(57)【要約】【課題】複数の異なるリアクタに対して１つのパルス電源からの給電を可能にする電源装置を提供する。【解決手段】パルス電源及びインピーダンス整合器を有する、複数の異なるリアクタ（Ｒ１，Ｒ２）用の電源装置とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス電源及びインピーダンス整合器を有する、複数の異なるリアクタ用の電源装置。
【請求項２】
更に電力計を有する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記インピーダンス整合器がインダクタ又はキャパシタを有する、請求項１又は２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記インピーダンス整合器が可飽和インダクタを有する、請求項１又は２に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コロナリアクタ等の複数のリアクタにパルス電力を供給する電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在では、パルス電圧を用いた多くの処理装置が知られており、特に排気ガス処理の分野では、パルス電圧によって放電を起こさせてＮＯｘ及びＰＭ（パティキュレート）を処理することが知られている。またパルス電圧によって飲料物を殺菌することも知られている。このような分野では、負荷と電源との間のインピーダンスを整合（マッチング）させて、反射波が発生しないようにすることが提案されている。
【０００３】
リアクタと電源との間のインピーダンスを調製する装置としては、例えば特許文献１で示される殺菌装置がある。この殺菌装置においては、液状物に殺菌処理を施す殺菌処理部分と、この殺菌処理部分にパルス電圧を印可するパルス電源とを備えており、この殺菌処理部分に並列に、インピーダンス調整用の２つの抵抗器を、それぞれスイッチを介して互いに並列に接続している。この特許文献１では、パルス電源の負荷を単一の殺菌処理部分としており、複数の異なる負荷を接続することを考慮していない。また、インピーダンスは抵抗成分だけでなく、容量成分、誘導成分を有するので、抵抗成分だけでは高精度に適切な調整ができない。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２７９１４４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パルス電圧を使用する処理装置が広く使用されてきているので、１つのシステムにおいて、複数の仕様又は用途の異なるリアクタを使用する場面も存在する。このような場合には、複数の仕様の異なるリアクタに対して、各リアクタの仕様に従ってマッチングを行った複数の電源を使用することが考慮される。
【０００７】
１つのシステムにおいて複数の異なるリアクタを使用する例としては、内燃機関の排ガス処理、特にＮＯｘ及びＰＭ（パティキュレート）処理ためのプラズマの使用がある。この場合、ＮＯｘ処理のためのリアクタとＰＭ処理のためのリアクタとではリアクタ構造が異なっており、電源からの電力の反射をなくしてこれらのリアクタの電極に適切なパルス電力を供給するためには、それぞれのリアクタに対応した電源を提供する必要がある。
【０００８】
パルス電力供給のための従来の電源装置は、複数の異なる負荷、すなわち複数の異なるリアクタに電力を供給することを意図しておらず、複数の異なる負荷に電力を供給するためにはそれぞれの負荷に対応した複数の電源を用いなければならなかった。しかしながら複数のパルス電源を使用することは経済的に好ましくない。従って、複数のリアクタに対して１つの電源からの給電を可能にすることは非常に重要である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の複数の異なるリアクタ用の電源装置は、パルス電源及びインピーダンス整合器を有する。尚、本明細書の記載において「インピーダンス整合器」は、自らのインピーダンス値を調整することによってリアクタとパルス電源との間のインピーダンスのマッチング（整合）を行うことができる任意のインピーダンス整合器をいい、また「パルス」は直流パルス及び交流パルスの両方を包含する。
【００１０】
本発明によれば、インピーダンス整合器のインピーダンス値を調節し、パルス電源と複数の異なるリアクタのそれぞれとの間のインピーダンスを整合させることによって、リアクタからの反射エネルギーを減少させること、好ましくはリアクタからの反射エネルギーをなくすことができる。これによって複数の異なるリアクタに対して、１つの電源装置から効果的に給電を行うことが可能になる。
【００１１】
本発明の１つの態様では、本発明の複数の異なるリアクタ用の電源装置は、更に電力計を有する。
【００１２】
この態様によれば、電力計でリアクタ（負荷）からの反射波を測定してインピーダンスが整合しているか否かを判断し、必要に応じてインピーダンス整合器を調節して適切にインピーダンスを整合させることができる。
【００１３】
また本発明の他の１つの態様では、インピーダンス整合器がインダクタ若しくはキャパシタ、又はインダクタとキャパシタの両方を有する。また、このインダクタは、可飽和インダクタであってよい。
【００１４】
インダクタ及びキャパシタは実質的に電力を消費しないので、インピーダンス整合器がインダクタ及び／又はキャパシタを有することによってエネルギーロスの少ないインピーダンス整合器が得られる。
【００１５】
インピーダンス整合器は例えばπ型又はＴ型のＬＣ回路でよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下では本発明を図に示した実施形態に基づいて具体的に説明するが、これらの図は本発明を構成する電源装置の概略を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
本発明の１つの実施形態について図１を用いて説明する。
【００１８】
図１において、Ｒ１及びＲ２はリアクタ、Ｓ１及びＳ２はスイッチ、Ｄ１及びＤ３はダイオードである。
【００１９】
リアクタＲ１及びＲ２は、パルス電圧による処理を行う任意のリアクタでよく、これらリアクタＲ１及びＲ２はそれぞれ異なるリアクタであり、従って異なるインピーダンス値を有する。例えばこれらのリアクタＲ１及びＲ２はそれぞれ、自動車に搭載されてＮＯｘの処理を行うリアクタ及びＰＭの処理を行うリアクタである。
【００２０】
インピーダンス整合器は、インピーダンスを変化させることができる任意の装置でよく、例えば図２（ａ）及び（ｂ）で示されるような回路（それぞれＬ形及びπ形のＬＣ回路と呼ぶ）であってよい。この図２において、Ｌ１は過飽和インダクタ、Ｃ１及びＣ２はキャパシタである。過飽和インダクタ（リアクトル）Ｌ１は、制御巻線に流れるバイアス用直流電流をバイアス用電源によって調節することにより、コアの飽和度を変え、それによって交流巻線のインダクタンスを変化させることができる。
【００２１】
パルス電源は任意のパルス電源でよく、例えば自動車に搭載されてＮＯｘ及びＰＭ処理のためのリアクタに給電できるパルス電源である。コントローラはインピーダンス整合器のインピーダンスを制御して変化させることができる任意のコントローラでよい。
【００２２】
図１で示すパルス電圧処理装置を使用する場合のフローチャートを図３に示す。この図３から分かるように、処理を開始したらまず、リアクタ１が給電タイミングにあるか否かを判断し、給電タイミングであれば、インピーダンス整合器が、リアクタＲ１からの反射エネルギーが最小になるように予め設定された又は運転状態等によって決定されたインピーダンス値Ｚａを有するように、インピーダンス整合器を調節する。その後、スイッチＳ１をオンにして、パルス電源からリアクタ１に給電し、そして再びスイッチＳ１をオフにする。リアクタ１が給電タイミングではない場合、又はリアクタ１への給電が完了した後、リアクタ２が給電タイミングにあるか否かを判断し、給電タイミングであれば、リアクタ１で行ったのと同様にして給電し、給電タイミングでなければ、再びリアクタ１が給電タイミングか否かを判断する。
【００２３】
インピーダンス整合器でのインピーダンスの調節は様々な手段で行うことが考えられるが、以下では図２（ａ）のＬ形ＬＣ回路タイプインピーダンス整合器での調節について図４を用いて説明する。
【００２４】
図２（ａ）の回路に対応する図４の回路の４端子定数は、下記のようなものである。
【００２５】
【数１】
2004278477.tif 000003
【００２６】
従ってこのＬ形回路の映像パラメータは、下記のようになる。
【数２】
2004278477.tif 000004
【００２７】
これより明らかなように、インダクタのインダクタンスＺ１を調節することによって、回路の出力側から見たインピーダンスＺ０２と、負荷（リアクタ）のインピーダンスとのマッチング（整合）をとることができる。
【００２８】
インダクタのインダクタンスＺ１の変更は、図２に示すように、補助巻線にバイアスをかけることによって、コアの比透磁率μｓを変化させて行うことができる。これは、下記のように説明される。
【００２９】
インダクタのインダクタンスＬ及び磁束密度Ｂは、次に示すように表すことができる。
Ｌ＝Ｎ２μｓμ０Ｓ／ｌ            （１）
Ｂ＝μｓμ０Ｈ                  （２）
（Ｎ：巻数、Ｓ：コアの断面積、Ｈ：磁界、μ０：真空透磁率、μｓ：比透磁率、ｌ：磁路長）
式（２）より、μｓμ０＝Ｂ／Ｈとできるから、これを式（１）に代入すると下記のようになる。
Ｌ＝Ｎ２（Ｂ／Ｈ）・（Ｓ／ｌ）  （３）
ここで、巻数Ｎ、コアの断面積Ｓ、磁路長ｌを一定とすると、下記の式（４）のようになる。
Ｌ＝Ｃｚ・（Ｂ／Ｈ）            （４）
（Ｃｚは定数）
この（Ｂ／Ｈ）の値は、図５に例示するコアのＢＨ特性に従って変化するので、インダクタのインピーダンスは、補助巻線にバイアスをかけることによって調節できる。
【００３０】
本発明の他の実施形態について図６を用いて説明する。
【００３１】
図６において、Ｒ１及びＲ２はリアクタ、Ｓ１及びＳ２はスイッチ、Ｄ１〜Ｄ４はダイオードである。
【００３２】
リアクタＲ１及びＲ２は、パルス電圧による処理を行う任意のリアクタでよく、これらリアクタＲ１及びＲ２はそれぞれ異なるリアクタであり、従って異なるインピーダンス値を有する。例えばこれらのリアクタＲ１及びＲ２はそれぞれ、自動車に搭載されてＮＯｘの処理を行うリアクタ及びＰＭの処理を行うリアクタである。
【００３３】
インピーダンス整合器は、インピーダンスを変化させることができる任意の装置でよく、例えば図２の（ａ）及び（ｂ）で示されるような回路であってよい。この図２において、Ｌ１は過飽和インダクタ、Ｃ１及びＣ２はキャパシタである。
【００３４】
パルス電源は任意のパルス電源でよく、例えば自動車に搭載されてＮＯｘ及びＰＭの処理のためのリアクタに給電するパルス電源である。コントローラはインピーダンス整合器のインピーダンスを制御して変化させることができる任意のコントローラでよい。電力計１及び２は、それぞれリアクタ１及び２からの反射電力を測定できる任意の電力計でよい。
【００３５】
図６で示すパルス電圧処理装置を使用する場合のフローチャートを図７に示す。
【００３６】
この図７から分かるように、処理を開始したらまず、リアクタ１がテストタイミングか否かを判断し、テストタイミングであれば、インピーダンス整合器が予め設定された又は運転状態等によって決定されたインピーダンス調整値Ｚａを有するように、インピーダンス整合器を調節する。その後、スイッチＳ１をオンにして、パルス電源からリアクタ１にテストパルスを供給し、電力計１で反射電力を測定し、そしてスイッチ１をオフにする。反射電力値Ｐｒ１が、予め設定されている反射電力スレッショルド（しきい値）Ｐｔｈと同じ又はこれよりも大きければ（Ｐｒ１≧Ｐｔｈであれば）、反射波の大きさに基づいて又はこれに基づかないで、新たな整合器のインピーダンス値Ｚｘを決定し、インピーダンス調整値Ｚａを新たなインピーダンス値Ｚｘに変更する。その後、再びインピーダンス整合器がインピーダンス値Ｚａを有するようにし、スイッチＳ１をオンにして、パルス電源からリアクタ１にテストパルスを供給し、電力計１で反射電力を測定して、反射電力値Ｐｒ１が反射電力スレッショルドＰｔｈよりも小さくなるまで（Ｐｒ１＜Ｐｔｈとなるまで）、インピーダンス調整値Ｚａの変更を繰り返す。反射電力値Ｐｒ１が、予め設定されている反射電力スレッショルドＰｔｈよりも小さくなれば（Ｐｒ１＜Ｐｔｈとなれば）、反射波が十分に小さく、インピーダンスのマッチングがとれている（整合している）と判断する。
【００３７】
リアクタ１がテストタイミングではない場合、又は電力計１で測定された反射電力値Ｐｒ１が、予め設定されている反射電力スレッショルドＰｔｈよりも小さい（Ｐｒ１＜Ｐｔｈとなる）場合、リアクタ１が給電タイミングか否かを判断する。ここで給電タイミングであれば、インピーダンス整合器がインピーダンス値Ｚａを有するようにして、インピーダンス整合器を調節する。その後、スイッチＳ１をオンにして、パルス電源からリアクタ１に給電し、そしてスイッチＳ１をオフにする。
【００３８】
リアクタ１が給電タイミングではない場合、又はリアクタ１への給電を行ってスイッチＳ１をオフにした後で、リアクタ２がテストタイミングか否かを判断し、テストタイミングであれば、リアクタ１について上記で説明したようにして、反射電力値Ｐｒ２が反射電力スレッショルドＰｔｈよりも小さくなる（Ｐｒ２＜Ｐｔｈとなる）ように、インピーダンス調整値Ｚｂを設定する。またリアクタ２がテストタイミングではない場合、又は測定された反射電力値Ｐｒ２が、予め設定されている反射電力スレッショルドＰｔｈよりも小さい（Ｐｒ２＜Ｐｔｈとなる）場合、リアクタ２が給電タイミングか否かを判断する。ここで給電タイミングであれば、インピーダンス整合器がインピーダンス値Ｚｂを有するようにして、インピーダンス整合器を調節する。その後、スイッチＳ２をオンにして、パルス電源からリアクタ２に給電し、そしてスイッチＳ２をオフにする。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の異なるリアクタに対して１つの電源からの給電を可能にするパルス電圧処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の電源装置の１つの態様を示す図である。
【図２】図２は、本発明の電源装置で用いるインピーダンス整合器の例を示す図である。
【図３】図３は、図１の電源装置を使用する場合のフローチャートである。
【図４】図４は、本発明で用いるインピーダンス整合器を例示する図である。
【図５】図５は、インダクタのコアのＢＨ特性を例示する図である。
【図６】図６は、本発明の電源装置の他の態様を示す図である。
【図７】図７は、図６の電源装置を使用する場合のフローチャートである。
【符号の説明】
Ｃ１，Ｃ２…キャパシタ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４…ダイオード
Ｌ１…インダクタ
Ｒ１，Ｒ２…リアクタ
Ｓ１，Ｓ２…スイッチ
【図１】
2004278477.tif 000005
【図２】
2004278477.tif 000006
【図３】
2004278477.tif 000007
【図４】
2004278477.tif 000008
【図５】
2004278477.tif 000009
【図６】
2004278477.tif 000010
【図７】
2004278477.tif 000011