JPH05159895A - プラズマ着火電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 単一の主電源部で複数のプラズマトーチの着
火を可能にすることにより、装置の簡略化と重量の軽減
を図る。 【構成】 主電源部１９と、プラズマトーチと同数の副
電源部２０，２１とから構成され、主電源部１９は設定
・同期信号３７を出力する主電流制御部３８と、設定・
同期信号３７により電源整流部２４からの直流電源を高
周波交流電源に変換するトランジスタスイッチング部２
６と、高周波交流電源をアーク負荷と絶縁する高周波ト
ランス部２７と、直流電源に再変換する高周波整流部２
８とを有し、副電源部２０，２１は主電源部１９からの
直流電源を高周波交流電源に変換するスイッチング部４
１，４２と、前記設定・同期信号３７を入力してスイッ
チング時期と出力電流を制御する副電流制御部５４，５
５とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、航空機用エンジンの着
火、或いは自動車用エンジン等の着火、或いは溶接、切
断、溶射等に用いられるプラズマトーチのプラズマ着火
電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、航空機用エンジンや自動車用
エンジンの着火、或いは溶接、切断、溶射等にプラズマ
トーチが用いられている。

【０００３】図３はプラズマトーチ１７の一例を示すも
ので、作動流体供給管１から調節弁２を介して作動流体
３を高圧で供給すると共に、供給管４から調節弁５を介
して冷却用流体６を供給するようにしており、作動流体
供給管１から供給された高圧の作動流体３は、通路７か
らリング状の供給通路８を通る間に陰極ロッド９を冷却
し、その後噴出流路１０に導かれて、前記陰極ロッド９
と陽極を構成する噴射ノズル１１からなるアーク発生電
極１２を通過してプラズマ化され、発生したプラズマ１
３はノズル口１４により加速されて噴射される。又、供
給管４から供給された冷却用流体６は、噴射ノズル１１
内の導入流路１５を通って先端に導かれ、噴射ノズル１
１を冷却した後、冷却流体排出路１６を介して外部に排
出されるようになっている。

【０００４】上記した従来のプラズマトーチ１７は、該
プラズマトーチ１７を着火して作動させるために、図３
に示すように１つのプラズマトーチ１７に対して１つの
電源装置１８を備えたプラズマ着火電源装置を構成する
ようにしている。プラズマトーチ１７が複数備えられて
いる装置の場合には、電源装置１８を共用させるように
すれば装置設備を簡略化することができるが、単に電源
装置１８を共用しようとしても電流分配が困難で一方の
プラズマトーチ１７にのみ電流が流れてしまう結果とな
り、そのために従来電源を共用するようなことは行われ
ていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このため、上記従来の
プラズマ着火電源装置を例えば航空用エンジンのように
多数のプラズマトーチ１７が備えられた設備に適用した
場合、大型の電源装置１８がプラズマトーチ１７と同数
必要になるために構成が複雑、大型化して非常に大きな
占有面積を必要とすると共に、大型の電源装置１８はプ
ラズマトーチ１７の近傍に配置することができないとい
った配置上の問題も有していた。又重量も増大すること
になるために、重量の軽減が要求される航空機用エンジ
ン等に於いては特に重要な問題となっている。

【０００６】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなし
たもので、単一の主電源部で複数のプラズマトーチの着
火を可能にすることにより、装置の簡略化と重量の軽減
を図ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の基本的構成は主
電源部とトーチと同数の複数の副電源部とからなり、主
電源部には高周波トランスを設けることにより各トーチ
のアーク負荷に関係なく各副電源部に均等に電流を供給
できるようにすると共に、各副電源部では各トーチのア
ーク負荷に応じて供給電流を制御するようにしたところ
にあるが、更に、主電源部は、交流電源を直流電源に整
流する電源整流部と、設定・同期信号を出力する主電流
制御部と、該主電流制御部からの設定・同期信号を入力
して前記電源整流部からの直流電源を高周波交流電源に
変換するトランジスタスイッチング部と、該トランジス
タスイッチング部からの高周波交流電源をアーク負荷と
絶縁し且つアーク負荷に適合した電圧に変換する高周波
トランス部と、該高周波トランス部からの高周波交流電
源を直流電源に変換する高周波整流部とを備えた構成を
有し、且つ副電源部は、前記主電源部の高周波整流部か
らの直流電源を受けて高周波交流電源に変換するスイッ
チング部と、前記主電流制御部からの設定・同期信号を
入力して前記スイッチング部におけるスイッチング時期
と出力電流を制御する副電流制御部とを夫々備えた構成
を有していることを特徴とするプラズマ着火電源装置、
に係るものである。

【０００８】

【作用】交流電源が、後方に設置するトランス部を小型
化するため主電源部の電源整流部により直流電源に整流
された後、トランジスタスイッチング部により高周波交
流電源に変換される。トランジスタスイッチング部は主
電流制御部からの設定・同期信号（副電流制御部への設
定電流信号と各トーチの同時着火のための同期信号）が
入力されていることにより、前記電源整流部からの直流
電源を高周波交流電源に変換するスイッチング動作と出
力電流設定とを行う。トランジスタスイッチング部から
の高周波交流電源は高周波トランスに導かれてアーク負
荷と絶縁され、且つアーク負荷に適合した電圧に変換さ
れる。高周波トランスからの高周波交流電源は高周波整
流部に導かれて直流電源に再変換される。

【０００９】主電源部の高周波整流部からの直流電源は
複数設けられた副電源部の夫々のスイッチング部に導か
れて高周波交流電源に変換される。この時、スイッチン
グ部は前記主電流制御部からの設定・同期信号を入力し
ている副電流制御部により、スイッチング時期と出力電
流が制御される。

【００１０】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明
する。

【００１１】図１及び図２は本発明のプラズマ着火電源
装置２２の一例を示すもので、図示の例では１つの主電
源部１９と２つのプラズマトーチ１７に接続される２つ
の副電源部２０，２１により構成している。

【００１２】上記したように、１つの主電源部１９で複
数のプラズマトーチ１７の着火を共用して行わせるに
は、各プラズマトーチ１７に同時に同一電圧の電流を安
定して供給する必要がある。

【００１３】このために、上記主電源部１９には、電源
とアーク負荷との電位的な絶縁作用、副電源部２０，２
１の作動管理、副電源部２０，２１の一次直流電源とし
ての機能、全体のシーケンス制御等の働きを持たせるよ
うにしている。

【００１４】即ち、主電源部１９には、交流電源２３を
直流電源に整流する電源整流部２４と、直流電源の電源
リップル（凹凸）を平滑にしリップルを軽減する平滑部
２５と、トランジスタによるハーフブリッジで構成され
前記平滑部２５からの直流電源を高周波の交流電源に変
換するトランジスタスイッチング部２６と、トランジス
タスイッチング部２６で変換された高周波交流電源を負
荷と絶縁し且つアーク負荷（アーク発生）に必要な電圧
に変換する高周波トランス部２７と、高周波トランス部
２７からの高周波交流電源は不整流のためこれを一旦整
流し直流電源に再変換する高周波整流部２８と、２系統
ある副電源部２０，２１とのインピーダンスを整合し、
且つ高周波リップルを低減する負荷整合部２９とを備え
ている。

【００１５】更に、主電源部１９にはシーケンス制御部
３０が設けてあり、該シーケンス制御部３０には起動・
停止スイッチ３１からの起動・停止信号と出力電流設定
器３２からの出力電流設定信号が入力されて出力電流設
定とスイッチング制御動作指令からなる制御信号３３が
演算されて出力されるようになっていると共に、ガス制
御部３４への指令信号３５の出力とガス制御部３４から
のガス不足信号３６の入力を行って、着火制御とガス制
御を行うようになっている。

【００１６】前記シーケンス制御部３０からの出力電流
設定とスイッチング制御動作指令の２つの指令からなる
制御信号３３を受けて、前記トランジスタスイッチング
部２６に前記直流電源を高周波交流電源に変換するスイ
ッチング動作と出力電流設定とを行う設定・同期信号３
７を出力する主電流制御部３８を設ける。上記主電流制
御部３８には、トランジスタスイッチング部２６のイン
バータ回路の保護のために電源電圧の過不足を検出し電
圧異常信号３９を入力する電源電圧検出部４０が接続し
てある。

【００１７】他方、２つの副電源部２０，２１は各々、
１石のトランジスタにより構成されて前記主電源部１９
の負荷整合部２９からの直流電源を高周波交流電源に変
換するスイッチング部４１，４２と、該スイッチング部
４１，４２からの高周波交流電源を目的のアーク負荷に
インピーダンス整合させる負荷整合部４３，４４と、出
力電流をＤＣＣＴ（直流電流変換）により検出する電流
検出部４５，４６と、着火用の高電圧高周波電源４７，
４８を出力電圧に重畳する高周波重畳部４９，５０と、
前記シーケンス制御部３０からの指令信号５１により約
１ＭＨｚの高周波発振により高周波重畳部４９，５０に
印加する高電圧高周波電源４７，４８を生成する高周波
発振部５２，５３とを備えている。

【００１８】更に、副電源部２０，２１の夫々には、前
記主電流制御部１９からの設定・同期信号３７を入力し
て前記スイッチング部４１，４２におけるスイッチング
時期と出力電流を制御する副電流制御部５４，５５を備
える。この時、副電流制御部５４，５５は、前記電流検
出部４５，４６からの電流フィードバック信号５６，５
７により出力電流を所定値になるように制御するように
なっている。図中５８，５９は出力電源を示す。

【００１９】又、前記電源整流部２４、トランジスタス
イッチング部２６、高周波トランス部２７、高周波整流
部２８、スイッチング部４１，４２等の温度を検出した
温度信号６０が前記シーケンス制御部３０に入力されて
異常を管理し、異常があった場合には図２の冷却用流体
６以外の全ての動作を停止するようにしている。

【００２０】以下作動を説明する。

【００２１】起動・停止スイッチ３１の起動信号を受け
たシーケンス制御部３０は、ガス制御部３４に対して図
２の作動流体３及び冷却用流体６の各々の調節弁２，５
を開とする指令信号３５を出力する。プラズマトーチ１
７先端での作動流体３の流量が十分得られる時間を経過
した後（プリフロータイム後）、シーケンス制御部３０
は主電流制御部３８に対して出力電流設定とスイッチン
グ制御動作指令からなる制御信号３３を出力する。主電
流制御部１９はシーケンス制御部３０からの制御信号３
３により設定・同期信号３７を出力するＰＷＭ制御（パ
ルス幅調整制御）を開始する。ＰＷＭ制御により生成さ
れたパルスは、分周同期制御され正のパルスと負のパル
スに分割される。これら正、負のパルスは共に２系統に
分けられ、１つはサブ情報として副電源部２０，２１の
副電流制御部５４，５５へ送られ、他の１つはパワー増
幅されトランジスタスイッチング部２６のトランジスタ
の駆動信号として出力される。トランジスタスイッチン
グ部２６は２石のハーフブリッジ構成となっており、
正、負のパルスがトランジスタに交互に加えられること
により直流電源を周波数約８ＫＨｚの高周波交流電源に
変換する。トランジスタスイッチング部２６からの高周
波交流電源は、高周波トランス部２７を経た後、高周波
整流部２８により直流電源に再変換される。

【００２２】前記高周波トランス部２７は、電源とアー
ク負荷との絶縁と、アーク負荷に適合した電圧にするた
めに設けられている。再変換された直流電源は、次段の
負荷整合部２９に送られて、アークとの整合をとり且つ
リップルを軽減し、副電源部２０，２１への電送路での
損失の補償とインバータ電流による放射ノイズの軽減が
行われるようになっている。

【００２３】主電源部のシーケンス制御部は、Ａ．イン
バータの保護・電源電圧の適不適、Ｂ．インバータ部の
故障による破損拡大の防止・アーム過電流、Ｃ．インバ
ータ部の故障の未然防止・冷却ガス、プラズマガスの不
足・使用率オーバーによるトランスやトランジスタの過
熱等に対して、冷却ガス以外の全ての動作を停止する異
常管理機能を有している。

【００２４】２系統ある副電源部２０，２１の電流制御
は、夫々主電源部１９の主電流制御部３８から送出され
た設定・同期信号３７による出力電流設定指令とスイッ
チングのサブ情報を副電流制御部５４，５５が受け取
り、該副電流制御部５４，５５は、これらの信号と電流
検出部４５，４６で検出した電流フィードバック信号５
６，５７によりスイッチング部４１，４２の出力電流を
一定とするＰＷＭ制御（パルス幅調整制御）を行う。サ
ブ情報は、主電源部１９のスイッチング動作と副電源部
２０，２１のスイッチング動作とを同期させる同期信号
である。今、一方の副電源部２０のスイッチングを主電
源部１９の高周波交流電源の正の半波と同期させて動作
させたとき、他の副電源部２１は負の半波に同期して動
作するようにした信号である。この同期信号は副電源部
２０，２１の２つの系統が互いに相互干渉することを防
止し、結果として副電源部２０，２１の夫々の出力とが
異なった電圧で動作することが可能である。

【００２５】スイッチング部４１，４２の次段の負荷整
合部４３は、２つの目的を持っており、１つは各副電源
部２０，２１間での出力電圧のタイミングを合わせるこ
とである。他の１つはアーク負荷に対する着火及び保持
特性を改善することである。各副電源部２０，２１間で
のスイッチング開始のタイミングが半波分だけずれるた
め各々の出力を遅延させ、着火時の出力電圧のタイミン
グを合せる目的とアークの着火及び保持に整合したＬ，
Ｃ，Ｒ（リアクタンス、コンデンサ、抵抗）により安定
したアークを得る目的を有する。

【００２６】最終段に接続された高周波重畳部４９，５
０において、高周波発進部５２，５３により生成された
高電圧高周波電源４７，４８をカップリングコイルによ
り出力回路と結合させることにより、前記高周波交流電
源に重畳して出力電源５８，５９を図２のプラズマトー
チ１７，１７に出力し、着火を行わせてプラズマ１３を
生じさせる。高電圧高周波電源４７，４８は、高周波交
流電源の半波に同期して発進するため、副電源部２０，
２１相互間の着火のずれを防止することができる。

【００２７】起動、停止スイッチ３１の停止信号を受け
たシーケンス制御部３０は、冷却用流体６の供給を除い
て全ての動作を停止する。冷却用流体６は一定時間後に
停止される。冷却用流体６は、プラズマトーチ１７やト
ランジスタスイッチング部２６及び高周波トランス部２
７等を十分に冷却するために用いられる。

【００２８】尚、本発明は上記実施例にのみ限定される
ものではなく、主電源部に対して３個以上の副電源部を
備えるようにしても良いこと、その他本発明の要旨を逸
脱しない範囲内に於いて種々変更を加え得ることは勿論
である。

【００２９】

【発明の効果】上記した本発明のプラズマ着火電源装置
によれば、電源部を主電源部と複数の副電源部とで構成
し、電源とアーク負荷とを絶縁し、且つ主電源部と複数
の副電源部の出力電流を同期させるようにしたことによ
り、主電源部を共用して複数のプラズマトーチのプラズ
マ着火を可能にすることができ、よって構成を簡素化し
て設置面積の削減及び重量の低減を図ることができ、更
に副電源部は非常に小型化することができるので、プラ
ズマトーチ近傍への設置も容易となりとなり、且つ副電
源部を主電源部から離してプラズマトーチ近傍へ設置す
ることが可能になることにより高周波発振部が他に及ぼ
す影響も軽減できる等、種々の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】本発明の概略説明図である。

【図３】従来のプラズマ着火電源装置の一例を示す概略
説明図である。

【符号の説明】

１９ 主電源部 ２０ 副電源部 ２１ 副電源部 ２２ プラズマ着火電源装置 ２３ 交流電源 ２４ 電源整流器 ２６ トランジスタスイッチング部 ２７ 高周波トランス部 ２８ 高周波整流部 ３７ 設定・同期信号 ３８ 主電流制御部 ４１ スイッチング部 ４２ スイッチング部 ５４ 副電流制御部 ５５ 副電流制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐山 正巳 東京都田無市向台町三丁目５番１号 石川 島播磨重工業株式会社田無工場内 (72)発明者 米澤 克夫 東京都田無市向台町三丁目５番１号 石川 島播磨重工業株式会社田無工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主電源部と、プラズマトーチと同数の副
   電源部とから構成され、主電源部は、交流電源を直流電
   源に整流する電源整流部と、設定・同期信号を出力する
   主電流制御部と、該主電流制御部からの設定・同期信号
   を入力して前記電源整流部からの直流電源を高周波交流
   電源に変換するトランジスタスイッチング部と、該トラ
   ンジスタスイッチング部からの高周波交流電源をアーク
   負荷と絶縁し且つアーク負荷に適合した電圧に変換する
   高周波トランス部と、該高周波トランス部からの高周波
   交流電源を直流電源に変換する高周波整流部とを備えた
   構成を有し、且つ副電源部は、前記主電源部の高周波整
   流部からの直流電源を受けて高周波交流電源に変換する
   スイッチング部と、前記主電流制御部からの設定・同期
   信号を入力して前記スイッチング部におけるスイッチン
   グ時期と出力電流を制御する副電流制御部とを夫々備え
   た構成を有していることを特徴とするプラズマ着火電源
   装置。