(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流高電圧発生装置と、この直流高電圧発生装置から出力される直流高電圧により充電される充電コンデンサと、この充電コンデンサに蓄えられた電荷をスイッチングし、パルス状高電圧を発生して負荷に供給する直列接続の電子管及び固定ギャップからなるスイッチング手段と、上記電子管をオン動作させる制御手段とを具備し、
上記電子管のオン動作によりパルス状高電圧を上記固定ギャップを介して負荷に印加した後、該固定ギャップの絶縁回復によって上記電子管をオフ動作させることを特徴とする一電源方式パルス荷電装置。
【請求項２】
上記スイッチング手段の電子管と直列に負荷側へ電流が流れるように第１のダイオードを接続すると共に、当該電子管とダイオードの組み合わせと並列に逆方向電流が流れるように第２のダイオードを並列接続したことを特徴とする一電源方式パルス荷電装置。
【請求項３】
直流高電圧発生装置と、この直流高電圧発生装置から出力される直流高電圧により充電される充電コンデンサと、この充電コンデンサに蓄えられた電荷をスイッチングし、パルス状高電圧を発生して負荷に供給する直列接続の第１の電子管及び固定ギャップからなるスイッチング手段と、このスイッチング手段の第１の電子管と直列に設けられ、該電子管の逆方向電流にのみ時間遅れ要素として機能する第１の磁気アシスト回路と、前記第１の電子管及び第１の磁気アシスト回路の直列回路に対して並列に、かつ、逆極性方向に設けられる第２の電子管及び第２の磁気アシスト回路からなる直列回路とを具備したことを特徴とする一電源方式パルス荷電装置。
【請求項４】
直流高電圧発生装置と、この直流高電圧発生装置から出力される直流高電圧により充電される充電コンデンサと、この充電コンデンサに蓄えられた電荷をスイッチングし、パルス状高電圧を発生して負荷に供給する直列接続の第１の電子管及び固定ギャップからなるスイッチング手段と、前記第１の電子管と直列に設けられ、該電子管の逆方向電流にのみ時間遅れ要素として機能する第１の磁気アシスト回路と、前記第１の電子管及び第１の磁気アシスト回路の直列回路に対して並列に、かつ、逆極性方向に設けられる第２の電子管及び第２の磁気アシスト回路からなる直列回路と、前記第１の電子管及び第２の電子管を制御する制御ユニットとを具備したことを特徴とする一電源方式パルス荷電装置。
【請求項５】
直流高電圧発生装置と、この直流高電圧発生装置から出力される直流高電圧により充電される充電コンデンサと、この充電コンデンサに蓄えられた電荷をスイッチングし、パルス状高電圧を発生して負荷に供給する直列接続の第１の電子管及び固定ギャップからなるスイッチング手段と、前記第１の電子管と直列に設けられ、該電子管の逆方向電流にのみ時間遅れ要素として機能する第１の磁気アシスト回路と、前記磁気アシスト回路が遅れ要素として機能するよう飽和させる第１のバイアス回路と、前記第１の電子管及び第１のバイアス回路が付加された第１の磁気アシスト回路の直列回路に対して並列に、かつ、逆極性方向に設けられる第２の電子管及び第２のバイアス回路を付加した第２の磁気アシスト回路からなる直列回路と、前記第１の電子管及び第２の電子管を制御する制御ユニットとを具備したことを特徴とする一電源方式パルス荷電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気集じん装置等に用いられる一電源方式パルス荷電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パルス電圧とベースとなる電圧を１つの電源で供給する一電源方式のパルス荷電装置は、図４に示すように構成されている。同図において、１は直流高電圧発生装置で、その出力電圧は充電コンデンサ２に蓄えられた後、スイッチング素子であるロータリスパークギャップ３を介して電気集じん装置４に供給される。
【０００３】
上記のように従来の一電源方式のパルス荷電装置では、スイッチング素子としてロータリスパークギャップ３を用いている。
しかしながら、ロータリスパークギャップ方式の場合、例えば超高抵抗ダストのようにできるだけパルス頻度を下げた方が性能が良くなるような場合には、その回転数を下げて運転する必要がある。この場合、スイッチがオフした後も、負荷側がコロナ抵抗により電位が下がり、ギャップ間に再び電位差が生じ、その結果、再びスイッチがオンとなり、所定のパルス頻度が確保できなくなるという、すなわち、制御性が悪いという欠点があった。
【０００４】
図５は正規のスイッチング時の電圧波形、図６はパルス頻度を少なくした時の電圧波形を示したものである。図６における波形ａは、スイッチング周期を長くしてパルス頻度を下げた場合に、上記したようにスイッチをオフした後に不要なスイッチングが行なわれることを示している。
【０００５】
一方、上記ロータリスパークギャップ３のような機械式のスイッチング素子以外にも、サイリスタ等の電子式のスイッチング素子があるが、何れも素子単体として高電圧に耐えられるものがなく、このため複数の素子を直列に接続して使用することになる。しかし、このように電子式のスイッチング素子を複数直列に接続して使用する場合、各素子を均一に作動させるための手段が必要となり、装置が複雑で、かつ、コスト的に非常に高価になるという問題がある。
【０００６】
また、サイラトロン等の電子管は、高電圧に耐え、かつコスト的にも安価であるが、それを用いた高電圧のスイッチング装置は、制御信号によりスイッチをオンすることはできるが、強制的にオフすることができないので、立上りは急峻でもパルス状の電圧を電気集じん装置に都合良く印加することができなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
サイラトロンのような電子管は、高電圧を直接スイッチングする素子としては安価で信頼性が高く、高い繰り返し頻度に対しても使用可能であるが、強制的にオフすることができないので、電気集じん装置のようにパルス状の高電圧を必要とする装置に対し、そのまま用いた場合、なかなか導通が切れず、コンデンサと電気集じん装置との間に生じる共振が継続するという問題があった。そこで、電気集じん装置のパルス電源のスイッチング素子としてサイラトロン等の電子管を用いるためには、スイッチを強制的にかつ短い時間でオフするための機構が必要であった。
更に、サイラトロン自身には、逆方向の電流が流れると、寿命が短くなるという問題がある。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、サイラトロン等の電子管を用いてスイッチ制御を確実に行なうことができ、簡単な構成で制御性に優れ、電子管の寿命を高め、信頼性の高い一電源方式のパルス荷電装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る一電源方式パルス荷電装置は、直流高電圧発生装置と、この直流高電圧発生装置から出力される直流高電圧により充電される充電コンデンサと、この充電コンデンサに蓄えられた電荷をスイッチングし、パルス状高電圧を発生して負荷に供給する直列接続の電子管及び固定ギャップからなるスイッチング手段と、上記電子管をオン動作させる制御手段とを具備し、
上記電子管のオン動作によりパルス状高電圧を上記固定ギャップを介して負荷に印加した後、該固定ギャップの絶縁回復によって上記電子管をオフ動作させることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上記スイッチング手段の電子管と直列に負荷側へ電流が流れるように第１のダイオードを接続すると共に、当該電子管とダイオードの組み合わせと並列に逆方向電流が流れるように第２のダイオードを並列接続したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記スイッチング手段の電子管と直列に電子管の順方向電流には時間遅れがなく電流が流れるように磁気アシスト回路を設けると共に、当該電子管と磁気アシスト回路の組み合わせと並列に、逆方向電流が流れるように第２の電子管と磁気アシスト回路の組み合わせを並列接続したことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記磁気アシスト回路において、時間遅れがなく電流が流れるようにするため、第１及び第２のアシスト回路を順方向に電流が流れる際に予め飽和させておく第１及び第２のバイアス回路を設けることを特徴とする。
【００１３】
（作用）
サイラトロン等の電子管を用いたスイッチング素子と負荷例えば電気集じん装置との間に固定ギャップを挿入することにより、ギャップの抵抗により回路のＬＣ共振の減衰が早くなり、かつ、ギャップ間の電位差がギャップ間の絶縁破壊電圧以下に減衰したところで自動的に導通が切れる。このため電子管を使用したスイッチング装置でも、回路を自動的にオフすることができ、電気集じん装置にパルス状の高電圧を印加することができる。
また、電子管には、順方向にのみ電流を流し、逆方向の電流を阻止することにより、電子管の寿命を長くすることが可能となる。
以上により信頼性が高く、かつ、コストの低下を図ることができ、制御性に優れた一電源方式パルス荷電装置を構成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る一電源方式パルス荷電装置の構成図である。
図１に示すように直流高電圧発生装置１の出力電圧は、充電コンデンサ２に蓄えられた後、サイラトロン等の電子管５及び固定ギャップ６からなるスイッチング手段を介して負荷例えば電気集じん装置４に供給される。そして、上記電子管５のオン動作は、制御ユニット７により制御される。
【００１５】
上記の構成において、直流高電圧発生装置１から出力される直流高電圧は、充電コンデンサ２に蓄えられる。このとき制御ユニット７からの制御指令によって電子管５をオンさせることにより、充電コンデンサ２に蓄えられた電荷は電子管５を介して電気集じん装置４に向かって流れようとする。
【００１６】
この際、途中に設けられている固定ギャップ６に高電圧が印加され、固定ギャップ６が短絡してスイッチオンの状態となり、充電コンデンサ２と電気集じん装置４と、その間の機器で構成される回路でＬＣ共振を生じ、その結果、電気集じん装置４には振動を伴う高周波のパルス状の高電圧が印加される。
【００１７】
また、上記のように固定ギャップ６を設けることにより、この固定ギャップ６が抵抗として働き、上記のＬＣ共振を素早く減衰させ、その結果、充電コンデンサ２と電気集じん装置４が同電位となる。このように電位差が同電位、あるいは絶縁破壊電圧以下となったところで、固定ギャップ６の絶縁が回復し、自動的に当該部の回路はオフの状態となる。
この結果、電子管５も自動的にオフとなり、次の信号を待つ状態となる。
【００１８】
以上の繰り返しにより、制御ユニット７からのオン信号により、オフ動作のための制御を行なうことなく、電気集じん装置４へパルス状の高電圧を確実に印加することができる。
【００１９】
なお、制御ユニット７は、電気集じん装置４の荷電状態によってスイッチングのサイクル及び休止時間の設定等を必要に応じて直流高電圧発生装置１の制御ユニット（図示せず）と協調して行なうことができるものである。
【００２０】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。
図２は、本発明の第２実施形態に係るパルス荷電装置の構成図である。
【００２１】
この第２実施形態は、電子管５と固定ギャップ６との間に、充電コンデンサ２から電気集じん装置４に対してダイオード１１を順方向（本実施形態では、負の荷電状態を想定しているので、符号は逆方向としている）に設けると共に、当該ダイオード１１と電子管５の組み合わせ箇所に対して、ダイオード１２によるバイパス回路を設けたものである。この場合、ダイオード１２の向き（極性）は、ダイオード１１とは逆方向に設けている。
【００２２】
この第２実施形態では、回路の共振によって生じる振動電流のうち、逆方向電流が電子管５に流れないように考慮し、電子管５の長寿命化を図ったものである。なお、この際、ダイオード等の素子の特性を考慮し、必要なインダクタンス等を組み込むことができることは言うまでもない。
【００２３】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態について説明する。
図３は、本発明の第３実施形態に係るパルス荷電装置の構成図である。
【００２４】
この実施形態では、例えばサイラトロン等の順特性を有する電子管５ａをコンデンサ２から電気集じん装置４へ電流の流れる順方向へ配し、固定ギャップ６との間に磁気アシスト回路２１ａを設け、かつ、上記電子管５ａと磁気アシスト回路２１ａの直列回路に対し、逆極性方向にもう１組の電子管５ｂと磁気アシスト回路２１ｂの直列回路を並列に配している。上記磁気アシスト回路２１ａ，２１ｂには、バイアス回路３１ａ，３１ｂにより所定のバイアスを与え、磁気アシスト回路２１ａ，２１ｂの飽和の方向を常に一定に保つようにしている。そして、上記電子管５ａ，５ｂのオン動作は、制御ユニット７により制御する。
【００２５】
この第３実施形態も、第２実施形態と同様に回路の共振時には、電子管５ａ，５ｂに順方向電流のみが流れるようにし、逆方向の電流が流れることを防ぐことによって、電子管５ａ，５ｂの長寿命化を図ったものである。
【００２６】
上記磁気アシスト回路２１ａ，２１ｂの役割は、電子管５ａ，５ｂの特性において、逆方向の電流が流れようとする時に、一定時間電流が流れるのを阻止する働きを持つものである。すなわち、一方の電子管、例えば電子管５ａに逆方向電流が流れようとする時に、磁気アシスト回路２１ａにより一定時間電流が流れるのを阻止し、その間に逆方向に配した電子管５ｂで順方向電流を流すようにしている。回路に高周波の電流が流れる時には、その阻止時間は短くて良いので、磁気アシスト回路２１ａ，２１ｂはコンパクトな設計が可能である。
【００２７】
また、パルス状電圧出力時に、磁気アシスト回路２１ａ，２１ｂが意図しない方向に飽和している場合、順方向の電流を阻止し、パルス幅が増加する。これを防ぐために、バイアス回路３１ａ，３１ｂを設けることで、磁気アシスト回路２１ａ，２１ｂの飽和の方向を常に一定に保つことが可能であり、前記パルス幅の増加を防ぐことができる。
【００２８】
また、電子管５ａ，５ｂの動作を制御する制御ユニット７は、各電子管５ａ，５ｂに対してそれぞれ別個に設けても良いが、図３に示したように１つにまとめることによってコンパクトにでき、かつ、制御動作を効率的に行なうことができる。
【００２９】
なお、上記実施形態では、電気集じん装置に実施した場合について示したが、その他、パルスレーザ装置用電源としても実施し得るものである。
また、各電子管５ａ，５ｂは、単管構成だけでなく、複数のものを並列、または直列接続しても実施し得ることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、一電源方式パルス荷電装置において、そのスイッチング素子として安価なサイラトロン等の電子管を用いて、制御ユニットからの信号により任意のタイミングでスイッチをオンさせることができ、また、ギャップ抵抗の働きにより、充電コンデンサと負荷例えば電気集じん装置との間のＬＣ共振の減衰を早め、かつ、電位差が同電位あるいは絶縁破壊電圧以下となった所でスイッチは自然にオフされることによって、電気集じん装置にパルス状の電圧を与えることができ、結果として、簡単な構成で、かつ、制御性に優れた経済的な一電源方式によるパルス荷電が可能となる。
また、回路の振動電流により電子管に逆方向の電流が流れるのをダイオードの組み合わせで阻止することにより、電子管の寿命を高め、信頼性を向上することができる。
更にまた、２つの互いに逆方向に順特性を有する電子管と磁気アシスト回路との組み合わせで電子管の逆方向の電流が流れるのを阻止することにより、電子管の寿命を高め、信頼性を向上することができる。
更にまた、磁気アシスト回路にバイアス回路を設けることで、確実に電子管への電流を阻止し、信頼性の向上及び安定したパルス状電圧の出力が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る一電源方式パルス荷電装置の構成図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る一電源方式パルス荷電装置の構成図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る一電源方式パルス荷電装置の構成図。
【図４】従来の一電源方式パルス荷電装置の構成図。
【図５】一電源方式パルス荷電装置の正常時の電圧波形図。
【図６】従来の一電源方式パルス荷電装置において、スイッチング周期を長くした場合の異常発生を示す電圧波形図。
【符号の説明】
１  直流高電圧発生装置
２  充電コンデンサ
４  電気集じん装置
５，５ａ，５ｂ  サイラトロン等の電子管
６  固定ギャップ
７  制御ユニット
１１，１２  ダイオード
２１ａ，２１ｂ  磁気アシスト回路
３１ａ，３１ｂ  バイアス回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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