(57)【要約】【課題】複数種類の故障モードのうち、どの故障モードが放電負荷に発生したかを検出できる放電発生装置を提供すること。【解決手段】放電負荷２と、該放電負荷２に接続した共振インバータ３とを備える。共振インバータ３は、スイッチング素子４と、トランス５と、入力電力Ｐを測定する電力測定部６と、制御部７とを備える。トランス５の一次コイル５１にスイッチング素子４が接続し、二次コイル５２に放電負荷２が接続する。制御部７は、故障判定部７１を備える。故障判定部７１は、スイッチング素子４の駆動周波数Ｆを変化させ、入力電力Ｐの周波数特性を解析する。これにより、放電負荷２が正常か、又は複数の故障モードのうちどの故障モードが発生しているかを判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電負荷（２）と、直流電源（１０）から入力された直流電圧を交流電圧に変換して上記放電負荷に加えることにより該放電負荷を放電させる共振インバータ（３）と、を備える放電発生装置（１）であって、
上記共振インバータは、
スイッチング素子（４）と、
該スイッチング素子に接続した一次コイル（５１）と、上記放電負荷に接続した二次コイル（５２）とを備えるトランス（５）と、
上記直流電源から供給された入力電力（Ｐ）を測定する電力測定部（６）と、
上記スイッチング素子の動作制御をする制御部（７）とを備え、
該制御部は、上記スイッチング素子の駆動周波数（Ｆ）を変化させ、上記入力電力の周波数特性を解析することにより、上記放電負荷が正常か、又は複数の故障モードのうちどの該故障モードが発生しているかを判定する故障判定部（７１）を備える、放電発生装置。
【請求項２】
上記制御部は、上記放電負荷の動作を開始する前と、動作を終了した後との少なくとも一方において、上記故障判定部を用いて上記放電負荷の故障判定を行うよう構成されている、請求項１に記載の放電発生装置。
【請求項３】
上記故障判定部は、予め定められた、上記駆動周波数の範囲である周波数範囲（ＦH〜ＦL）と、上記入力電力の範囲である電力範囲（ＰH〜ＰL）と、該電力範囲内に設定された、上記入力電力の目標値である電力目標値（ＰT）とを記憶しており、上記放電負荷が正常な場合において、該放電負荷の共振周波数（Ｆr）は上記周波数範囲内に存在し、上記入力電力のピーク値（ＰP）は、上記電力範囲の上限値と上記電力目標値との間に存在し、上記周波数範囲内のどの値であっても、上記入力電力は上記電力範囲に入っており、上記故障判定部は、上記駆動周波数を上記周波数範囲内で変化させつつ上記入力電力を測定し、その測定値と、上記周波数範囲と、上記電力範囲と、上記電力目標値との関係を用いて、上記放電負荷の故障判定を行うよう構成されている、請求項１又は２に記載の放電発生装置。
【請求項４】
上記放電負荷は、上記放電が発生する複数の放電セル（２１）と、個々の該放電セルに形成された放電電極（２２）と上記二次コイルとを繋ぐ一対の配線（２３）とを備え、上記故障判定部は、上記一対の配線が短絡して全ての上記放電セルが放電しない全短絡モードと、上記配線が開放して全ての上記放電セルが放電しない全開放モードと、上記複数の放電セルのうち一部の該放電セルが短絡した部分短絡モードと、上記配線の一部が開放することにより上記複数の放電セルのうち一部の該放電セルが放電しない部分開放モードとの、複数の上記故障モードのうち、いずれが発生したかを判定するよう構成されている、請求項３に記載の放電発生装置。
【請求項５】
上記故障判定部は、上記駆動周波数を上記周波数範囲内で変化させ、上記入力電力が上記電力目標値に到達せず、かつ、上記駆動周波数が上記周波数範囲の上限値又は下限値に到達したときに上記入力電力が上記電力範囲内に入っている場合は、上記全短絡モードが発生していると判定する、請求項４に記載の放電発生装置。
【請求項６】
上記故障判定部は、上記駆動周波数を上記周波数範囲内で変化させ、上記駆動周波数が上記周波数範囲の上限値又は下限値に到達したときに上記入力電力が上記電力範囲内に入っていない場合は、上記全開放モードが発生していると判定する、請求項４又は５に記載の放電発生装置。
【請求項７】
上記故障判定部は、上記放電負荷が正常である場合における、上記電力目標値に対応する上記駆動周波数である目標周波数（ＦT）を記憶しており、上記入力電力が上記電力目標値に到達したときの上記駆動周波数と上記目標周波数との差（δＦ）が予め定められた値（δＦTH）より大きい場合は、上記部分短絡モードが発生していると判定する、請求項４〜６のいずれか一項に記載の放電発生装置。
【請求項８】
上記故障判定部は、上記駆動周波数を上記周波数範囲内で変化させたときに、上記入力電力が上記電力範囲の上限値を超えた場合は、上記部分短絡モードが発生していると判定する、請求項４〜６のいずれか一項に記載の放電発生装置。
【請求項９】
上記駆動周波数を予め定められた微小周波数単位ΔＦ変化させたときの上記入力電力の変化量をΔＰとしたとき、上記故障判定部は、ΔＰ／ΔＦが予め定められた閾値（ΔTH）よりも大きい場合は、上記部分短絡モードが発生していると判定する、請求項４〜６のいずれか一項に記載の放電発生装置。
【請求項１０】
上記故障判定部は、上記駆動周波数を上記周波数範囲内で変化させ、上記入力電力が上記電力目標値に到達せず、かつ上記ピーク値を越えた場合は、上記駆動周波数の増減を反転するよう構成され、該駆動周波数の増減が予め定められた回数（ＮTH）以上、反転した場合は、上記部分開放モードが発生していると判定する、請求項４〜９のいずれか一項に記載の放電発生装置。
【請求項１１】
上記故障判定部は、判定した上記故障モードを報知するよう構成されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の放電発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電負荷と、該放電負荷に接続した共振インバータとを備える放電発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、放電負荷と、該放電負荷に接続した共振インバータとを備える放電発生装置が知られている（下記特許文献１参照）。この放電発生装置では、上記共振インバータを用いて交流電圧を発生し、放電負荷に加えている。これによって、放電負荷に放電を発生させている。
【０００３】
上記放電発生装置は、例えば車両に搭載される。そして、放電負荷の放電を利用してオゾンを生成し、このオゾンを車両の排ガスに添加することにより、排ガスを改質する用途等に用いられる。
【０００４】
放電負荷は、長期間の使用によって耐久劣化したり、熱・振動等の条件が厳しい車載環境での使用によって故障したりすることがある。放電負荷の故障を検知するため、上記放電発生装置では、放電負荷に短絡検知部を設けている。そして、放電負荷の故障を検知した場合は、放電の発生を停止するよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６０９２４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記放電発生装置は、放電負荷が完全に短絡した場合（全短絡モード）は検出できるものの、その他の故障モードを検出できなかった。すなわち、放電負荷には様々な故障モードがあり、例えば上記全短絡モードの他に、放電負荷の配線が開放して全く放電が発生しなくなる全開放モードや、放電負荷に含まれる複数の放電セルの一部のみ短絡した部分短絡モード、配線の一部が開放した部分開放モード等がある。そのため、全短絡モードだけでなく、他の種類の故障モードが発生した場合でも、これを検出できるようにしたいという要望がある。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、複数種類の故障モードのうち、どの故障モードが放電負荷に発生したかを検出できる放電発生装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、放電負荷（２）と、直流電源（１０）から入力された直流電圧を交流電圧に変換して上記放電負荷に加えることにより該放電負荷を放電させる共振インバータ（３）と、を備える放電発生装置（１）であって、
上記共振インバータは、
スイッチング素子（４）と、
該スイッチング素子に接続した一次コイル（５１）と、上記放電負荷に接続した二次コイル（５２）とを備えるトランス（５）と、
上記直流電源から供給された入力電力（Ｐ）を測定する電力測定部（６）と、
上記スイッチング素子の動作制御をする制御部（７）とを備え、
該制御部は、上記スイッチング素子の駆動周波数（Ｆ）を変化させ、上記入力電力の周波数特性を解析することにより、上記放電負荷が正常か、又は複数の故障モードのうちどの該故障モードが発生しているかを判定する故障判定部（７１）を備える、放電発生装置にある。
【発明の効果】
【０００９】
上記放電発生装置の上記制御部は、上記故障判定部を備える。この故障判定部は、上記スイッチング素子の駆動周波数を変化させ、上記入力電力の周波数特性を解析することにより、放電負荷の故障判定を行う。
このようにすると、放電負荷の複数の故障モードのうち、どの故障モードが発生したかを判定することが可能になる。すなわち、後述するように、放電負荷が故障すると、入力電力の周波数特性が変化する。また、故障モードによって、入力電力の周波数特性が大きく異なる。そのため、入力電力の周波数特性を解析することにより、どの故障モードが発生したかを特定することが可能になる。したがって、故障モードの種類に応じて、処置を変えることができる。
【００１０】
以上のごとく、上記態様によれば、複数種類の故障モードのうち、どの故障モードが放電負荷に発生したかを検出できる放電発生装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１における、放電発生装置の回路図。
【図２】実施形態１における、正常時での、放電負荷の断面図。
【図３】実施形態１における、正常時での、駆動周波数と入力電力との関係を表したグラフ。
【図４】実施形態１における、全短絡モードが発生しているときの、放電負荷の断面図。
【図５】実施形態１における、全短絡モードが発生しているときの、駆動周波数と入力電力との関係を表したグラフ。
【図６】実施形態１における、全開放モードが発生しているときの、放電負荷の断面図。
【図７】実施形態１における、全開放モードが発生しているときの、駆動周波数と入力電力との関係を表したグラフ。
【図８】実施形態１における、部分短絡モードが発生しているときの、放電負荷の断面図。
【図９】実施形態１における、部分短絡モードが発生しているときの、駆動周波数と入力電力との関係を表したグラフ。
【図１０】実施形態１における、部分開放モードが発生しているときの、放電負荷の断面図。
【図１１】実施形態１における、部分開放モードが発生しているときの、駆動周波数と入力電力との関係を表したグラフ。
【図１２】実施形態１における、制御部のフローチャート。
【図１３】図１２に続くフローチャート
【図１４】図１３に続くフローチャート。
【図１５】図１４に続くフローチャート。
【図１６】実施形態１における、二次電流ＩOと、ゲート電圧との関係を表した波形図。
【図１７】実施形態１における、連続動作を行っているときの、ゲート電圧と、デューティＤと、駆動周波数Ｆとの波形図。
【図１８】実施形態１における、間欠動作を行っているときの、ゲート電圧と、間欠率Ｂとの波形図。
【図１９】実施形態１における、共振タンク回路を有さない放電発生装置の回路図。
【図２０】実施形態１における、スイッチング素子によってブリッジ回路を構成した放電発生装置の回路図。
【図２１】実施形態２における、制御部のフローチャートの一部。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施形態１）
上記放電発生装置に係る実施形態について、図１〜図２０を参照して説明する。図１に示すごとく、本形態の放電発生装置１は、放電負荷２と、共振インバータ３とを備える。共振インバータ３は、直流電源１０から入力された直流電圧を交流電圧に変換して放電負荷２に加える。これにより、放電負荷２を放電させる。
【００１３】
共振インバータ３は、スイッチング素子４と、トランス５と、電力測定部６と、制御部７とを備える。トランス５は、スイッチング素子４に接続した一次コイル５１と、放電負荷２に接続した二次コイル５２とを備える。電力測定部６は、直流電源１０から供給された入力電力Ｐを測定する。制御部７は、スイッチング素子４の動作制御を行う。
【００１４】
制御部７は、故障判定部７１を備える。故障判定部７１は、スイッチング素子４の駆動周波数Ｆを変化させ、入力電力Ｐの周波数特性（図３、図５等参照）を解析する。これにより、放電負荷２が正常か、又は複数の故障モードのうちどの故障モードが発生しているかを判定する。
【００１５】
本形態の放電発生装置１は、車両に搭載するための車載用放電発生装置である。また、放電負荷２は、オゾンを発生するためのリアクタである。このリアクタを用いてオゾンを発生し、車両のエンジンから排出される排ガスを改質するよう構成されている。
【００１６】
図１に示すごとく、共振インバータ３は、複数のスイッチング素子４（４A〜４D）と、トランス５と、コンデンサ３１とを備える。第１スイッチング素子４Aと第２スイッチング素子４Bとによって、プッシュプル回路１１を構成してある。また、第３スイッチング素子４Cと第４スイッチング素子４Dとコンデンサ３１とによって、共振タンク回路１２を構成してある。
【００１７】
図１６に示すごとく、放電を発生する際には、第１スイッチング素子４Aと第４スイッチング素子４Dとを同時にオンする期間と、第２スイッチング素子４Bと第３スイッチング素子４Cとを同時にオンする期間とを交互に繰り返す。これにより、トランス５の一次コイル５１に一次電流を流す。一次電流が流れると、図１に示すごとく、二次コイル５２に二次電流ＩOが流れる。二次コイル５２の巻数は、一次コイル５１の巻数よりも多い。また、二次電流ＩOは、放電負荷２の静電容量Ｃと、漏れインダクタンスＬとによって決定される共振周波数Ｆr（＝１／２π√ＬＣ）で共振する。そのため、トランスの巻数比による昇圧効果と、共振による昇圧効果とが重畳し、高い二次電圧ＶOが発生する。これにより、放電負荷２に放電を発生させている。
【００１８】
図１に示すごとく、制御部７は、上記故障判定部７１の他に、デューティ制御部７２、周波数制御部７３、バースト制御部７４、電力補正部７５を備える。デューティ制御部７２、周波数制御部７３、バースト制御部７４は、それぞれ、スイッチング素子４のデューティＤ、周波数Ｆ、間欠率Ｂを制御する。これらの制御変数Ｄ、Ｆ、Ｂを制御することにより、出力電力ＰOを目標値ＰO*に近づけている。
【００１９】
放電負荷２には、放電を発生させるために最低限必要な出力電力ＰO（最低出力電力Ｐfso）がある。図１７に示すごとく、出力電力ＰOの目標値ＰO*が最低出力電力Ｐfso以上である場合は、制御部７は、スイッチング素子４を連続運転する。そして、スイッチング素子４のデューティＤ及び駆動周波数Ｆを制御して、出力電力ＰOを目標値ＰO*に近づける。また、図１８に示すごとく、出力電力ＰOの目標値ＰO*が最低出力電力Ｐfso未満である場合は、間欠動作を行う。すなわち、スイッチング素子４を駆動して放電を発生させる放電期間Ｔdisと、放電を停止する停止期間Ｔstopとを交互に繰り返す。そして、下記式によって表される間欠率Ｂを制御することにより、出力電力ＰOの平均値ＰAVEを、目標値ＰO*に近づける。
Ｂ＝Ｔdis／Ｔstop
【００２０】
図１に示すごとく、本形態の共振インバータ３は、上述したように、電力測定部６を備える。電力測定部６は、直流電源１０の電圧ＶBを測定する電圧センサ６０Vと、電流ＩBを測定する電流センサ６０Aとを有する。測定した電圧ＶBと電流ＩBとを、制御部７内の掛算器７６を用いて乗じることにより、入力電力Ｐを算出している。入力電力Ｐの算出値は、故障判定部７１、周波数制御部７３等に入力される。
【００２１】
図１に示すごとく、電圧ＶBの測定値は、デューティ制御部７２に入力される。本形態では、電圧ＶBの測定値を用いて、デューティＤをフィードフォワード制御している。また、入力電力Ｐの測定値を用いて、駆動周波数Ｆをフィードバック制御している。直流電源１０（鉛蓄電池）は、放電発生装置１以外の負荷、例えばライトやエアコン等に接続しているため、これらの稼働状態によって、電圧ＶBが急に変動することがある。本形態では、電圧ＶBが急に変動した場合でも、デューティＤをフィードフォワード制御することにより、出力電力ＰOを目標値ＰO*に比較的近い値に、短時間で戻すようにしている。そして、その後、駆動周波数Ｆをフィードバック制御することにより、出力電力ＰOを目標値ＰO*に正確に近づけている。
【００２２】
次に、放電負荷２の構造について詳細に説明する。図２に示すごとく、放電負荷２は、放電２９が発生する複数の放電セル２１と、個々の放電セル２１に形成された放電電極２２と二次コイル５２とを繋ぐ一対の配線２３（２３A，２３B）とを備える。複数の放電セル２１は、互いに並列に接続されている。個々の放電セル２１は、一対の絶縁基板２４と、該絶縁基板２４の表面に形成された放電電極２２と、該放電電極２２を被覆するバリア層２５とを備える。一対のバリア層２５の間に、空気１３が流れる流路２６が形成されている。流路２６に放電２９を発生させることにより、空気１３中の酸素をオゾンに変化させている。
【００２３】
また、本形態の共振インバータ３は、放電負荷２を動作させる前（すなわち、オゾンを発生させる前）に、故障判定部７１を用いて、放電負荷２が故障しているか否かを判定する。放電負荷２の故障モードには、全短絡モード（図４参照）と、全開放モード（図６参照）と、部分短絡モード（図８参照）と、部分開放モード（図１０参照）とがある。故障判定部７１は、入力電力Ｐの周波数特性を解析することにより、これら複数の故障モードのうち、どの故障モードが発生しているかを判定する。
【００２４】
全短絡モードは、図４に示すごとく、一対の配線２３が短絡して全ての放電セル２１が放電しない故障モードである。
全開放モードは、図６に示すごとく、配線２３が開放して全ての放電セル２１が放電しない故障モードである。
部分短絡モードは、図８に示すごとく、複数の放電セル２１のうち一部の放電セル２１（２１a）が短絡した故障モードである。部分短絡モードは、放電セル２１a内に金属等の異物１９が混入した場合に発生し得る。異物１９が混入した放電セル２１aでは、異物１９に大きな電流が流れ、その他の部位には放電２９が殆ど発生しない。異物１９が混入した放電セル２１a以外の放電セル２１b，２１cは正常に動作する。
部分開放モードは、図１０に示すごとく、配線２３の一部２３０が開放したため、複数の放電セル２１のうち一部の放電セル２１（２１a，２１c）に放電が発生しない故障モードである。配線の一部２３０が開放した放電セル２１a，２１cには放電２９が発生せず、これ以外の放電セル２１bは正常に動作する。
【００２５】
次に、入力電力Ｐの周波数特性、及びこれを用いて放電負荷２の故障判定を行う方法について説明する。まず、放電負荷２が正常な場合について説明する。図３に示すごとく、放電負荷２が正常な場合は、駆動周波数Ｆを共振周波数Ｆrに近づけるほど、入力電力Ｐが高くなる。そして、共振周波数Ｆrで入力電力Ｐは最大になり、ピーク値ＰPとなる。また、駆動周波数Ｆが共振周波数Ｆrから離れると、共振しにくくなり、入力電力Ｐは次第に低下する。
【００２６】
故障判定部７１は、予め定められた、駆動周波数Ｆの範囲である周波数範囲ＦH〜ＦLと、入力電力Ｐの範囲である電力範囲ＰH〜ＰLと、該電力範囲ＰH〜ＰL内に設定された、入力電力Ｐの目標値である電力目標値ＰTとを記憶している。図３に示すごとく、放電負荷２が正常な場合において、放電負荷２の共振周波数Ｆrは周波数範囲ＦH〜ＦL内に存在している。また、入力電力Ｐのピーク値ＰPは、上記電力範囲ＰH〜ＰLの上限値ＰHと電力目標値ＰTとの間に存在している。さらに、周波数範囲ＦH〜ＦL内のどの値であっても、入力電力Ｐは電力範囲ＰH〜ＰLに入っている。
【００２７】
故障判定部７１は、故障判断を行うときに、駆動周波数Ｆを上限値ＦHから下限値ＦLへ向かって、予め定められた微小周波数単位ΔＦずつ低減させる。そして、入力電力Ｐが電力目標値ＰTに到達し、後述する他の要件を満たしたときは、放電負荷２が正常だと判定する。
【００２８】
次に、全短絡モードが発生した場合について説明する。図４に示すごとく、全短絡モードでは一対の配線２３A，２３Bが短絡しており、放電負荷２に放電が全く発生しない。また、全短絡モードでは、配線２３A，２３B間に寄生した静電容量Ｃ’と、漏れインダクタンスＬ（図１参照）とによって二次電流ＩOが共振する。そのため、図５に示すごとく、共振周波数Ｆrが正常値からずれてしまい、上記周波数範囲ＦH〜ＦL内に現れなくなる。したがって、駆動周波数Ｆを周波数範囲ＦH〜ＦL内で変化させても、入力電力Ｐが電力目標値ＰTに到達しなくなる。また、全短絡モードが発生した場合は、正常な場合と比べて、入力電力Ｐが全体的に低下するが、完全に０にはならない。
【００２９】
故障判定部７１は、故障判定を行う際、駆動周波数Ｆを上限値ＦHから下限値ＦLへ向けてΔＦずつ減少させる。そして、入力電力Ｐが電力目標値ＰTに到達せず、かつ駆動周波数Ｆが下限値ＦLになったときに入力電力Ｐが電力範囲ＰH〜ＰL内に入っている場合は、全短絡モードが発生していると判定する。
【００３０】
次に、全開放モードについて説明する。図６に示すごとく、全開放モードでは、配線２３が開放しており、全ての放電セル２１に放電が発生しない。そのため、二次電流ＩOが流れず、出力電力ＰOおよび入力電力Ｐは略０（Ｗ）になる。したがって、図７に示すごとく、駆動周波数Ｆを周波数範囲ＦH〜ＦLの間で変化させたとき、入力電力Ｐは略０（Ｗ）になり、電力範囲ＰH〜ＰLの下限値ＰLを下回る。
【００３１】
故障判定部７１は、駆動周波数Ｆを周波数範囲の上限値ＦHから下限値ＦLに向かってΔＦずつ低下させる。そして、駆動周波数Ｆが下限値ＦLに到達したときに、入力電力Ｐが電力範囲ＰH〜ＰL内に入っていない場合は、全開放モードが発生していると判定する。
【００３２】
次に、部分短絡モードについて説明する。図８に示すごとく、部分短絡モードでは、一部の放電セル２１aに金属等の異物１９が混入し、この放電セル２１aのみ短絡している。そのため、放電負荷２全体の抵抗Ｒが低下する。したがって、共振のＱ値（＝１/Ｒ・√（Ｌ/Ｃ））が大きくなる。そのため、図９に示すごとく、入力電力Ｐのピーク値ＰPが正常値よりも高くなり、電力範囲の上限値ＰHを超える。したがって、駆動周波数Ｆを上限値ＦHから下限値ＦLへ向けてΔＦずつ低下させ、入力電力Ｐが上限値ＰHを超えた場合には、部分短絡モードが発生していると判定できる。
【００３３】
また、部分短絡モードが発生した場合は、正常な場合よりも、電力目標値ＰTに達したときの駆動周波数ＦT’が高くなる。したがって、部分短絡モードの判定方法として、以下の方法を採用することもできる。まず、故障判定部７１に、放電負荷２が正常な場合における、電力目標値ＰTに達したときの駆動周波数Ｆ（目標周波数ＦT）を記憶させる。そして、故障判定を行う際に、電力目標値ＰTに達したときの駆動周波数ＦT’と、目標周波数ＦTとの差δＦを算出する。この差δＦが予め定められた値δＦTHより大きい場合は、部分短絡モードが発生していると判定できる。
【００３４】
また、部分短絡モードが発生した場合は、上述したように共振のＱ値が高くなるため、共振周波数Ｆrに近づくほど、入力電力Ｐが急に上昇する。この特性を用いて、部分短絡モードの判定をすることもできる。すなわち、駆動周波数Ｆを微小周波数単位ΔＦ変化させたときの入力電力Ｐの変化量をΔＰとしたとき、ΔＰ／ΔＦが予め定められた閾値ΔTHよりも大きい場合は、部分短絡モードが発生していると判定することができる。
【００３５】
次に、部分開放モードについて説明する。図１０に示すごとく、部分開放モードでは、配線２３の一部が開放し、一部の放電セル２１が放電しなくなる。このように配線２３の一部が開放すると、放電負荷２全体の抵抗Ｒが大きくなる。そのため、共振のＱ値（＝１/Ｒ・√（Ｌ/Ｃ））が正常値よりも小さくなる。また、配線２３の一部が開放すると、放電負荷２の静電容量Ｃが小さくなるため、共振周波数Ｆr（＝１／２π√ＬＣ）が正常値よりも高くなる。したがって、入力電力Ｐの周波数特性は、図１１に示すグラフの様になる。
【００３６】
本形態の故障判定部７１は、部分開放モードの判定を、以下のように行う。故障判定部７１は、故障判定を行う際に、駆動周波数Ｆを上限値ＦHから下限値ＦLに向かってΔＦずつ低下させる。また、故障判定部７１は、入力電力Ｐが電力目標値ＰTに到達せず、かつピーク値ＰPを越えた場合は、駆動周波数Ｆの増減を反転するよう構成されている。故障判定部７１は、駆動周波数Ｆの増減が予め定められた回数ＮTH以上、反転した場合は、部分開放モードが発生していると判定する。
【００３７】
次に、図１２〜図１５を用いて、故障判定部７１のフローチャートについて説明する。図１２に示すごとく、故障判定部７１は、まず、ステップＳ１を行う。ここでは、駆動周波数Ｆを上限値ＦHに設定する。その後、ステップＳ２に移り、駆動周波数ＦをΔＦだけ下げる。その後、ステップＳ３に移る。ここでは、入力電力Ｐが電力目標値ＰTに達したか否かを判断する。ここでＹｅｓと判断した場合は、ステップＳ４に移る。
【００３８】
ステップＳ４では、（１）δＦがδＦTHより大きいか、又は（２）ΔＰ／ΔＦが閾値ΔTHより大きいかを判断する。ここでＹｅｓと判断した場合は、ステップＳ６に移り、部分短絡モード（図９参照）が発生していると判定する。そして、これを外部のＥＣＵ等に報知する。また、ステップＳ４においてＮｏと判断した場合は、ステップＳ５に移る。ここでは、放電負荷２が正常である（図３参照）と判定し、オゾンの生成を開始する。
【００３９】
また、ステップＳ３においてＮｏ（入力電力Ｐが電力目標値ＰTに到達していない）と判断した場合は、ステップＳ７に移る。ここでは、駆動周波数Ｆが下限値ＦLに到達したか否かを判断する。ここでＹｅｓと判断した場合は、ステップＳ８に移る。ここでは、駆動周波数Ｆが下限値ＦLに到達したときの入力電力Ｐが、電力範囲ＰH〜ＰL内に入っているか否かを判断する。ここでＹｅｓと判断したときは、ステップＳ９に移り、全短絡モード（図５参照）が発生していると判定する。そして、これをＥＣＵに報知する。また、ステップＳ８でＮｏと判断した場合は、全開放モード（図７参照）が発生していると判断し、報知する（ステップＳ１０）。
【００４０】
また、ステップＳ７でＮｏ（駆動周波数Ｆが下限値ＦLに到達していない）と判断した場合は、ステップＳ１１に移る。ここでは、駆動周波数Ｆの増減を、予め定められた回数ＮTH以上、反転させたか否かを判断する。ここでＹｅｓと判断した場合は、ステップＳ１２に移り、部分開放モード（図１１参照）が発生していると判定する。そして、これをＥＣＵに報知する。
【００４１】
また、ステップＳ１１でＮｏと判断した場合は、ステップＳ１３に移る。ここでは、入力電力Ｐはピーク値ＰPを通過したか否かを判断する。ここでＹｅｓと判断した場合は、ステップＳ１４に移り、駆動周波数Ｆの増減を反転させる。その後、ステップＳ３に移る。また、ステップＳ１３でＮｏと判断した場合は、ステップＳ２に移る。
【００４２】
次に、本形態の作用効果について説明する。図１に示すごとく、本形態の放電発生装置１は、故障判定部７１を備える。故障判定部７１は、スイッチング素子４の駆動周波数Ｆを変化させ、入力電力Ｐの周波数特性を解析する。これにより、放電負荷２の故障判定を行う。
このようにすると、放電負荷２の複数の故障モードのうち、どの故障モードが発生したか判定可能になる。すなわち、図３、図５、図７、図９、図１１に示すごとく、放電負荷２が故障すると、入力電力Ｐの周波数特性が変化する。また、故障モードによって、入力電力Ｐの周波数特性が大きく異なる。そのため、入力電力Ｐの周波数特性を解析することにより、どの故障モードが発生したかを特定することが可能になる。
【００４３】
また、本形態の制御部７は、放電負荷２の動作を開始する前と、動作を終了した後との少なくとも一方において、故障判定部７１を用いて放電負荷２の故障判定を行うよう構成されている。
放電負荷２を動作させているとき（すなわちオゾンを発生しているとき）に、駆動周波数Ｆを変化させながら、故障判定を行うことも可能であるが、この場合、出力電力ＰOを目標値ＰO*に近づける必要があるため、駆動周波数Ｆを自由に変化させることができず、故障判定を正確に行えない可能性がある。これに対して、本形態のように、放電負荷２を動作させる前又は後であれば、故障判定を行う専用の時間を確保でき、駆動周波数Ｆを自由に変化させることができる。そのため、故障判定を正確に行うことができる。
【００４４】
また、図１２〜図１５に示すごとく、本形態の故障判定部７１は、駆動周波数Ｆを周波数範囲ＦH〜ＦL内で変化させつつ入力電力Ｐを測定し、その測定値と、周波数範囲ＦH〜ＦLと、電力範囲ＰH〜ＰLと、電力目標値ＰTとの関係を用いて、放電負荷２の故障判定を行うよう構成されている。
上述したように、故障モードによって、入力電力Ｐが上限値ＰHを超えたり（図９参照）、下限値ＰLを下回ったり（図７参照）、電力目標値ＰTに達しなかったり（図１１参照）する。そのため、入力電力Ｐの測定値と、電力範囲等とを比較することにより、どの故障モードが発生しているか正確に判定することができる。
【００４５】
また、故障判定部７１は、全短絡モード（図４、図５参照）と、全開放モード（図６、図７参照）と、部分短絡モード（図８、図９参照）と、部分開放モード（図１０、図１１参照）とのうち、どの故障モードが発生したかを判定する。
これらの故障モードは、互いに、入力電力Ｐの周波数特性が大きく異なる。そのため、入力電力Ｐの周波数特性を解析することにより、これらの故障モードのうち、どれが発生しているかを容易に判定できる。
【００４６】
また、本形態の故障判定部７１は、故障判定を行うときに、駆動周波数Ｆを上限値ＦHから下限値ＦLに向けて減少させる。そして、図５、図１３に示すごとく、入力電力Ｐが電力目標値ＰTに到達せず、かつ駆動周波数Ｆが周波数範囲の下限値ＦLに到達したときに、入力電力Ｐが電力範囲ＰH〜ＰL内に入っている場合は、全短絡モードが発生していると判定する。
このようにすると、全短絡モードが発生したことを確実に検知することができる。
なお、本形態では、駆動周波数Ｆを上限値ＦHから下限値ＦLに向けて減少させたが、本発明はこれに限るものではなく、下限値ＦLから上限値ＦHに向けて上昇させてもよい。そして、駆動周波数Ｆが上限値ＦHに到達したときに、入力電力Ｐが電力範囲ＰH〜ＰL内に入っている場合は、全短絡モードと判定しても良い。
【００４７】
また、故障判定部７１は、図７、図１３に示すごとく、駆動周波数Ｆが周波数範囲の下限値ＦLに到達したときに、入力電力Ｐが電力範囲ＰH〜ＰL内に入っていない場合、すなわち下限値ＰLを下回っている場合は、全開放モードが発生していると判定する。
このようにすると、全開放モードが発生したことを確実に検知することができる。
なお、上述しように、本形態では、駆動周波数Ｆを上限値ＦHから下限値ＦLに向けて減少させたが、本発明はこれに限るものではなく、下限値ＦLから上限値ＦHに向けて上昇させてもよい。そして、駆動周波数Ｆが上限値ＦHに到達したときに、入力電力Ｐが電力範囲ＰH〜ＰL内に入っていない場合は、全開放モードと判定しても良い。
【００４８】
また、本形態の故障判定部７１は、放電負荷２が正常である場合における、電力目標値ＰT（図９参照）に対応する駆動周波数Ｆである目標周波数ＦTを記憶している。そして、図１２のステップＳ４に示すごとく、入力電力Ｐが電力目標値ＰTに到達したときの駆動周波数ＦT'と目標周波数ＦTとの差δＦが予め定められた値δＦTHより大きい場合は、部分短絡モードが発生していると判定する。
このようにすると、部分短絡モードが発生していることを容易に検知することができる。
【００４９】
また、本形態の故障判定部７１は、図１２のステップＳ４に示すごとく、ΔＰ／ΔＦが予め定められた閾値ΔTHよりも大きい場合は、部分短絡モードが発生していると判定する。
このようにすると、部分短絡モードが発生していることを確実に検知できる。
【００５０】
なお、図１２のフローチャート（ステップＳ４）では、以下の２つの条件
（１）δＦ＞δＦTH
（２）δＰ／ΔＦ＞ΔTH
のどちらかを満たした場合に、部分短絡モードが発生していると判定するが、その他の条件を用いてもよい。例えば、駆動周波数Ｆを周波数範囲ＦH〜ＦL内で変化させたときに、入力電力Ｐが電力範囲ＰH〜ＰLの上限値ＰHを超えた場合は、部分短絡モードが発生していると判定してもよい。すなわち、
（３）Ｐ＞ＰH
を満たしたか否かを、判定の条件にしてもよい。この場合には、部分短絡モードが発生したことをより容易に判定することができる。
【００５１】
また、部分短絡モードの判定を行う際に、上記（１）〜（３）を別々に判断しても良く、複数の条件を組み合わせてもよい。例えば、条件（１）を満たした後、（３）を満たすか否か判断し、（３）を満たした場合に部分短絡モードが発生したと判定しても良い。さらに、（１）と（２）を両方とも満たしたときに（３）を満たすか否か判断し、（３）を満たした場合に部分短絡モードが発生したと判定しても良い。
【００５２】
また、本形態の故障判定部７１は、駆動周波数Ｆを周波数範囲ＦH〜ＦL内で変化させ、入力電力Ｐが電力目標値ＰTに到達せず（ステップＳ３）、かつピーク値ＰPを越えた場合（ステップＳ１３）は、駆動周波数Ｆの増減を反転するよう構成されている（ステップＳ１４）。そして、駆動周波数Ｆの増減が予め定められた回数ＮTH以上、反転した場合は、部分開放モード（図１１参照）が発生していると判定する（ステップＳ１１、Ｓ１２）。
このようにすると、部分開放モードが発生していることを確実に検出できる。
【００５３】
また、本形態の故障判定部７１は、図１２〜図１４に示すごとく、判定した故障モードを報知するよう構成されている（ステップＳ６、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１２）。
このようにすると、故障モードに応じて、対応処置を変えることができる。例えば、以下のように対応することができる。
完全短絡モード・・・共振インバータ３の出力を停止する。
部分短絡モード・・・出力が電力目標値ＰTとなるように制御する。
完全開放モード・・・出力を停止する。
部分開放モード・・・出力がピーク値ＰPとなるように制御する。
【００５４】
以上のごとく、本形態によれば、複数種類の故障モードのうち、どの故障モードが放電負荷に発生したかを検出できる放電発生装置を提供することができる。
【００５５】
なお、本形態では、図１に示すごとく、スイッチング素子４等によってプッシュプル回路１１及び共振タンク回路１２を構成したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、図１９に示すごとく、共振タンク回路１２を設けず、プッシュプル回路１１のみをトランス５の一次コイル５１に接続してもよい。また、図２０に示すごとく、複数のスイッチング素子４によってブリッジ回路１８を構成してもよい。
【００５６】
以下の実施形態においては、図面に用いた符号のうち、実施形態１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施形態１と同様の構成要素等を表す。
【００５７】
（実施形態２）
本形態は、全短絡モード又は全開放モードと判定する際のフローチャートを変更した例である。図２１に示すごとく、本形態では、実施形態１と比べて、ステップＳ８とステップＳ９の間に、ステップＳ８１を追加してある。ステップＳ８では、実施形態１と同様に、駆動周波数Ｆが下限値ＦLに達したときに、入力電力Ｐが電力範囲ＰH〜ＰL内であるか否かを判断する。ここでＮｏと判断した場合は、ステップＳ１０に移り、全開放モードと判定する。また、ステップＳ８でＹｅｓと判断した場合は、ステップＳ８１に移る。
【００５８】
ステップＳ８１では、周波数範囲ＦH〜ＦLの間で駆動周波数Ｆを変化させたとき、入力電力Ｐが変化するか否か判断する。ここでＮｏ（変化しない：図７参照）と判断した場合は、ステップＳ１０に移り、全開放モードと判定する。また、ステップＳ８１でＹｅｓ（変化する：図５参照）と判断した場合は、ステップＳ９に移り、全短絡モードと判定する。
【００５９】
上述のようにすると、駆動周波数Ｆを変化させたときに入力電力Ｐが変化する場合（図５参照）にのみ、全短絡モードと判定される。そのため、全短絡モードが発生していることを、より正確に検出することができる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００６０】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１  放電発生装置
２  放電負荷
３  共振インバータ
４  スイッチング素子
５  トランス
５１  一次コイル
５２  二次コイル
６  電力測定部
７  制御部
７１  故障判定部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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