JP6139747B1

JP6139747B1 - 放電装置

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Publication number: JP6139747B1
Application number: JP2016094272A
Authority: JP
Inventors: 棚谷　公彦; 公彦棚谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2036-05-10
Also published as: DE102016221194A1; JP2017203389A; US20170331262A1; US9941670B2

Abstract

【課題】放電装置から放電負荷に供給する交流電力の出力経路が断線、もしくは接続不良状態となった場合において、放電装置を構成する機器を破損から保護すると共に、２次的な災害の発生を防止し、抑止することを目的としている。【解決手段】放電装置１００は、高圧電極１０１ａと間隙１０１ｃを設けて対向配置された接地ＧＮＤ１２２に接続された接地電極１０１ｂとを有する放電負荷１０１に対して、間隙１０１ｃに放電を発生させるための交流電力を供給すると共に、交流電力の出力経路の接続状態を検出する接続状態検出装置１０６を備えた電力供給装置１０２と、接続状態の異常の有無を判定し、交流電力の供給の可否を決定して、電力供給装置１０２を制御する制御装置１０３と、で構成されている。【選択図】図1

Description

本発明は、例えば、内燃機関での燃料点火に使用される主に交流電力による放電を利用する放電装置に関するものである。

近年、環境保全、燃料枯渇の問題が提起されており、自動車業界に於いてもこれらへの対応が急務となっている。この対応の一例として、ＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）を利用しポンピング損失（吸排気損失）を低減することにより燃料消費量を飛躍的に改善する方法がある。ところが、排気ガスである既燃ガスは、不燃性かつ空気に対し熱容量が大きいため、ＥＧＲにより既燃ガスを大量に再吸入すると、着火性、燃焼性が低下するという問題がある。

この問題の解決策の一つとして、例えば、特許文献１のコロナ放電点火システムでは、コロナ放電を利用し、多点、広範囲で着火することで、より安定した火炎核を形成できるようになり、燃焼性をより安定させることができる放電方法が開示されている。開示された点火装置を用いることで、従来の点火コイルに比べ、より安定した火炎核を形成できるようになり、例えば、前述したＥＧＲの量を多く投入しても安定燃焼が得られるようになる。従って、従来の点火装置に比べ、より多くのＥＧＲを投入できるようになり、ポンピング損失を低減できるようになるので、燃料消費量を飛躍的に改善できる内燃機関を得ることができる。

特表２０１４−５１３７６０号公報

従来の特許文献１のコロナ放電点火システムおいては、図２に示されているように、点火プラグに相当する点火装置２２に交流の電力が供給されるものである。点火装置２２に供給される電流は、変圧器４４の高圧端子６２、インダクタ２７、点火装置２２、電流センサ４６に繋がる接地ＧＮＤ、電流センサ４６、変圧器４４の高圧端子６２の経路を順に通って流れる。

しかしながら、特許文献１のコロナ放電点火システムにおいては、変圧器４４の高圧端子６２で断線や接続不良の状態が発生したとすると、前述したように、このコロナ放電点火システムの駆動回路３０は、交流電力を出力する装置であるので、どこか電気的容量性の結合をしている箇所があり、電力の発生源に帰還できる経路があれば、本来の通電経路が断線していたとしても、点火装置から交流電流が出力され、あたかも正常に動作しているかのような状態となることがある。例えば、変圧器４４の高圧端子６２→インダクタ２７→点火装置２２→電流センサ４６に繋がる接地ＧＮＤ→電流センサ４６→ローパスフィルタ４８→矩形波変換装置５０→オペアンプ３８→スイッチ４２→変圧器４４の１次側巻線６６→変圧器４４の高圧端子６２の経路を通って流れる可能性がある。

このような経路を、規定以上の電流が流れた場合には、経路上にあるオペアンプやスイッチ等を破損させ、駆動回路を故障させる可能性があるが、例えば、電流センサ４６の信号だけ見ていても、駆動回路としては正常に近い状態で動作しているので、異常であることがわからない場合があるという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、放電装置から放電負荷に供給する交流電力の出力経路が断線、もしくは接続不良状態となった場合において、放電装置を構成する機器を破損から保護すると共に、２次的な災害の発生を防止し、抑止することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る放電装置は、高圧電極と間隙を設けて対向配置され接地ＧＮＤに接続された接地電極とで構成される放電負荷に、交流電力を供給する電力供給装置と、前記交流電力の供給を制御する制御装置と、を備え、前記電力供給装置は、第一の内部ＧＮＤを基準とする電源と、前記第一の内部ＧＮＤと電気的に分離された第二の内部ＧＮＤを基準として前記電源により前記放電負荷に前記交流電力を出力する出力装置と、前記第二の内部ＧＮＤと前記接地ＧＮＤとの接続状態を検出する接続状態検出装置とを有し、前記制御装置は、前記接続状態検出装置の出力に基づいて前記接続状態の異常の有無を判定し、前記放電負荷への前記交流電力の供給の可否を決定することを特徴とするものである。

本発明の放電装置によれば、放電装置から放電負荷に供給する交流電力の出力経路の断線、もしくは接続不良状態となる不具合の発生を正確に判定する機能を持たせることで、不具合の発生時において、放電装置の動作を停止させて、放電装置を構成する機器を破損から保護すると共に、２次的な災害の発生を防止し、抑止する効果を期待することができる。

実施の形態１に係る放電装置の構成の概略を示す回路ブロック図である。実施の形態１における制御装置の動作手順を示すフローチャートである。実施の形態１に係る放電装置の実施例の構成の詳細を示す回路図である。実施の形態１における実施例の制御装置の動作タイミングチャートである。実施の形態２に係る放電装置の構成の詳細を示す回路図である。実施の形態２における制御装置の動作タイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態に係る放電装置の構成及び動作の詳細について、図１から図６を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る放電装置の構成の概略を示す回路ブロック図であり、図２は、放電装置の制御装置の動作手順を示すフローチャートであり、図３は、放電装置の実施例の構成の詳細を示す回路図である。また、図４は、実施例の制御装置の動作タイミングチャートである。

図１に示すように、放電装置１００は、高圧電極１０１ａと間隙１０１ｃを設けて対向配置され接地ＧＮＤ１２２に接続された接地電極１０１ｂとを有する放電負荷１０１に対して、間隙１０１ｃに放電を発生させるための交流電力を供給する電力供給装置１０２と、電力供給装置１０２を制御する制御装置１０３と、で構成されている。

ここで、電力供給装置１０２は、内部ＧＮＤ（１）１２０を基準とする電源（Ａ）１０４と、内部ＧＮＤ（１）１２０と電気的に分離された内部ＧＮＤ（２）１２１を基準として、電源（Ａ）１０４により放電負荷１０１に供給するための交流電力を出力する出力装置１０５と、内部ＧＮＤ（２）１２１と接地ＧＮＤ１２２との接続状態を検出する接続状態検出装置１０６と、により構成されている。

接続状態検出装置１０６は、内部ＧＮＤ（１）１２０を基準とする電圧を作る電源（Ｂ）１０７と、内部ＧＮＤ（２）１２１との間に配置されるプルダウン抵抗１０８と、を備えており、検出した内部ＧＮＤ（２）１２１の電圧値Ｖを出力する。

制御装置１０３は、接続状態検出装置１０６から出力された電圧値Ｖに基づいて、内部ＧＮＤ（２）１２１と接地ＧＮＤ１２２との接続状態の異常の有無を判定し、電力供給装置１０２が放電負荷１０１への交流電力の供給の可否を決定する。なお、直流電源１０９は、制御装置１０３の電源である。

また、内部ＧＮＤ（１）１２０と接地ＧＮＤ１２２とは、電力供給装置１０２の外部で接続されている。

次に、制御装置１０３の動作について、図２に示す制御装置の動作手順を示すフローチャートを参照して、説明する。

まず、ステップＳ２０１において、制御装置１０３は、前回の内部ＧＮＤ（２）１２１と接地ＧＮＤ１２２との接続状態の判定結果を確認するため、前回の接続状態の指示値であるＦＬＧを取得する。

続いて、ステップＳ２０２において、取得されたＦＬＧの状態を確認して、ＦＬＧが“０”であれば、接続状態は正常であると判定し、ステップＳ２０３に移行する。ＦＬＧが“０”以外であれば、接続状態は異常であると判定し、ステップＳ２０４に移行する。
ステップＳ２０３では、判定閾値ＴＨとして閾値Ｔｈ１を採用する。また、ステップＳ２０４では、判定閾値ＴＨとして閾値Ｔｈ２を採用する。判定閾値ＴＨの設定後、それぞれ、ステップＳ２０５に移行する。

ここで、判定閾値ＴＨは、電圧相当値ＶＬと比較され、接続状態が正常であるか異常であるかを判定するための判定閾値である。本実施の形態においては、誤判定や、判定のハンチングを抑止する等のために、判定閾値ＴＨは、正常状態から異常状態に移行したことを判定するための閾値Ｔｈ１と、異常状態から正常状態に復帰したことを判定するための閾値Ｔｈ２と、に分けて設定されている。

例えば、Ｔｈ１＜Ｔｈ２となるように設定すると、接続状態の判定感度を上げる方向となる。ただし、判定感度を上げることができる反面、誤判定が多くなったり、接続状態の正常と異常の判定を頻繁に繰り返すハンチング現象を引き起こしたりする可能性がある。逆に、Ｔｈ１＞Ｔｈ２となるように設定すると、接続状態の判定感度を下げる方向ではあるが、誤判定が少なくなり、判定処理を安定させることができる。

ステップＳ２０５では、接続状態検出装置１０６からの内部ＧＮＤ（２）１２１の電圧値Ｖに基づいて、制御装置１０３で生成された電圧相当値ＶＬを取得する。ここで、内部ＧＮＤ（２）１２１の電圧値Ｖは、接地ＧＮＤ１２２との接続状態によって大きく変化するので、本実施の形態では、内部ＧＮＤ（２）１２１の電圧値Ｖを平滑化した電圧相当値ＶＬを取り込むことにする。平滑化の方法についてはいろいろあるが、本実施の形態では、式１に示すように、電圧相当値ＶＬは、簡易的に電圧値Ｖの絶対値の１次フィルタ値とする。
ＶＬ（ｎ）＝α×ＶＬ（ｎ−１）＋（１−α）×｜Ｖ（ｎ）｜（１）
ただし、αは、１以下の実数である。

続いて、ステップＳ２０６では、式１により得られた内部ＧＮＤ（２）１２１の電圧相当値ＶＬと判定閾値ＴＨとを比較する。ＴＨ≧ＶＬであれば、接続状態が正常であると判定され、ステップＳ２０７に移行する。ＴＨ＜ＶＬであれば、接続状態が異常であると判定され、ステップＳ２０９に移行する。

ステップＳ２０７では、接続状態の判定により正常であると判定されたので、フラグを更新してＦＬＧ＝０として、ステップＳ２０８で電力供給装置１０２から放電負荷１０１への電力の供給を開始する。これにより接続状態の判定処理を終了する。

ステップＳ２０９では、接続状態の判定により異常であると判定されたので、フラグを更新してＦＬＧ＝１として、ステップＳ２１０で電力供給装置１０２から放電負荷１０１への電力の供給を停止する。これにより接続状態の判定処理を終了する。

なお、本実施の形態では、制御装置１０３に、接続状態検出装置１０６で検出された電圧値Ｖを平滑化して電圧相当値ＶＬとして出力する平滑化装置と、電圧相当値ＶＬと比較するための判定閾値ＴＨを設定する閾値設定装置と、が設けられている。

また、上記説明では、電圧相当値ＶＬを電圧値Ｖの１次フィルタ値としたが、回路で組んだハードウェアフィルタを通して得られた所定時刻での値そのものであってもよく、所定期間内のピーク値、平均値、実効値のいずれであっても、同様の効果を得ることができる。

また、接続状態検出装置１０６として、プルアップ式の電圧を測定する電圧測定装置を用いる例について説明したが、カレントトランス等を用いた電流を測定する電流測定装置としてもよい。電力供給装置１０２から出力された電流が、電流測定装置を通って戻ってきているのであれば、接続状態が正常であると判定し、電流測定装置を通らずに戻ってきているのであれば、接続状態が異常であると判定することができる。

次に、具体的な放電装置の実施例を用いて、さらに動作の詳細について説明する。

図３は、主に自動車用途で使用され、エンジン内のガソリン混合気を安定着火するために開発されているコロナ点火装置と呼ばれているものに、本実施の形態の接続状態検出装置３０２を組み合わせた実施例である放電装置１００を示すものである。これにより、放電装置１００から放電負荷１０１に供給する交流電力の出力経路の断線による放電装置１００を構成する機器の破損の防止、放射ノイズの増加等を抑止できるようにしたものである。また、蛍光灯などの放電灯も類似した構成であり、同様に本実施の形態の接続診断装置を組み合わせることにより、同様の効果を得ることができる。

図３に示す放電装置１００は、大きく分類すると、放電負荷１０１に放電を発生させるための交流電力を供給する電力供給装置１０２と、電力供給装置１０２を制御する制御装置１０３と、により構成されている。

電力供給装置１０２は、インバータ装置３０１と。接続状態検出装置３０２と、により構成されている。ここで、接続状態検出装置３０２は、図１の接続状態検出装置１０６に相当する。

インバータ装置３０１は、１次巻線（Ａ）３０３ａ、１次巻線（Ｂ）３０３ｂ及び２次巻線３０３ｃで構成されるトランス３０３と、１次巻線（Ａ）３０３ａと１次巻線（Ｂ）３０３ｂとの間に接続された直流電源（１）３０４と、１次巻線（Ａ）３０３ａの直流電源（１）３０４と反対側に接続されたスイッチング用ＩＧＢＴ（Ａ）３０５ａと、１次巻線（Ｂ）３０３ｂの直流電源（１）３０４と反対側に接続されたスイッチング用ＩＧＢＴ（Ｂ）３０５ｂと、により構成されている。

接続状態検出装置３０２は、接続状態検出用の直流電源（２）３０６と、直流電源（２）３０６と内部ＧＮＤ（２）１２１との間に接続されたプルダウン抵抗３０７と、により構成されている。ここで、直流電源（２）３０６は、図１の電源（Ｂ）１０７に相当する。

トランス３０３は、図１の出力装置１０５に相当し、直流電源（１）３０４は、図１の電源（Ａ）１０４に相当している。本実施例では、出力装置１０５として、トランスを用いているが、フォトカプラのような装置でも実施可能である。本実施例においては、直流電源（１）３０４は５０［Ｖ］、直流電源（２）３０６は５［Ｖ］、プルダウン抵抗３０７は１０［ｋΩ］であるとする。

制御装置１０３は、接続状態検出装置３０２により検出された内部ＧＮＤ（２）１２１の電圧値Ｖを、バッファ装置３０８を介して取得し、内部ＧＮＤ（２）１２１と接地ＧＮＤ１２２との接続状態を判定する。

図３に示す放電装置１００の動作について、図４の制御装置１０３の動作タイミングチャート及び図２の制御装置１０３の動作手順を示すフローチャートを参照して説明する。前提として、時刻ｔ２までは、内部ＧＮＤ（２）１２１と接地ＧＮＤ１２２との接続状態が正常であり、時刻ｔ２の時点において、接続状態の異常が発生したものとする。また、本実施例では、Ｔｈ１＝３［Ｖ］、Ｔｈ２＝２［Ｖ］とする。

時刻ｔ０において、内部ＧＮＤ（２）１２２と接地ＧＮＤ１２２が正常に接続されているので、内部ＧＮＤ（２）１２２の電圧値Ｖは、ほぼ“０”［Ｖ］であり、これを平滑した１次フィルタ値である電圧相当値ＶＬもほぼ“０”［Ｖ］となっている（ステップＳ２０５）。接続状態が正常に継続しており、ＦＬＧ＝０なので、ＴＨ＝Ｔｈ１＝３Ｖ。従って、電圧相当値ＶＬ（≒０［Ｖ］）と判定閾値ＴＨ（＝３［Ｖ］）とを比較すると（ステップＳ２０６）、ＶＬの方が小さいので、接続状態は、正常であると判定し、ＦＬＧも継続して“０”となっている（ステップＳ２０７）。

時刻ｔ１より放電負荷１０１へ電力の供給を開始する。時刻ｔ１の時点においても、同様の判定により接続状態は、正常であると判定されるので、制御装置１０３は、放電負荷１０１へ電力を供給するよう、図４に示す制御信号Ａと、制御信号Ｂをそれぞれスイッチング用ＩＧＢＴ（Ａ）３０５ａ、スイッチング用ＩＧＢＴ（Ｂ）３０５ｂのゲートへ送り、インバータ装置３０１の動作を開始させる。

これに応じてトランス３０３の１次側に１次電流が流れる。例えば、制御信号Ａによりスイッチング用ＩＧＢＴ（Ａ）３０５ａのゲートの電位を“高”に、制御信号Ｂによりスイッチング用ＩＧＢＴ（Ｂ）３０５ｂのゲートの電位を“低”とすると、直流電源（１）３０４→１次巻線（Ａ）３０３ａ→スイッチング用ＩＧＢＴ（Ａ）３０５ａ→直流電源（１）３０４の経路で１次電流が流れ、トランス３０３の２次巻線３０３ｃに誘導電圧が発生する。例えば、２次巻線３０３ｃ→接続点（Ｈ）３１２→インダクタ３０９の方向に電流が流れる。

逆に、制御信号Ａによりスイッチング用ＩＧＢＴ（Ａ）３０５ａのゲートの電位を“低”に、制御信号Ｂによりスイッチング用ＩＧＢＴ（Ｂ）のゲートの電位を“高”にすると、直流電源（１）３０４→１次巻線（Ｂ）３０３ｂ→ＩＧＢＴ（Ｂ）３０５ｂ→直流電源
（１）３０４の経路で１次電流が流れ、トランス３０３の２次巻線３０３ｃに誘導電圧が発生する。この場合には、インダクタ３０９→接続点（Ｈ）３１２→２次巻線３０３ｃの方向に電流が流れる。

図３において、電気容量３１０は、放電負荷１０１のもつ浮遊容量３１０を表している。この浮遊容量３１０とインダクタ３０９とでＬＣ共振回路を構成している。

制御信号Ａ及び制御信号Ｂにより、スイッチング用ＩＧＢＴ（Ａ）３０５ａ及びスイッチング用ＩＧＢＴ（Ｂ）３０５ｂのスイッチング周期をＬＣ共振回路の共振周波数に合せることで、電力供給装置１０２は、交流電流を出力できるようになり、ＬＣ共振回路の中点につながる放電負荷１０１の高圧電極１０１ａに、図４に示すような出力電圧を発生させることができる。

出力電圧が、放電負荷１０１の電極間の間隙１０１ｃの放電電圧を超えれば、間隙１０１ｃに放電が発生し、エンジンに燃料が供給されていれば着火、燃焼し、エンジンを運転することができる。

ここで、時刻ｔ２において、接続点（Ｌ）３１１で完全な断線が発生したとする。このとき、２次電流が流れることができない状態となっていれば、高圧電極１０１ａに発生する出力電圧も図４のように低下し、間隙１０１ｃでの放電維持電圧を下回ると放電は停止し、燃料への着火ができなくなり、失火、エンジンが停止する。

ところが、交流電流出力の場合、接続点（Ｌ）３１１が完全断線しているにも関わらず、接続点（Ｈ）３１２からは、出力は低下するかもしれないが、交流電流が出力され、ＬＣ共振回路を流れ、間隙１０１ｃに十分な出力電圧を供給することができ、その結果、放電が維持され、着火状態も維持されてしまう場合がある。

例えば、接続点（Ｂ）３１３と接続点（Ｃ）３１４とが、回路内や装置内で容量性の結合している場合には、出力電流は、２次巻線３０３ｃ→接続点（Ｈ）３１２→インダクタ３０９→浮遊容量３１０→接地ＧＮＤ１２２→内部ＧＮＤ（１）１２０→接続点（Ｂ）３１３→接続点（Ｃ）３１４→２次巻線３０３ｃのループ経路で流れる可能性がある。

この場合には、接続点（Ｂ）３１３と接続点（Ｃ）３１４との結合容量次第では、接続点（Ｂ）３１３の電圧が上昇してしまう場合がある。

したがって、接続点（Ｂ）３１３の電圧が、急峻に上昇してしまうような場合には、スイッチング用ＩＧＢＴ（Ｂ）３０５ｂのゲートなどに破損を引き起こし、つまり、電力供給装置１０２を故障させてしまう可能性が高くなる。また、電流の流れるループ面積が非常に大きくなる場合がある、電磁シールドされていない配線を出力電流が流れる可能性が発生し、放射ノイズを大きく増加させ、周辺機器への悪影響を引き起こす可能性が高まる。従って、接続点（Ｌ）３１１での断線は、検出しておくべき事象である。

本実施例の放電装置１００によれば、時刻ｔ２に、接続点（Ｌ）３１１での断線が発生すると、図４の実線４０１に示すように、内部ＧＮＤ（２）１２１の電圧値Ｖが高くなる。本実施例の場合には、５Ｖ付近を中心に振れる値となる。したがって、この電圧値Ｖを平滑化したもの、例えば、１次フィルタをかけた電圧相当値ＶＬは、図４の破線４０２のようになる。

図４によれば、時刻ｔ３で、電圧相当値ＶＬと閾値Ｔｈ１とが等しい値となり、図２に示すフローチャートにしたがって、電圧相当値ＶＬと閾値Ｔｈ１とが比較され、電圧相当
値ＶＬが閾値Ｔｈ１を超えた段階で、接続状態が異常であると判定される（ステップＳ２０６）。続いて、ＦＬＧが“１”に変更される（ステップＳ２０９）。これにより、放電負荷１０１への電力の供給が停止され、制御信号Ａと制御信号Ｂの送信が停止される（ステップＳ２１０）。

図４においては、１回の判定で電力供給を停止しない例について記載されている。時刻ｔ３以降、数回の判定を行い、接続状態の異常が連続で所定回数となった、もしくは、接続状態が異常となった積算回数が、所定回数以上となった時刻ｔ４において、電力供給を停止、制御信号Ａ及び制御信号Ｂの出力を停止させる。判定閾値ＴＨについては、時刻ｔ３の時点でＦＬＧが“１”に変わっているので、以降、閾値Ｔｈ２の値を使って判断をしている。

これにより、放電装置から放電負荷に供給する交流電力の出力経路の断線検出時に、放電装置の動作を停止させて、放電装置の機器の破損の防止、及び放射ノイズの増加等の抑止を図ることで、２次的な災害の発生を防止すると共に、放電装置に異常あることを知らせるフェールフラグを立て、もしくはインジケータランプ等を点灯させることなどにより運転者に告知し、修理を促す等、安全に処置することができるようになる。

このように、実施の形態１に係る放電装置によれば、放電装置から放電負荷に供給する交流電力の出力経路の断線、もしくは接続不良状態となる不具合の発生を正確に判定する機能を持たせることで、不具合の発生時において、放電装置の動作を停止させて、放電装置を構成する機器を破損から保護すると共に、２次的な災害の発生を防止し、抑止することができるという効果がある。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る放電装置の構成の詳細を示す回路図であり、図６は、放電装置の制御装置の動作タイミングチャートである。実施の形態１に係る放電装置の構成との相違点は、実施の形態１の実施例では、接続状態検出用の電源（Ｂ）１０７が、直流電源（２）３０６であるのに対して、実施の形態２に係る放電装置２００においては、交流電源５０６に変更されている点である。また、交流電源５０６を制御するスイッチング素子５０８が追加されている。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

実施の形態１では、接続点（Ｌ）３１１が完全に断線している場合を想定したが、これが、完全な断線や完全な接続ではなく、微妙に接続されている状態、すなわち断線しかけている状態がある。このような状態では、内部ＧＮＤ（２）１２１の電圧値Ｖを直流のシステムで測定するとほぼ０［Ｖ］となる。

電力供給装置１０２は、放電負荷１０１に交流の電力を供給するものであり、交流の周波数が高くなると、例えば、ＭＨｚ以上の交流周波数では、接続点の接触面積の影響を無視できなくなってくる。このような周波数帯に対し、微妙な接続状態では、インダクタンス成分として見なすことができる。つまり、高周波の交流の成分に対しては、大きなインピーダンスとなって見えるようになり、当該接続箇所を通らず、もしくは当該接続箇所と、実施の形態１の実施例で示した接続点（Ｂ）３１３→接続点（Ｃ）３１４の経路の両方、もしくは他複数箇所を通る場合が発生し、放電装置の故障や放射ノイズの増加を引き起こす可能性が高まる。従って、前述したような微妙な接続状態が残っている場合についても検出を行い、放電負荷１０１への電力の供給を停止する必要がある。

接続状態検出装置５０２では、実施の形態１の実施例の直流電源（２）３０６を、交流電源５０６とすることで、制御装置１０３による前述した接続状態の判定が可能となる。
交流電源５０６の周波数を、インバータ装置３０１の動作周波数と同等、もしくは検出感度を高くするために同等以上の周波数とすれば、接続点（Ｌ）３１１でのインピーダンスの上昇の影響を検出することが可能である。

例えば、図５において、インバータ装置３０１の動作周波数を１［ＭＨｚ］、交流電源５０６は、ピーク電圧５［Ｖ］、周波数１０［ＭＨｚ］、プルダウン抵抗５０７の抵抗値を１００［Ω］であるとし、接続点（Ｌ）３１１の直流抵抗は０［Ω］、インダクタンスは１［μＨ］であるとすると、接続点（Ｌ）３１１の周波数１０［ＭＨｚ］でのインピーダンスは、約６０［Ω］となる。

この接続状態では、内部ＧＮＤ（２）１２１の電圧値Ｖは、ピーク値が約２．７［Ｖ］の正弦波となり、その実効値は、約１．９［Ｖ］である。この実効値を電圧相当値ＶＬとして、閾値Ｔｈ１を１［Ｖ］に設定しておけば、このような接続状態を検出することが可能である。

しかしながら、接続状態の検出感度を高めるため、プルダウン抵抗５０７の抵抗値を比較的小さい値とすると、接続状態の検出に使用される消費電力が無視できないものとなる。従って、このような場合には、交流電源５０６からの電力の供給を接続状態の検出時に限定し、接続状態の検出時以外には、交流電源５０６から電力の供給をしないようにする。

例えば、スイッチング素子５０８であるＦＥＴ５０８を交流電源５０６の経路に介在させ、このＦＥＴ５０８を制御装置１０３から制御する。図６に、制御装置１０３による接続状態の検出と放電負荷１０１への電力の供給を行うタイミングの例を示す。図中の信号６０１は、電力の供給のタイミングを表しており、“高”の時に電力を供給するとしている。図中の信号６０２は、接続状態の検出時において、ＦＥＴ５０８を制御する制御信号Ｃのパターンを表しており、ここでは、“低”の時に接続状態の検出を実施することとなる。つまり、接続状態の検出は、電力の供給直前のタイミングに、短時間で実施するようにしている。また、電力の供給中については、前述したように、検出された電圧値Ｖが大きく振れる場合があり、誤検出等の可能性が相対的に高くなるので、電力の供給中には接続状態の検出を実施しないとしている。

このようにすることで、微妙な接続状態に対しても異常を検出することが可能となり、接続状態の異常が検出されれば、放電負荷への電力の供給を停止し、放電装置を故障させることなく停止させることができ、２次的な災害の発生を防止すると共に、放電装置に異常があることを知らせるフェールフラグを立て、もしくはインジケータランプ等を点灯するなどにより運転者に告知し、修理を促す等、安全に処置することができるようになる。

このように、実施の形態２に係る放電装置によれば、接続状態を検出する接続状態検出装置の電源を交流電源とすることで、放電装置から放電負荷に供給する交流電力の出力経路の断線、もしくは接続不良状態の不具合の発生をより正確に検出することが可能となり、放電装置の動作を停止させて、放電装置を構成する機器を破損から保護すると共に、２次的な災害の発生を防止し、抑止することができるという効果がある。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

また、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。

１００，２００放電装置，１０１放電負荷、１０２電力供給装置、１０３制御装置、１０４電源（Ａ）、１０５出力装置、１０６，３０２，５０２接続状態検出装置、１０７電源（Ｂ）、１０８，３０７，５０７プルダウン抵抗、１２０内部ＧＮＤ（１）、１２１内部ＧＮＤ（２）、１２２接地ＧＮＤ、３０１インバータ装置、３０３トランス、３０４直流電源（１）、３０５ａスイッチング用ＩＧＢＴ（Ａ）、３０５ｂスイッチング用ＩＧＢＴ（Ｂ）、３０６直流電源（２）、５０６交流電源、５０８スイッチング素子

Claims

高圧電極と間隙を設けて対向配置され接地ＧＮＤに接続された接地電極とで構成される放電負荷に、交流電力を供給する電力供給装置と、
前記交流電力の供給を制御する制御装置と、を備え、
前記電力供給装置は、第一の内部ＧＮＤを基準とする電源と、前記第一の内部ＧＮＤと電気的に分離された第二の内部ＧＮＤを基準として前記電源により前記放電負荷に前記交流電力を出力する出力装置と、前記第二の内部ＧＮＤと前記接地ＧＮＤとの接続状態を検出する接続状態検出装置とを有し、
前記制御装置は、前記接続状態検出装置の出力に基づいて前記接続状態の異常の有無を判定し、前記放電負荷への前記交流電力の供給の可否を決定することを特徴とする放電装置。
前記接続状態検出装置は、前記第一の内部ＧＮＤを基準とする接続状態検出用電源と、前記接続状態検出用電源と前記第二の内部ＧＮＤとの間に接続された抵抗装置とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の放電装置。
前記接続状態検出用電源は、交流電源で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の放電装置。
前記交流電源は、前記交流電力の周波数よりも高い周波数を有することを特徴とする請求項３に記載の放電装置。
前記出力装置は、トランスを備えていることを特徴とする請求項１に記載の放電装置。
前記制御装置は、前記電力供給装置から前記放電負荷に前記交流電力が供給されていない時に、前記接続状態の異常の有無を判定することを特徴とする請求項１に記載の放電装置。
前記制御装置は、前記接続状態検出装置の出力を平滑化した平滑値を出力する平滑化装置と、前記平滑値と比較するための閾値を設定する閾値設定装置と、を備え、
前記平滑値が前記閾値よりも大きい場合に、前記接続状態に異常があると判定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の放電装置。
前記制御装置は、前記接続状態の異常の有無の判定時にのみ前記接続状態検出用電源からの給電を指示することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の放電装置。