JPH0828983B2 - 高電圧パルス発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 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。

〔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。

従来から使用されている高電圧パルス発生装置は、例
えば第４図に示すように、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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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。

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。

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。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するためこの発明は、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、回転数を変え得るモータで回転駆動される回転軸に
絶縁性の材料で形成された２枚１組の回転体を複数組取
付け、これら各回転体の外周部に等間隔に複数の回転側
の端子を設け、これら各回転体の回転側の端子とギャッ
プを介して対向して対角位置に固定側の対をなすコンデ
ンサ端子と対をなす充電端子および放電端子とをそれぞ
れ設け、前記各組の回転体に対応して設けられた前記固
定側の同一位相の各コンデンサ端子間にコンデンサを接
続し、同一位相の充電端子間の一方にそれぞれ直流高電
圧源を接続し、他方の充電端子のうち複数組の回転体の
両端に配置される充電端子間に負荷を接続するととも
に、中間に配置される回転体の他方の充電端子間を導線
でそれぞれ接続する一方、前記各組の回転体上に外周部
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
前記直流高電圧源と前記コンデンサを常に並列に接続す
る充電側の導電体を設けるとともに、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直列に前
記負荷に接続する放電側の導電体を設けて、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。

さらに、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ものである。

〔作 用〕

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、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。

また、直流高電圧源を交流電源を全波整流して構成す
るようにしても良い。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

第１図はこの発明の高電圧パルス発生装置の一実施例
にかかる概略構成図である。

この高電圧パルス発生装置10は、モータ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、例えばポリビニールクロライド等で作
られている。

これら円板13〜16の外周側部には、第１図中に抽出拡
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。

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1
9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。

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に高電圧パルスの供
給を受ける負荷26の一端が接続され、円板16の放電端子
19に負荷26の他端が接続されるとともに、円板14,15の
放電端子19間が導線で接続されている。

また、コンデンサ端子21,22への充放電用コンデンサ2
0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。

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、第１図中に
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。

かように構成した高電圧パルス発生装置10では、交流
電源23から交流電圧を印加するとともに、モータ11を起
動してシャフト12を一定回転、例えば25Hzで回転する。

すると、各円板13〜16が回転され、例えば各円板13〜
16が第１図中に平面状態を示す位置になり、円板裏面の
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となり、直流高電
圧が円板13の充電端子18→コンデンサ端子21→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て円板13に対応する充放電
用コンデンサ20が充電されると同時に、円板15に対応す
る充放電用コンデンサ20も充電される。すなわち、２つ
の充放電用コンデンサ20は直流高電圧が並列に印加され
る。

また、この状態では、各円板13〜16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する状態となり、充電状態となって
いる円板14および円板16に対応す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→
円板16の放電端子19→コンデンサ端子22→充放電用コン
デンサ20→円板15のコンデンサ端子22→放電端子19→円
板14の放電端子19→コンデンサ端子22→充放電用コンデ
ンサ20→円板13のコンデンサ端子22で形成される回路に
より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。

この場合、円板14および円板16に対応する２つの充電
状態の充放電用コンデンサ20は負荷26に対して直列に接
続される結果、負荷26には、充放電用コンデンサ20の充
電電圧の２倍の電圧が印加されるようになっており、２
枚１組の円板の組数Ｎ（第１図では、２組であり、Ｎ＝
２）の倍数の電圧を負荷26に印加することができる。

このようにして２つの充放電用コンデンサ20に並列し
て充電を行ない、２つの充放電用コンデンサ20を直列に
して放電を行なうことが各円板13〜16の30度ごとの回転
によって繰り返され、各円板13〜16の１回転の間に12回
のパルス放電が発生し、シャフト12を25Hzで回転すれ
ば、300Hzのパルスが発生することになる。

したがって、シャフト12の回転数Ｒを変えることで、
この場合には12RHzの放電パルス周波数にすることがで
き、低周波から高周波の高電圧パルスを得ることができ
る。

次に、この発明の他の一実施例について、第２図によ
り説明する。

この実施例の高電圧パルス発生装置30は、３組回転体
を備えたものであり、負荷26への放電電圧を充放電用コ
ンデンサ20への放電電圧の３倍とするものである。な
お、第１図の実施例と同一部分には同一番号を記してあ
る。

この高電圧パルス発生装置30は、３組６枚の円板13,1
4、円板15,16および円板15′,16′を備えており、シャ
フト12への取付けに際し、円板13,14と円板15,16の下に
さらに同一位相で円板15′,16′が取付けてある。

そして、円板15′及び円板16′のコンデンサ端子21と
コンデンサ端子22の間に充放電用コンデンサ20がそれぞ
れ接続され、充電端子18,18間には、直流高電圧源の整
流回路25が並列に接続され、円板15′の放電端子19が円
板16の放電端子19と導線で接続され、最下端の円板16′
の放電端子19が負荷26の一端に接続してある。

かように構成した高電圧パルス発生装置30では、モー
タ11でシャフト12が回転されて各円板13,14,15,16,1
5′,16′が回転されると、各充放電用コンデンサ20には
直流高圧電源が並列に接続されて充電が行われる一方、
充電された充放電用コンデンサ20から放電される場合に
は、３組の円板に対応する３個の充放電用コンデンサ20
が負荷26に対して直列に接続され、充電電圧の３倍の高
電圧パルスが発生する。

このように２枚１組の回転体を３組使用するようにす
れば、充電電圧の３倍の高電圧パルスを発生させること
ができ、シャフトの回転数を変えることで、高電圧パル
スの周波数を変えることも可能となる。

次に、第３図（ａ），（ｂ）にそれぞれ示すこの発明
のさらに他の一実施例について説明する。

この実施例の高電圧パルス発生装置40,50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、他の構成は第１図で説明した高電
圧パルス発生装置10の円板13,14部分や第２図で説明し
た高電圧パルス発生装置30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。

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。

そして、モータ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。

なお、この実施例では、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。

なお、上記各実施例では、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。

また、回転体を２枚１組とし、２組ないし３組で高電
圧パルス発生装置を構成したが、さらに回転体を多数組
とし、充電時には、必ずコンデンサに並列に直流電圧を
印加するようにし、放電時には、コンデンサの直列接続
によってパルス電圧が組数倍にできる。

また、モータによる回転体の回転速度を変えること
で、発生する高電圧パルスの周波数を変えることを組合
わせるようにしても良い。

〔発明の効果〕

以上、実施例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。

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。

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。

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】

第１図〜第３図は、それぞれこの発明の高電圧パルス発
生装置の一実施例にかかる概略構成図、第４図は従来装
置の概略構成図である。 10,30,40,50……高電圧パルス発生装置、11……モー
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 (2)

【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
   圧パルス発生装置であって、回転数を変え得るモータで
   回転駆動される回転軸に絶縁性の材料で形成された２枚
   １組の回転体を複数組取付け、これら各回転体の外周部
   に等間隔に複数の回転側の端子を設け、これら各回転体
   の回転側の端子とギャップを介して対向して対角位置に
   固定側の対をなすコンデンサ端子と対をなす充電端子お
   よび放電端子とをそれぞれ設け、前記各組の回転体に対
   応して設けられた前記固定側の同一位相の各コンデンサ
   端子間にコンデンサを接続し、同一位相の充電端子間の
   一方にそれぞれ直流高電圧源を接続し、他方の充電端子
   のうち複数組の回転体の両端に配置される充電端子間に
   負荷を接続するとともに、中間に配置される回転体の他
   方の充電端子間を導線でそれぞれ接続する一方、前記各
   組の回転体上に外周部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前記直流高電圧源と前記コンデン
   サを常に並列に接続する充電側の導電体を設けるととも
   に、この回転体の回転位置により充電された前記複数の
   コンデンサを直列に前記負荷に接続する放電側の導電体
   を設けて、前記回転スイッチを構成したことを特徴とす
   る高電圧パルス発生装置。
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特許請求の
   範囲第１項記載の高電圧パルス発生装置。