JP6536750B2 - 電源装置及び除電器 - Google Patents

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Description

本発明は、正の電流と負の電流とをバランスよく出力する電源装置、及びそれを備えた除電器に関する。
静電気対策として用いられる除電器には、例えば、針状の放電電極へ電界を集中させることにより正負両極性のイオンを発生させ、イオン化した空気で除電する（静電気を取り除く）方式を用いたものがある。この方式の除電器の場合、正負のイオン発生量が偏ると対象物が帯電するため、除電器からは、正負のイオンをバランスよく発生することが望まれる。
特許文献１には、正負イオンをバランスよく発生させるための正負電源回路および除電器が開示されている。特許文献１に記載の正負電源回路は電源電圧を昇圧して電極に印加することで、正と負のイオンを発生させる。このときトランスの二次コイルに接続したコンデンサにより、正負電流が等しくなるように正負電圧が自動的に制御される。
特許第４３６７５８０号公報
ところで、高圧電源の高圧発生方法として、コッククロフト・ウォルトン回路方式を用いる方法がある。このコッククロフト・ウォルトン回路を特許文献１に用いる場合、コッククロフト・ウォルトン回路が偶数段であると、正負の直流電流が等しくなる効果が得られないという問題がある。このため、必要な電圧を得るために整流回路の段数を増減させるだけでなく、トランスの出力電圧を変える必要がある。
そこで、本発明の目的は、簡易な構成で、正負の電流をバランスよく出力する電源装置、及びそれを備えた除電器を提供することにある。
本発明に係る電源装置は、交流電圧が入力される一次巻線と、第１端がグランドに接続された二次巻線とを有するトランスと、キャパシタとダイオードとがｍ段（ｍは２以上の偶数）に組み合わされ、前記二次巻線の第２端に接続され、前記二次巻線に誘起される正電圧を昇圧して、正側出力端へ出力する第１コッククロフト・ウォルトン回路と、キャパシタとダイオードとがｎ段（ｎは２以上の偶数）に組み合わされ、前記二次巻線の前記第２端に接続され、前記二次巻線に誘起される負電圧を昇圧して、負側出力端へ出力する第２コッククロフト・ウォルトン回路と、第１端が、前記第１コッククロフト・ウォルトン回路および前記第２コッククロフト・ウォルトン回路に接続され、第２端がグランドに接続されているキャパシタと、を備えることを特徴とする。
この構成では、キャパシタにより、正負整流回路の各正負電圧ピーク値が、正負電流が等しくなるように増減し、それによって、正側出力端および負側出力端から出力される電流総量を等しくできる。その結果、フィードバック制御などが不要であるため、簡易な構成で、正負の電流をバランスよく出力することができる。また、コッククロフト・ウォルトン回路を用いているため、トランスのコイル出力電圧より高い電圧を出力することができる。
前記二次巻線の第１端は、前記キャパシタの前記第１端に接続されている構成でもよい。
本発明に係る電源装置は、交流電圧が入力される一次巻線と、第１二次巻線および第２二次巻線とを有するトランスと、アノードが前記第１二次巻線の一端に接続され、カソードが正側出力端に接続された第１ダイオードを有し、前記第１二次巻線に誘起される正電圧を昇圧して、前記正側出力端へ出力する第１倍電圧回路と、カソードが前記第２二次巻線の一端に接続され、アノードが負側出力端に接続された第２ダイオードを有し、前記第２二次巻線に誘起される負電圧を昇圧して、前記負側出力端へ出力する第２倍電圧回路と、第１端が、前記第１倍電圧回路および前記第２倍電圧回路に接続され、第２端がグランドに接続されているキャパシタと、を備えることを特徴とする。
この構成では、キャパシタにより、正負整流回路の各正負電圧ピーク値が、正負電流が等しくなるように増減し、それによって、正側出力端および負側出力端から出力される電流総量を等しくできる。その結果、フィードバック制御などが不要であるため、簡易な構成で、正負の電流をバランスよく出力することができる。また、倍電圧回路を用いているため、トランスのコイル出力電圧より高い電圧を出力することができる。
本発明に係る除電器は、本発明の電源装置と、前記正側出力端に接続された正イオン発生子と、前記負側出力端に接続された負イオン発生子と、を疎なることを特徴とする。
この構成では、正イオン発生子および負イオン発生子から出力される電流総量、つまり、正負イオンの発生量を等しくできる。
本発明は、キャパシタにより、正負整流回路の各正負電圧ピーク値が、正負電流が等しくなるように増減し、それによって、正イオン発生子および負イオン発生子から出力される電流総量すなわち正負イオン量を等しくできる。その結果、フィードバック制御などが不要であるため、簡易な構成で、正負の電流をバランスよく出力することができる。
図１は、実施形態１に係る除電器の回路図である。 図２（Ａ）は、接続点Ａに発生する電圧波形、ダイオードのアノード側、およびダイオードのカソード側の電圧波形、ならびに、正イオン発生子および負イオン発生子への印加電圧波形、図２（Ｂ）は、正イオン発生子および負イオン発生子への電流波形、図２（Ｃ）は、正側整流回路および負側整流回路それぞれに流出入する電流波形を示す図である。 図３（Ａ）は、初期状態から定常状態までの、正イオン発生子および負イオン発生子への印加電圧波形およびキャパシタの電圧波形、図３（Ｂ）は、正イオン発生子および負イオン発生子へ流れる電流波形を示す図である。 図４（Ａ）は、定常状態で、一次巻線に正弦波交流入力電圧を印加した直後の正イオン発生子と負イオン発生子への印加電圧波形、図４（Ｂ）は、正イオン発生子と負イオン発生子へ流れる電流波形、図４（Ｃ）は正側整流回路および負側整流回路へ流れる電流波形を示す図である。 図５（Ａ）はパルス電圧波形、図５（Ｂ）はフライバック電圧波形、図５（Ｃ）は矩形波電圧波形を示す図である。 図６は、正イオン発生子および負イオン発生子を複数備えた除電器１の例を示す図である。 図７は、正側整流回路および負側整流回路の段数を４段とした場合の除電器の回路図である。 図８は、正側整流回路及び負側整流回路の段数が奇数である場合の除電器の回路図である。 図９は、別の例の除電器の回路図である。 図１０は、別の例の除電器の回路図である。 図１１は、別の例の除電器の回路図である。 図１２は、別の例の除電器の回路図である。 図１３は、別の例の除電器の回路図である。 図１４は、別の例の除電器の回路図である。 図１５は、実施形態２に係る除電器の回路図である。 図１６（Ａ）は、二次巻線の出力端電圧波形と、正イオン発生子および負イオン発生子への印加電圧波形、図１６（Ｂ）は、正イオン発生子および負イオン発生子への電流波形、図１６（Ｃ）は、二次巻線の出力電圧端から正側整流回路および負側整流回路に流出入する電流波形を示す図である。 図１７（Ａ）は、初期状態から定常状態までの、正イオン発生子および負イオン発生子への印加電圧波形およびキャパシタＣ４の電圧波形、図１７（Ｂ）は、正イオン発生子および負イオン発生子の電流波形を示す図である。 図１８（Ａ）は、キャパシタへの直流電流成分の流れ込みが無くなった定常状態における二次巻線の出力端電圧波形および正イオン発生子と負イオン発生子の印加電圧波形、図１８（Ｂ）は、正イオン発生子と負イオン発生子の電流波形、図１８（Ｃ）は、正側整流回路および負側整流回路に流出入する電流波形を示す図である。 図１９は、２つのトランスを備えた除電器の例を示す図である。 図２０は、２つのトランスを備えた除電器の例を示す図である。 図２１は、２つのトランスを備えた除電器の例を示す図である。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る除電器１の回路図である。
除電器１は、電源装置１０と、正イオン発生子１０１と、負イオン発生子１０２とを備えている。電源装置１０は、正側出力端Ｏ１と負側出力端Ｏ２とを有している。電源装置１０は、正側出力端Ｏ１から正極性の高電圧（以下、正電圧と言う）を出力する。また、電源装置１０は、負側出力端Ｏ２から負極性の高電圧（以下、負電圧と言う）を出力する。
正イオン発生子１０１は正側出力端Ｏ１に接続されている。負イオン発生子１０２は負側出力端Ｏ２に接続されている。正イオン発生子１０１および負イオン発生子１０２はそれぞれ針状の放電電極である。電源装置１０により、正側の針状の放電電極に正電圧が印加され、負側の針状の放電電極に負電圧が印加されると、それぞれの放電電極でコロナ放電が発生し、空気が電離されて正イオンおよび負イオンがそれぞれ生成される。
電源装置１０は、駆動回路１１、トランスＴ１、正側整流回路１２および負側整流回路１３を備えている。
トランスＴ１は、一次巻線Ｎ１及び二次巻線Ｎ２を有している。一次巻線Ｎ１は駆動回路１１に接続されている。駆動回路１１は交流電圧をトランスＴ１の一次巻線Ｎ１へ供給する。トランスＴ１の一次巻線Ｎ１に交流電圧が印加されると、トランスＴ１の二次巻線Ｎ２には、一次巻線Ｎ１に印加された交流電圧の巻数比倍の交流電圧が発生する。以下、一次巻線Ｎ１に印加される交流電圧を「入力電圧」という。
トランスＴ１の二次巻線Ｎ２の第１端はグランドに接続されている。二次巻線Ｎ２の第２端は、正側整流回路１２および負側整流回路１３に接続されている。
正側整流回路１２は、ダイオードＤ１１，Ｄ１２およびキャパシタＣ１１，Ｃ１２が組み合わされて構成されたコッククロフト・ウォルトン回路である。この例では、正側整流回路１２は、二次巻線Ｎ２に誘起される正電圧を昇圧するように、ダイオードおよびコンデンサが２段に組み合わされて構成されている。初段目のダイオードＤ１１のアノードは、キャパシタＣ３を介してグランドに接続されている。また、２段目のダイオードＤ１２とキャパシタＣ１２との接続点は、電源装置１０の正側出力端Ｏ１に接続されている。なお、正側整流回路１２は、キャパシタＣ１２の代わりに部品間や配線間に存在する分布容量を代用してもよい。正側整流回路１２は、本発明に係る「第１コッククロフト・ウォルトン回路」の一例である。
負側整流回路１３は、ダイオードＤ２１，Ｄ２２およびキャパシタＣ２１，Ｃ２２が組み合わされて構成されたコッククロフト・ウォルトン回路である。この例では、負側整流回路１３は、二次巻線Ｎ２に誘起される負電圧を昇圧するように、ダイオードおよびコンデンサが２段に組み合わされて構成されている。初段目のダイオードＤ２１のカソードは、キャパシタＣ３を介してグランドに接続されている。また、２段目のダイオードＤ２２とキャパシタＣ２２との接続点は、電源装置１０の負側出力端Ｏ２に接続されている。なお、正側整流回路１２は、キャパシタＣ２２の代わりに部品間や配線間に存在する分布容量を代用してもよい。負側整流回路１３は、本発明に係る「第２コッククロフト・ウォルトン回路」の一例である。
この構成の除電器１によって、対象物を正負電位が偏ることなく除電するために、正と負とのイオンの発生バランスを調整する必要がある。正と負のイオンの発生バランスを調整するには、正イオン発生子１０１へ流れる電流（以下、正電流と言う）と、負イオン発生子１０２へ流れる電流（以下、負電流と言う）の絶対値を等しくし、正イオン発生子１０１で生成される正イオン量と、負イオン発生子１０２で生成される負イオン量とを等しくする必要がある。本実施形態では、キャパシタＣ３を設けることにより、正電流と負電流の絶対値を等しくすることができる。
以下、その理由について説明する。以下では、正側整流回路１２および負側整流回路１３と二次巻線Ｎ２との接続点を、「Ａ点」とする。また、正側整流回路１２および負側整流回路１３と、キャパシタＣ３との接続点を、「Ｂ点」とする。
図２（Ａ）は、接続点Ａに発生する電圧波形、ダイオードＤ１２のアノード側、およびダイオードＤ２２のカソード側の電圧波形、ならびに、正イオン発生子１０１および負イオン発生子１０２への印加電圧波形を示す。図２（Ｂ）は、正イオン発生子１０１および負イオン発生子１０２への電流波形を示す図である。図２（Ｃ）は、正側整流回路１２および負側整流回路１３それぞれに流出入する電流波形を示す図である。
図２（Ａ）では、接続点Ａに発生する電圧波形を破線の曲線で示し、ダイオードＤ１２のアノード側の電圧波形を実線の曲線で示し、ダイオードＤ２２のカソード側の電圧波形を点線の曲線で示す。また、正イオン発生子１０１への印加電圧は、約６ｋＶであり、負イオン発生子１０２への印加電圧は、約−６ｋＶである。図２（Ｂ）および図２（Ｃ）それぞれでは、正イオン発生子１０１および正側整流回路１２に関する波形を実線で示し、負イオン発生子１０２および負側整流回路１３に関する波形を実線で示す。
初期状態としてキャパシタＣ３に電荷が蓄えられていないとする。この場合、一次巻線Ｎ１に正弦波交流電圧が印加されると、キャパシタＣ３の両端間電圧はほぼゼロである。このため、図２（Ａ）に示すように、接続点Ａに発生する電圧の正電圧ピーク値と負電圧ピーク値との絶対値はほぼ等しい。ここで、接続点Ａに発生する電圧をＶppで表すと、正電圧ピーク値はＶpp／２、負電圧ピーク値は−Ｖpp／２である。
正側整流回路１２では、正電圧ピーク値（Ｖpp／２）がキャパシタＣ１１とダイオードＤ１１によって構成される半波整流回路により、キャパシタＣ１１に直流電圧（Ｖpp／２）が充電される。ダイオードＤ１２のアノードには、交流電圧（Ｖpp）に、直流電圧（Ｖpp／２）が重畳された電圧が発生する（図２（Ａ）の実線曲線）。そして、ピーク電圧（Ｖpp）がダイオードＤ１２とキャパシタＣ１２にて構成される半波整流回路にて整流されて、直流電圧（Ｖpp）が正イオン発生子１０１に印加される。
負側整流回路１３では、正側整流回路１２と正負が逆となる動作により、直流電圧（−Ｖpp）が負イオン発生子１０２に印加される。
そして、正イオン発生子１０１に印加された正電圧と、正イオン発生子１０１のイオン生成のしやすさとに応じて、正イオン発生子１０１で正極性コロナ放電が発生して正イオンが生成される。そして、正イオン発生子１０１には発生したイオン電荷量に等しい正イオン電流が流れる。また、負イオン発生子１０２に印加された負電圧と負イオン発生子１０２のイオン生成のしやすさとに応じて、負イオン発生子１０２で負極性コロナ放電が発生して負イオンが生成される。そして、負イオン発生子１０２には、発生した負イオン電荷量に等しい負イオン電流が流れる。
例えば、正イオンより負イオンが発生しやすい場合においては、図２(Ｂ)のように正イオン発生子１０１に流れる電流の絶対値(＝正イオン量)より、負イオン発生子１０２に流れる電流の絶対値(＝負イオン量)の方が大きくなる。これらのイオン発生子電流は、図２(Ｃ)のように正側整流回路１２と負側整流回路１３それぞれへの流出入パルス電流として、グランドからキャパシタＣ３を介して正側整流回路１２または負側整流回路１３へ供給される。この場合、負パルス電流絶対値の方が正パルス電流絶対値より大きくなる。これらを踏まえると、正イオン量と負イオン量を等しくするためには、正電圧ピーク値と負電圧ピーク値とを変化させて、Ｂ点から正側整流回路１２と負側整流回路１３に流れ込む電流値の和(差異)をゼロにすればよいことが分かる。
次に、負イオンの方が正イオンより発生しやすい状態で回路動作が継続されている状態を説明する。
図３（Ａ）は、初期状態から定常状態までの、正イオン発生子１０１および負イオン発生子１０２への印加電圧波形およびキャパシタＣ３の電圧波形、図３（Ｂ）は、正イオン発生子１０１および負イオン発生子１０２へ流れる電流波形を示す図である。
図３（Ａ）において、実線波形はキャパシタＣ３の電圧波形、破線波形は正イオン発生子１０１への印加電圧波形、点線波形は負イオン発生子１０２への印加電圧波形である。また、図３（Ｂ）において、実線波形は、正イオン発生子１０１へ流入される電流波形、点線波形は、負イオン発生子１０２へ流入される電流波形を示す。
Ｂ点から正側整流回路１２と負側整流回路１３へ流出入する電荷総量は、グランドを介してキャパシタＣ３の充放電によって供給されるが、このときキャパシタＣ３から流出入する電荷量に応じて、キャパシタＣ３の両端電圧はＶ＝Ｑ(総電荷量)／Ｃ(コンデンサ容量)となるように変化する。
初期状態ではＡ点から正側整流回路１２と負側整流回路１３へ流入する電流総和が負電流となっている。このため、キャパシタＣ３は負電流供給量(＝負電荷)分だけ電圧が増加し、Ｂ点電圧(Ｖcbとする)も増加する。よって、キャパシタＣ１１に充電される電圧はＶcb−(−Ｖpp／２)＝Ｖpp／２＋Ｖcbとなり、ダイオードＤ１２のカソード側に発生する電圧はＶpp＋Ｖcbである。
キャパシタＣ２１に充電される電圧はＶcb−Ｖpp／２となり、ダイオードＤ２２のアノード側に発生する電圧は−Ｖpp＋Ｖcbである。
これにより、正イオン発生量は増加し、負イオン発生量は減少する。図３（Ａ）に示すように、キャパシタＣ３の電圧の上昇と正イオン発生子１０１への印加電圧の変化とは、正負電流の差異(＝正負イオンの発生量の差異)が無くなるまで続き、正負電流の差異がなくなるとキャパシタＣ３への電流の流れ込みとコンデンサ電圧の変化もなくなる。
図４（Ａ）は、定常状態で、一次巻線Ｎ１に正弦波交流入力電圧を印加した直後の正イオン発生子１０１と負イオン発生子１０２への印加電圧波形、図４（Ｂ）は、正イオン発生子１０１と負イオン発生子１０２へ流れる電流波形、図４（Ｃ）は正側整流回路１２および負側整流回路１３へ流れる電流波形を示す図である。この図において、Ａ点での電圧波形が正側にシフトし、正イオン発生子１０１と負イオン発生子１０２に流れる電流の絶対値と、正側整流回路１２および負側整流回路１３に流れる電流の絶対値とがそれぞれ等しくなっていることが分かる。
このように、キャパシタＣ３を設けることにより、正イオン発生子１０１および負イオン発生子１０２で生成される正負のイオン量は等しくなり、正と負とのイオンの発生バランスのよい除電器１を実現できる。
また、本実施形態では、キャパシタＣ３のみを設けるだけで、除電器１の正と負とのイオンの発生バランスが保たれるため、正負イオン量の検出またはイオン電流検出とこれを用いたフィードバック制御を行う必要がない。このため、フィードバック制御回路を設ける必要がなく、製造コストの削減、部品の削減によるコストダウン、小型化が可能となる。
また、本実施形態では、トランスＴ１の一次巻線Ｎ１に印加する入力電圧は正弦波交流電圧であるが、必ずしも正弦波交流電圧である必要はなく、交流波形であればどのような波形形状でもよい。例えば、図５のようなパルス電圧波形又はフライバック電圧波形、矩形波電圧波形であってもよい。図５（Ａ）はパルス電圧波形、図５（Ｂ）はフライバック電圧波形、図５（Ｃ）は矩形波電圧波形を示す図である。
以下に、実施形態１に係る除電器１の変形例について説明する。
除電器１は、複数の正イオン発生子１０１および負イオン発生子１０２を備えていてもよい。
図６は、正イオン発生子および負イオン発生子を複数備えた除電器１の例を示す図である。この例では、除電器１は、５つの正イオン発生子１０１および負イオン発生子１０２を備えている。この場合、広範囲にわたり、正負バランスされたイオンで除電することができる。
また、本実施形態では、正側整流回路と負側整流回路それぞれの、キャパシタおよびダイオードの段数を２段としているが、正側整流回路と負側整流回路の段数が偶数であればよい。例えば、正側整流回路が４段、負側整流回路の段数が２段であってもよい。
図７は、正側整流回路および負側整流回路の段数を４段とした場合の除電器１Ａの回路図である。
この例で除電器１Ａが備える電源装置１０Ａは、トランスＴ１の２次側の構成が図１と相違する。電源装置１０Ａは、正側整流回路１２Ａと、負側整流回路１３Ａとを備えている。
正側整流回路１２Ａは、ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４およびキャパシタＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４を備え、ダイオードおよびコンデンサが４段に組み合わされて構成されている。初段目のダイオードＤ１１のアノードは、キャパシタＣ３を介してグランドに接続されている。また、４段目のダイオードＤ１４とキャパシタＣ１４との接続点は、電源装置１０Ａの正側出力端Ｏ１に接続されている。正側整流回路１２Ａは、本発明に係る「第１コッククロフト・ウォルトン回路」の一例である。
負側整流回路１３Ａは、ダイオードＤ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４およびキャパシタＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４を備え、ダイオードおよびコンデンサが４段に組み合わされて構成されている。初段目のダイオードＤ２１のカソードは、キャパシタＣ３を介してグランドに接続されている。また、４段目のダイオードＤ２４とキャパシタＣ２４との接続点は、電源装置１０Ａの負側出力端Ｏ２に接続されている。負側整流回路１３Ａは、本発明に係る「第２コッククロフト・ウォルトン回路」の一例である。
この構成における動作は、図１の除電器１と同じであるため、説明は省略する。なお、正側整流回路及び負側整流回路の段数が偶数であれば、その段数は特に限定されない。以下に、段数が奇数の場合は、好ましくない理由を示す。
図８は、正側整流回路及び負側整流回路の段数が奇数である場合の除電器の回路図である。
トランス二次巻線からＡ点に正弦波交流電圧Ｖppが印加されると、キャパシタＣ３の両端間電圧がゼロとすると、正側整流回路１２ＢのＣ１３にはＶppがＤＣ電圧として充電され、キャパシタＣ１１には正電圧ピーク値Ｖpp／２が充電されるため、正側整流回路１２Ｂの出力は＋３／２*Ｖppとなる。
一方、負側整流回路１３ＢのキャパシタＣ２３には−ＶppがＤＣ成分として充電され、キャパシタＣ２１には負電圧ピーク値−Ｖｐｐ／２が充電されるため、負側整流回路１３Ｂの出力は−３／２*Ｖppとなる。
正側整流回路１２ＢはキャパシタＣ１１を介して、負側整流回路１３ＢはキャパシタＣ２１を介して、それぞれキャパシタＣ３と接続されているが、キャパシタＣ１１およびキャパシタＣ２１はＤＣ電流を流す事はできず、キャパシタＣ３の両端間に偏ったＤＣ電圧が発生する事はなく、正負の出力電圧がキャパシタＣ３によって変化することはない。
よって正と負の出力電圧の絶対値は等しくなり、正負出力電流は出力電圧と瀬正と負回路に接続される各負荷によって定まるため、結局この構成では正負電流がバランスする事はない。
なお、本実施形態では、正イオンより負イオンが発生しやすい場合を例として説明しているが、負イオンよりも正イオンが発生しやすい場合においても、同様の効果を奏する。
図９は、別の例の除電器１Ｃの回路図である。
この除電器１Ｃの電源装置１０Ｃは、２つの二次巻線Ｎ２１，Ｎ２２を有するトランスＴ２を備える。二次巻線Ｎ２１，Ｎ２２それぞれの第１端は、グランドに接続されている。二次巻線Ｎ２１の第２端は、正側整流回路１２が接続されている。二次巻線Ｎ２２の第２端は、負側整流回路１３が接続されている。
この構成であっても、図１に示す除電器１と同じように、キャパシタＣ３を設けることで、除電器１Ｃの正と負とのイオンの発生バランスを保つことができる。
図１０は、別の例の除電器１Ｄの回路図である。
図１に示す除電器１では、電源装置１０が備えるトランスＴ１の二次巻線Ｎ２の第１端は、グランドに直接接続している。これに対して、図１０に示す除電器１Ｄでは、電源装置１０Ｃの二次巻線Ｎ２の第１端は、Ｂ点に接続している。つまり、二次巻線Ｎ２の第１端は、キャパシタＣ３を介してグランドに接続している。なお、他の構成は、図１の除電器１と同じである。
電源装置１０Ｄの正側出力端Ｏ１と負側出力端Ｏ２とからはそれぞれ正負イオン電流が流出入する。この例では、トランスＴ１の二次側（高圧側）がグランドからキャパシタＣ３を介してフローティングしている。このため、正負イオン電流はキャパシタＣ３から供給される。
例えば、正イオンより負イオンが発生しやすい場合、正イオン発生子１０１に流れる電流の絶対値(＝正イオン量)より、負イオン発生子１０２に流れる電流の絶対値(負イオン量)の方が大きい。正負イオン電流はキャパシタＣ３より供給されるため、キャパシタＣ３には正側整流回路１２および負側整流回路１３から正負電流の差分である負電流が流れ込み、キャパシタＣ３の両端電圧はＶcb＝Ｑ(総電荷量)／Ｃ(コンデンサ容量)となるように変化する。
よって、正側出力端Ｏ１と負側出力端Ｏ２とに発生する電圧は初期電圧をＶ１と−Ｖ２で表すと、それぞれＶ1＋Ｖｃｂと−Ｖ２＋Ｖｃｂとなる。つまり、正電圧は増加するので正イオン発生量は増加し、負電圧は減少するので負イオン発生量は減少する。キャパシタＣ３の電圧の上昇と負イオン発生子１０２への印加電圧の変化は、正負電流の差異(＝正負イオンの発生量の差異)が無くなるまで続き、正負電流の差異がなくなるとキャパシタＣ３への電流の流れ込みとコンデンサ電圧の変化もなくなる。
このように、キャパシタＣ３を設けることにより、正イオン発生子１０１および負イオン発生子１０２で生成される正負のイオン量は等しくなり、正負イオンの発生バランスのよい除電器１Ｄを実現できる。
図１１は、別の例の除電器１Ｅの回路図である。
この除電器１Ｅは、図１０に示す除電器１Ｄと、トランスの構成が相違する。詳しくは、除電器１Ｅの電源装置１０Ｅは、２つの二次巻線Ｎ２１，Ｎ２２を有するトランスＴ２を備える。二次巻線Ｎ２１，Ｎ２２それぞれの第１端は、キャパシタＣ３を介してグランドに接続されている。二次巻線Ｎ２１の第２端は、正側整流回路１２が接続されている。二次巻線Ｎ２２の第２端は、負側整流回路１３が接続されている。
この構成であっても、キャパシタＣ３により、除電器１Ｅの正と負とのイオンの発生バランスを保つことができる。
図１２は、別の例の除電器１Ｆの回路図である。
除電器１Ｆの電源装置１０Ｆは、２つの二次巻線Ｎ２１，Ｎ２２を有するトランスＴ２を備える。二次巻線Ｎ２１，Ｎ２２それぞれの第１端は、グランドに接続されている。
二次巻線Ｎ２１の第２端には、正側整流回路１２１と負側整流回路１３１とが接続されている。正側整流回路１２１と負側整流回路１３１とは、キャパシタＣ３１を介してグランドに接続されている。正側整流回路１２１は正側出力端Ｏ１１に接続され、負側整流回路１３１は負側出力端Ｏ２１に接続されている。正側出力端Ｏ１１には、正イオン発生子１０１Ａが接続されている。負側出力端Ｏ２１には、負イオン発生子１０２Ａが接続されている。
二次巻線Ｎ２２の第２端には、正側整流回路１２２と負側整流回路１３２とが接続されている。正側整流回路１２２と負側整流回路１３２とは、キャパシタＣ３２を介してグランドに接続されている。正側整流回路１２２は正側出力端Ｏ１２に接続され、負側整流回路１３２は負側出力端Ｏ２２に接続されている。正側出力端Ｏ１２には、正イオン発生子１０１Ｂが接続されている。負側出力端Ｏ２２には、負イオン発生子１０２Ｂが接続されている。
なお、正側整流回路１２１，１２２は、正側整流回路１２（図１）と同じ構成であり、構成する各素子には同符号を付している。同様に、負側整流回路１３１，１３２は、負側整流回路１３（図１）と同じ構成であり、構成する各素子には同符号を付している。
この構成であっても、キャパシタＣ３１，Ｃ３２により、除電器１Ｆの正と負とのイオンの発生バランスを保つことができる。また。二次巻線Ｎ２１，Ｎ２２の巻数を変えることにより、正イオン発生子１０１Ａおよび負イオン発生子１０２Ａと、正イオン発生子１０１Ｂおよび負イオン発生子１０２Ｂとに印加する電圧を異ならせることができる。これにより、様々な要求仕様に対して柔軟に対応可能となる。
図１３は、別の例の除電器１Ｇの回路図である。
除電器１Ｇの電源装置１０Ｇは、３つの正側整流回路１２１，１２２，１２３と、３つの負側整流回路１３１，１３２，１３３とを備える。
電源装置１０Ｇは、正側出力端Ｏ１１，Ｏ１２，Ｏ１３と、負側出力端Ｏ２１，Ｏ２２，Ｏ２３を備えている。正側出力端Ｏ１１，Ｏ１２，Ｏ１３には、正イオン発生子１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃが接続されている。負側出力端Ｏ２１，Ｏ２２，Ｏ２３には、負イオン発生子１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃが接続されている。
二次巻線Ｎ２の第２端には、図１２で説明した、正側整流回路１２１，１２２と、負側整流回路１３１，１３２と、キャパシタＣ３１，Ｃ３２とからなる構成の回路が接続されている。さらに、二次巻線Ｎ２の第２端には、キャパシタＣ３３介して、正側整流回路１２３と、負側整流回路１３３とが接続されている。
正側整流回路１２３は、ダイオードＤ１５，Ｄ１６，Ｄ１７およびキャパシタＣ１５，Ｃ１６，Ｃ１７を備え、ダイオードおよびコンデンサが３段に組み合わされて構成されている。初段目のダイオードＤ１５のアノードは、キャパシタＣ４を介して二次巻線Ｎ２に接続されている。また、３段目のダイオードＤ１７とキャパシタＣ１７との接続点は、電源装置１０Ｇの正側出力端Ｏ１３に接続されている。
負側整流回路１３３は、ダイオードＤ２５，Ｄ２６，Ｄ２７およびキャパシタＣ２５，Ｃ２６，Ｃ２７を備え、ダイオードおよびコンデンサが３段に組み合わされて構成されている。初段目のダイオードＤ２５のカソードは、キャパシタＣ４を介して二次巻線Ｎ２に接続されている。また、３段目のダイオードＤ２７とキャパシタＣ２７との接続点は、電源装置１０Ｇの負側出力端Ｏ２３に接続されている。
この構成において、除電器１Ｇは、複数の正イオン発生子１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃと、負イオン発生子１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃとをそなえることで、広範囲にわたり、正負バランスされたイオンで除電することができる。針の摩耗や損傷により一部の針のイオンが多かったり、少なかったりすると、その針の近傍でのイオンバランスは悪くなるが、本実施形態では、正イオン素子と負イオンの素子の電流総量がバランスされるため、結果的に広範囲にてイオンバランスされた除電イオンを放出することが可能となる。
また、この例では、正側整流回路１２１，１２２と負側整流回路１３１，１３２とからはほぼ同程度の電圧が出力され、正側整流回路１２３と負側整流回路１３３からは、正側整流回路１２１，１２２と負側整流回路１３１，１３２からの約１．５倍の電圧が出力されるので、正イオン発生子１０１Ｃと負イオン発生子１０２Ｃの近傍では正負イオン量がより多く除電効果も高くできる。
また、正負の整流回路とキャパシタとの組み合わせは何組でもよく、各組合せ内における正負の整流回路の個数もそれぞれが１個以上であれば何個でもよく、イオンバランス出力が可能な正負の整流回路を自由に設計、配置することができる。
図１４は、別の例の除電器１Ｈの回路図である。
除電器１Ｈの電源装置１０Ｈは、正側出力端Ｏ１１，Ｏ１２と、負側出力端Ｏ２１，Ｏ２２と、を備えている。正側出力端Ｏ１１には、３つの正イオン発生子１０１Ａが接続されている。負側出力端Ｏ２１には、２つの負イオン発生子１０２Ａが接続されている。正側出力端Ｏ１２には、２つの正イオン発生子１０１Ｂが接続されている。負側出力端Ｏ２２には、３つの負イオン発生子１０２Ｂが接続されている。
電源装置１０Ｈは、図１に示す正側整流回路１２および負側整流回路１３と、図７に示す正側整流回路１２Ａおよび負側整流回路１３Ａとを備えている。正側整流回路１２は正側出力端Ｏ１１に接続され、負側整流回路１３は負側出力端Ｏ２１に接続されている。正側整流回路１２Ａは正側出力端Ｏ１２に接続され、負側整流回路１３Ａは負側出力端Ｏ２２に接続されている。
この構成に示すように、整流回路に接続されるイオン発生子の数は何個であってもよい。キャパシタＣ３と整流回路とでイオンバランスが保つたれるため、正側出力端Ｏ１１に接続される正イオン発生子１０１のイオン電流総量と、負側出力端Ｏ２１に接続される負イオン発生子１０２のイオン電流総量との絶対値は等しくなる。また、正側出力端Ｏ１２に接続される正イオン発生子１０１のイオン電流総量と、負側出力端Ｏ２２に接続される負イオン発生子１０２のイオン電流総量との絶対値は等しくなる。
（実施形態２）
以下、実施形態２に係る除電器について説明する。実施形態１では、電源装置のトランスは、一つの二次巻線を備え、その２次側に設けられた正側整流回路および負側整流回路は、コッククロフト・ウォルトン回路である。これに対し、実施形態２では、電源装置のトランスは、二つの二次巻線を備え、その２次側に設けられた正側整流回路および負側整流回路は、倍電圧回路である。
図１５は、実施形態２に係る除電器２の回路図である。
除電器２は、電源装置２０と、正イオン発生子１０１と、負イオン発生子１０２とを備えている。電源装置２０の正側出力端Ｏ１には正イオン発生子１０１が接続されている。電源装置２０の負側出力端Ｏ２には負イオン発生子１０２が接続されている。
電源装置２０はトランスＴ２を有する。トランスＴ２は、一次巻線Ｎ１と、２つの二次巻線Ｎ２１，Ｎ２２とを有する。一次巻線Ｎ１には、駆動回路２１が接続されている。二次巻線Ｎ２１は、本発明に係る「第１二次巻線」の一例である。二次巻線Ｎ２２は、本発明に係る「第２二次巻線」の一例である。
二次巻線Ｎ２１には正側整流回路２２が接続されている。正側整流回路２２は、ダイオードＤ３１，Ｄ３２およびキャパシタＣ３１，Ｃ３２を備えた倍電圧回路である。ダイオードＤ３１およびキャパシタＣ３１の接続点は、正側出力端Ｏ１に接続されている。ダイオードＤ３２およびキャパシタＣ３２の接続点は、キャパシタＣ４を介してグランドに接続されている。
二次巻線Ｎ２２には負側整流回路２３が接続されている。負側整流回路２３は、ダイオードＤ３３，Ｄ３４およびキャパシタＣ３３，Ｃ３４を備えた倍電圧回路である。ダイオードＤ３３およびキャパシタＣ３３の接続点は、負側出力端Ｏ２に接続されている。ダイオードＤ３４およびキャパシタＣ３４の接続点は、キャパシタＣ４を介してグランドに接続されている。
正側整流回路２２は、本発明に係る「第１倍電圧回路」の一例である。ダイオードＤ３１は、本発明に係る「第１ダイオード」の一例である。負側整流回路２３は、本発明に係る「第２倍電圧回路」の一例である。ダイオードＤ３３は、本発明に係る「第２ダイオード」の一例である。
図１６（Ａ）は、二次巻線Ｎ２１，Ｎ２２の出力端電圧波形と、正イオン発生子１０１および負イオン発生子１０２への印加電圧波形、図１６（Ｂ）は、正イオン発生子１０１および負イオン発生子１０２への電流波形、図１６（Ｃ）は、二次巻線Ｎ２１，Ｎ２２の出力電圧端から正側整流回路２２および負側整流回路２３に流出入する電流波形を示す図である。
図１６（Ａ）では、二次巻線Ｎ２１の出力端電圧波形を実線曲線で示し、二次巻線Ｎ２２の出力端電圧波形を点線曲線で示す。また、正イオン発生子１０１への印加電圧は、約６ｋＶであり、負イオン発生子１０２への印加電圧は、約−６ｋＶである。図１６（Ｂ）および図１６（Ｃ）それぞれでは、正イオン発生子１０１および正側整流回路２２に関する波形を実線で示し、負イオン発生子１０２および負側整流回路２３に関する波形を実線で示す。
初期状態としてキャパシタＣ４に電荷が蓄えられていない場合、キャパシタＣ４の両端間電圧はほぼゼロである。ここで、一次巻線Ｎ１に正弦波交流電圧Ｖppが印加されると、二次巻線Ｎ２１の出力電圧が負のとき、二次巻線Ｎ２１→キャパシタＣ３２→ダイオードＤ３２の経路で、キャパシタＣ３２にはＶpp／２が充電される。二次巻線Ｎ２１の出力電圧が正の時は、二次巻線Ｎ２１→ダイオードＤ３１→キャパシタＣ３１の経路で、キャパシタＣ３１には、Ｖpp／２が充電される。よって、正側出力端Ｏ１にはキャパシタＣ３１，Ｃ３２の合計電圧Ｖｐｐが発生し、正イオン発生子１０１に印加される。
負側整流回路２３では、正側整流回路２２と正負が逆となった動作により、負側出力端Ｏ２には直流電圧−Ｖppが発生して負イオン発生子１０２に印加される。
例えば、正イオンより負イオンが発生しやすい場合においては、図１６（Ｂ）のように、正イオン発生子１０１に流れる電流の絶対値(正イオン量)より、負イオン発生子１０２に流れる電流の絶対値(負イオン量)の方が大きくなる。これらのイオン発生子電流は、図１６(Ｃ)のように正側整流回路２２と負側整流回路２３とへの流出入パルス電流として、グランドからキャパシタＣ４から二次巻線Ｎ２１を介して、キャパシタＣ３１，Ｃ３２を充電する。
図１７（Ａ）は、初期状態から定常状態までの、正イオン発生子１０１および負イオン発生子１０２への印加電圧波形およびキャパシタＣ４の電圧波形、図１７（Ｂ）は、正イオン発生子１０１および負イオン発生子１０２の電流波形を示す図である。
図１７（Ａ）において、実線波形はキャパシタＣ４の電圧波形、破線波形は正イオン発生子１０１への印加電圧波形、点線波形は負イオン発生子１０２への印加電圧波形である。また、図１７（Ｂ）において、実線波形は、正イオン発生子１０１へ流入される電流波形、点線波形は、負イオン発生子１０２へ流入される電流波形を示す。
キャパシタＣ４から正側整流回路２２と負側整流回路２３へ流出入する電荷総量は、グランドを介してキャパシタＣ４の充放電によって供給されるが、このときキャパシタＣ４から流出入する電荷量に応じて、キャパシタＣ４の両端電圧はＶ＝Ｑ(総電荷量)／Ｃ(コンデンサ容量)となるように変化する。
初期状態では正側整流回路２２と負側整流回路２３へ流入する電流総和が負電流となっている。このため、キャパシタＣ４は負電流供給量(＝負電荷)分だけ電圧が増加し、キャパシタＣ４の電圧(Ｖcbとする)も増加する。よって、正側出力端Ｏ１に発生する電圧はＶｐｐ＋Ｖｃｂとなり、負側出力端Ｏ２に発生する電圧は−Ｖｐｐ＋Ｖｃｂとなる。
これにより、正イオン発生量は増加し、負イオン発生量は減少する。図１４（Ａ）に示すように、キャパシタＣ４の電圧の上昇と、正イオン発生子１０１および負イオン発生子１０２への印加電圧の変化とは、正負電流の差異(＝正負イオンの発生量の差異)が無くなるまで続き、正負電流の差異がなくなると、キャパシタＣ４への直流成分の流れ込みと、キャパシタＣ４の電圧の変化もなくなる。
図１８（Ａ）は、キャパシタＣ４への直流電流成分の流れ込みが無くなった定常状態における二次巻線Ｎ２１，Ｎ２２の出力端電圧波形および正イオン発生子１０１と負イオン発生子１０２の印加電圧波形、図１８（Ｂ）は、正イオン発生子１０１と負イオン発生子１０２の電流波形、図１８（Ｃ）は、正側整流回路２２および負側整流回路２３に流出入する電流波形を示す図である。
図１８（Ａ）では、二次巻線Ｎ２１の出力端電圧波形を実線曲線で示し、二次巻線Ｎ２２の出力端電圧波形を点線曲線で示す。また、正イオン発生子１０１への印加電圧は、約８ｋＶであり、負イオン発生子１０２への印加電圧は、約−５ｋＶである。図１８（Ｂ）および図１８（Ｃ）それぞれでは、正イオン発生子１０１および正側整流回路２２に関する波形を実線で示し、負イオン発生子１０２および負側整流回路２３に関する波形を実線で示す（図１８（Ｃ）ではほぼ重なっている）。
この図において、二次巻線Ｎ２１，Ｎ２２の電圧波形は正側にシフトし、正イオン発生子１０１および負イオン発生子１０２の電流の絶対値と、正側整流回路２２および負側整流回路２３の流入電流絶対値がそれぞれ等しくなっていることが分かる。このように、キャパシタＣ４を設けることにより、実施形態１と同様の効果を実現できる。
また、本実施形態では、トランスＴ１の一次巻線Ｎ１に印加する入力電圧は正弦波交流電圧であるが、必ずしも正弦波交流電圧である必要はなく、交流波形であればどのような波形形状でもよい。例えば、図５のようなパルス電圧波形又はフライバック電圧波形、矩形波電圧波形であってもよい。
実施形態１，２では、電源装置は１つのトランスのみを備えているが、２つのトランスを備えていてもよい。以下、その例について説明する。
図１９、図２０および図２１は、２つのトランスを備えた除電器の例を示す図である。
図１９に示す除電器３Ａが備える電源装置３０Ａは、２つのトランスＴ１１，Ｔ１２を有する。この例では、２つのトランスＴ１１，Ｔ１２は非絶縁型である。
トランスＴ１１は、一次巻線Ｎ１１と、二次巻線Ｎ２１とを有する。一次巻線Ｎ１１には、駆動回路３１１が接続されている。二次巻線Ｎ２１には、正側整流回路１２が接続されている。正側整流回路１２は、キャパシタＣ３を介してグランドに接続されている。
トランスＴ１２は、一次巻線Ｎ１２と、二次巻線Ｎ２２とを有する。一次巻線Ｎ１２には、駆動回路３１２が接続されている。二次巻線Ｎ２２には、負側整流回路１３が接続されている。負側整流回路１３は、キャパシタＣ３を介してグランドに接続されている。
図２０に示す除電器３Ｂが備える電源装置３０Ｂは、２つのトランスＴ１１，Ｔ１２を有する。この例では、２つのトランスＴ１１，Ｔ１２は絶縁型である点で、図１９の除電器３Ａと相違する。
図２１に示す除電器３Ｃが備える電源装置３０Ｃは、２つのトランスＴ１１，Ｔ１２を有する。この例では、２つのトランスＴ１１，Ｔ１２は絶縁型である。
トランスＴ１１は、一次巻線Ｎ１１と、二次巻線Ｎ２１とを有する。一次巻線Ｎ１１には、駆動回路３１１が接続されている。二次巻線Ｎ２１には、正側整流回路２２が接続されている。正側整流回路２２は、キャパシタＣ４を介してグランドに接続されている。
トランスＴ１２は、一次巻線Ｎ１２と、二次巻線Ｎ２２とを有する。一次巻線Ｎ１２には、駆動回路３１２が接続されている。二次巻線Ｎ２２には、負側整流回路２３が接続されている。負側整流回路２３は、キャパシタＣ４を介してグランドに接続されている。
図１９〜図２１の場合、図１に示す除電器１と比較して、よりハイパワーを得ることができる。また、図１に示す除電器１等では、トランスＴ１の二次巻線に複数の整流回路を接続する必要があるが、この例では既存トランス＋既存整流回路を流用することができるため、製品設計の応用度の向上や設計の簡素化を図ることが可能となる。
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６，Ｃ１７…キャパシタ
Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４，Ｃ２５，Ｃ２６，Ｃ２７…キャパシタ
Ｃ２７…キャパシタ
Ｃ３…キャパシタ
Ｃ３１，Ｃ３２，Ｃ３３，Ｃ３４…キャパシタ
Ｃ４…キャパシタ
Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７…ダイオード
Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４，Ｄ２５，Ｄ２６，Ｄ２７…ダイオード
Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄ３３，Ｄ３４…ダイオード
Ｎ１…一次巻線
Ｎ１１，Ｎ１２…一次巻線
Ｎ２…二次巻線
Ｎ２１，Ｎ２２…二次巻線
Ｏ１…正側出力端
Ｏ１１，Ｏ１２，Ｏ１３…正側出力端
Ｏ２…負側出力端
Ｏ２１，Ｏ２２，Ｏ２３…負側出力端
pp…−Ｖ
Ｔ１…トランス
Ｔ１１…トランス
Ｔ１１，Ｔ１２…トランス
Ｔ１２…トランス
Ｔ２…トランス
Ｖｐｐ…合計電圧
Ｖpp…正弦波交流電圧
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ…除電器
２…除電器
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…除電器
１０…電源装置
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ…電源装置
１１…駆動回路
１２，１２Ａ，１２Ｂ…正側整流回路
１３，１３Ａ，１３Ｂ…負側整流回路
２０…電源装置
２１…駆動回路
２２…正側整流回路
２３…負側整流回路
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…電源装置
１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ…正イオン発生子
１０２，１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ…負イオン発生子
１２１，１２２，１２３…正側整流回路
１３１，１３２，１３３…負側整流回路
３１１，３１２…駆動回路

Claims (4)

  1. 交流電圧が入力される一次巻線と、第１端がグランドに接続された二次巻線とを有するトランスと、
    キャパシタとダイオードとがｍ段（ｍは２以上の偶数）に組み合わされ、前記二次巻線の第２端に接続され、前記二次巻線に誘起される正電圧を昇圧して、正側出力端へ出力する第１コッククロフト・ウォルトン回路と、
    キャパシタとダイオードとがｎ段（ｎは２以上の偶数）に組み合わされ、前記二次巻線の前記第２端に接続され、前記二次巻線に誘起される負電圧を昇圧して、負側出力端へ出力する第２コッククロフト・ウォルトン回路と、
    第１端が、前記第１コッククロフト・ウォルトン回路および前記第２コッククロフト・ウォルトン回路に接続され、第２端がグランドに接続されているキャパシタと、
    を備えた電源装置。
  2. 前記二次巻線の第１端は、前記キャパシタの前記第１端に接続されている、
    請求項１に記載の電源装置。
  3. 交流電圧が入力される一次巻線と、第１二次巻線および第２二次巻線とを有するトランスと、
    アノードが前記第１二次巻線の一端に接続され、カソードが正側出力端に接続された第１ダイオードを有し、前記第１二次巻線に誘起される正電圧を昇圧して、前記正側出力端へ出力する第１倍電圧回路と、
    カソードが前記第２二次巻線の一端に接続され、アノードが負側出力端に接続された第２ダイオードを有し、前記第２二次巻線に誘起される負電圧を昇圧して、前記負側出力端へ出力する第２倍電圧回路と、
    第１端が、前記第１倍電圧回路および前記第２倍電圧回路に接続され、第２端がグランドに接続されているキャパシタと、
    を備えた電源装置。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の電源装置と、
    前記正側出力端に接続された正イオン発生子と、
    前記負側出力端に接続された負イオン発生子と、
    を備えた除電器。
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