｍｍ、内径２０ｍｍ、長さ６５ｍｍのセラミック製の外郭内にこれらを収容すると共に、内部に硅石粉を充填した。

Ｂ−１タイプの調整回路では、Ａタイプと同様に円柱状体及びセラミック製のリングを配置し、外形２７ｍｍ、内径１４ｍｍ、長さ６５ｍｍのセラミック製の外郭内にこれらを収容し、内部に硅石粉を充填した。

Ｂ−２タイプの調整回路では、Ｂ−１タイプの調整回路から、硅石粉のみを除去したものである。
また、Ｂ−３タイプの調整回路では、Ｂ−２タイプの調整回路から、セラミック製のリングを除去したものである。

Ｃタイプの調整回路では、Ａタイプの調整回路から、硅石粉及びセラミック製のリングを除去すると同時に、円柱状体の大きさを直径１７ｍｍ×長さ１７ｍｍに変更したものである。

各タイプの調整回路を取り付け、誘導電動機（定格４００Ｗ）に電動機負荷率５０〜１００％の電力を供給することにより、誘導電動機に発生するトルクを測定した。測定されたトルクから、調整回路を取り付けない場合を基準（０％）として、上昇量（トルクＵＰ率％）を算出し、その結果を図１１に示す。

図１１のグラフから、電動機負荷率が５０から７０％の範囲においては、いずれのタイプの調整回路も、本発明に係る調整回路を配置しない場合と比較し、最大で１１〜３３％程度のトルク上昇が発生していることが観察される。
また、Ａタイプのように、円柱状体をセラミック製の外郭に収容する共に、硅石粉やセラミック製のリングを配置するものが、全体的に特性が大きく改善している。また、Ｂ−１タイプのようにＡタイプのものより外郭の径が小さいもの（その分、硅石粉の収容量が減少する）は、Ａタイプのものより上昇率の変動が激しくなる傾向にある。ただし、電動機負荷率が８０から９０％の範囲においては、Ａタイプのものよりトルクの上昇率が高い。一般的に冷凍機の圧縮ポンプを稼動させる際の負荷率は７５〜８５％であり、Ａタイプ、Ｂ−１タイプ、Ｂ−２タイプ又はＣタイプのいずれを利用しても冷凍機の性能アップが期待できる。

次に、図７に示す調整回路を図１２示す電気回路に配置し、パソコンに供給される電気波形を調整した。この場合のパソコン使用者に与える身体的障害について調査を行った。
調査対象者は、２０代から６０代の男女５０名であり、調整回路の設置前及び設置してから２週間後での身体的障害の程度についてアンケートを行った。

その結果、調整回路の設置前に、「目が疲れる」（４１名）、「目が乾く」（２５名）という不調を訴えていた者が、調整回路の設置後には、「目が疲れる」が改善した人数２２名（改善率５４％）、「目が乾く」が改善した人数１２名（改善率４８％）と、大幅に身体的障害が改善している結果が得られた。

また、調整回路の設置前に、「肩のコリ・痛み」（４５名）、「首のコリ・痛み」（３５名）という不調を訴えていた者が、調整回路の設置後には、「肩のコリ・痛み」が改善した人数２２名（４９％）、「首のコリ・痛み」が改善した人数２１名（６０％）と、大幅に身体的障害が改善している結果が得られた。

さらに、図１２に示すパソコン（本体：ヒューレット・パッカード製ＮｅｔＶｅｃｔｒａＮ３０，ディスプレイ：ＥＩＺＯＮＡＮＡＯ製ＦｌｅｘＳｃａｎＬ３５０）に供給される地点（測定点）における周波数特性を観察したところ、図１３に示すように、３９．８ＭＨｚ付近において、調整回路を設置した影響により、周波数特性が低下していることが分かった（破線は調整回路なし、実線は調整回路ありを示し、各々グラフの近似曲線も併せて示す。）。この周波数付近が、身体的障害にどのような影響を与えているかについては、因果関係が明確ではないが、上記アンケート結果及び図１３の周波数特性などを考慮すると、本発明に係る電気波形調整器が、身体的障害の改善に影響を与えていることが、理解できる。

また、本発明に係る電気波形調整器の調整回路５による高調波抑制効果を調査するため、図１４に示すような測定回路を構成し、調整回路５として図７に示す調整回路を組み込み、入力正弦波を５０Ｈｚ〜２０ＭＨｚの範囲で変化させ、入出力特性を測定した。６はコンデンサであり、５０は負荷用抵抗を示す。

図１５に示すように、図１４の電気回路における共振周波数１５．５８ＭＨｚにおいて、入力波形（ａ）より、出力波形（ｂ）の方が適正な正弦波を形成していることが理解される。またこの際の周波数におけるフーリエ解析波形を測定したところ、入力成分（ｃ）においては、左端にピーク成分（共振周波数）が見られ、右方向の高周波側に進むに従い、順次第１〜７次高調波が観測されているが、出力成分（ｄ）においては、高調波成分が極めて効率よく抑制されている様子が観測される。
このように、本発明に係る電気波形調整においては、高調波成分を抑制し、電気波形を適正化することが可能となる。

本発明は、上述した内容に限定されるものではなく、例えば、本発明の電気波形調整器で使用する力率調整手段として、進相コンデンサに代えてコイルなどの力率を遅らせる力率調整手段を用い、電気機器の使用により力率が進み過ぎるのを防止することも可能である。このように、本発明に係る電気波形調整器には、当該技術分野において公知の技術を適用することが可能であることは、言うまでも無い。

以上、説明したように、本発明によれば、電気機器に供給される多様な電圧波形を調整し、電気機器が有する動作能力を向上させることを可能とする電気波形調整器を提供すると共に、電気機器の使用者への身体的障害を緩和をするよう構成された電気波形調整器を提供することが可能となる。

Claims

電気機器へ交流電圧を供給する給電線に力率調整用コンデンサを並列に接続する電気波形調整器において、
該給電線と該力率調整用コンデンサとを電気的に接続する接続線路の途中に配置される調整回路を有し、
該調整回路は、該接続線路が貫通する、導電性材料で形成された円柱状体を少なくとも１つ以上配置し、該円柱状体を取り囲むセラミック製の外郭を設け、該外郭と該円柱状体との間に、少なくとも粒体又は粉体形状の非導電性の充填材を配置することを特徴とする電気波形調整器。
電気機器へ交流電圧を供給する給電線に並列又は直列に接続する電気波形調整器において、
該給電線に並列又は直列に電気接続する接続線路の途中に配置される調整回路を有し、
該調整回路は、該接続線路が貫通する、導電性材料で形成された円柱状体を少なくとも１つ以上配置し、該円柱状体を取り囲むセラミック製の外郭を設け、該外郭と該円柱状体との間に、少なくとも粒体又は紛体形状の非導電性の充填材を配置することを特徴とする電気波形調整器。
請求項１又は２に記載の電気波形調整器において、該導電性材料は、金、銀、銅の少なくともいずれか一つを含む金属を利用することを特徴とする電気波形調整器。
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気波形調整器において、該接続線路に沿って該円柱状体を複数配置し、該円柱状体の間にセラミック製のリング状部材を配置することを特徴とする電気波形調整器。