JP2005063867A

JP2005063867A - Corona discharge device

Info

Publication number: JP2005063867A
Application number: JP2003294542A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Kikuchi; 一郎菊地
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2003-08-18
Publication date: 2005-03-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the power loss of a drive circuit section and power loss accompanying the variation of resonance frequencies of piezo-electric transformers by connecting input sections of a plurality of piezo-electric transformers in series and output sections in parallel, in a high-voltage generating section of a corona discharge device. <P>SOLUTION: In this corona discharge device including two piezo-electric transformers of a high-potential side piezo-electric transformer connected to a voltage applying side and a low-potential side piezo-electric transformer connected to the GND side, the piezo-electric transformer having a lower resonance frequency is used as the low-potential side piezo-electric transformer to reduce the difference in power loss, thus enabling a usable dispersion range of the resonance frequencies of the piezo-electric transformers to be extended. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、コロナ放電によりイオンやオゾンを発生さるコロナ放電装置に関する発明である。 The present invention relates to a corona discharge device that generates ions and ozone by corona discharge.

このようなコロナ放電装置は、放電電極に高電圧を印加し、放電電極の近傍にコロナ放電を起こすことでイオンやオゾンを発生させている。従来、放電電極に高電圧を印加する高電圧発生部には巻線トランスが使用されているが、巻線トランスの２次側に高電圧を発生させるため、２次巻線の巻数を非常に大きくしなければならない。このため、巻線トランスの形状が大きくなると同時に、巻線部分でのショートや断線の故障が起こりやすいという問題を抱えている。また、巻線トランスの形状が大きくなることからコロナ放電装置の高電圧発生部も大型になるため、高電圧発生部を別設置として、放電電極と高電圧発生部との間は高圧ケーブルで接続する方式が取られ、施工性、安全性の面で取り扱いにくいものであった（例えば、特許文献１参照。）。 Such a corona discharge apparatus generates ions and ozone by applying a high voltage to the discharge electrode and causing corona discharge in the vicinity of the discharge electrode. Conventionally, a winding transformer is used for a high voltage generating portion that applies a high voltage to the discharge electrode. However, in order to generate a high voltage on the secondary side of the winding transformer, the number of turns of the secondary winding is very large. Must be bigger. For this reason, the shape of the winding transformer becomes large, and at the same time, there is a problem that a short circuit or disconnection failure easily occurs in the winding portion. In addition, since the shape of the winding transformer is large, the high voltage generator of the corona discharge device is also large, so the high voltage generator is installed separately, and the discharge electrode and high voltage generator are connected with a high voltage cable. It was difficult to handle in terms of workability and safety (for example, see Patent Document 1).

この巻線トランスを使用した方式では困難であった高電圧発生部の小型化を実現するため、最近では圧電トランスが用いられるようになってきている。圧電トランスは入力部と出力部とを有する圧電セラミックスで、その寸法で決まる共振周波数近傍の交流電圧、または正弦波の半波波形状の電圧を入力部に印加することにより、出力部からは交流の高電圧が発生するものである。 In recent years, a piezoelectric transformer has been used in order to reduce the size of the high voltage generator, which has been difficult with the method using the winding transformer. Piezoelectric transformers are piezoelectric ceramics that have an input part and an output part. By applying an AC voltage near the resonance frequency determined by the dimensions or a half-wave voltage of a sine wave to the input part, an AC is generated from the output part. High voltage is generated.

この圧電トランスは出力インピーダンスが高いため、出力に接続される負荷が軽い場合には、小さな形状でもコロナ放電に必要な高電圧を発生させることができるが、出力に接続される負荷が重い場合には、出力インピーダンスによる電圧降下が大きくなり、小さな形状の圧電トランスではコロナ放電に必要な高電圧が出せないという問題があった。 This piezoelectric transformer has a high output impedance, so if the load connected to the output is light, the high voltage necessary for corona discharge can be generated even with a small shape, but if the load connected to the output is heavy. However, the voltage drop due to the output impedance becomes large, and there is a problem that a high voltage necessary for corona discharge cannot be produced with a small-sized piezoelectric transformer.

このため、出力に接続される負荷が重くなってもコロナ放電に必要な高電圧を発生させるためには、圧電トランスの形状を大きくするか、複数の圧電トランスを入力部、出力部とも並列に接続するという方法がとられている。圧電トランスの形状を大きくすると耐衝撃性などの機械的な強度が弱まることと、製作する上でも難しくなってくることから、一般的に長さは５０ｍｍ程度が実用的な上限となっている。そのため、長さ５０ｍｍ程度以下の圧電トランスを入力部、出力部とも並列に接続することで、負荷が重くなってもコロナ放電に必要な高電圧を発生させる方法が取られている（例えば、特許文献２参照。）。 For this reason, in order to generate the high voltage necessary for corona discharge even when the load connected to the output becomes heavy, the shape of the piezoelectric transformer is increased, or a plurality of piezoelectric transformers are connected in parallel with the input unit and the output unit. The method of connecting is taken. When the shape of the piezoelectric transformer is increased, mechanical strength such as impact resistance is weakened and it is difficult to manufacture the piezoelectric transformer. Therefore, a length of about 50 mm is generally a practical upper limit. Therefore, a method has been adopted in which a piezoelectric transformer having a length of about 50 mm or less is connected in parallel to both the input unit and the output unit to generate a high voltage necessary for corona discharge even when the load becomes heavy (for example, a patent Reference 2).

ところが、複数の圧電トランスを入力部、出力部とも並列に接続すると、すべての圧電トランスが同一の周波数と同一の電圧で駆動されるため、個々の圧電トランスの共振周波数にばらつきが生じている場合には、個々の圧電トランスで出力電圧に差が生じる。この出力電圧の異なる圧電トランスの出力どうしを接続するため、一部の圧電トランスは他の圧電トランスの負荷となり自らは軽い負荷の状態で駆動され、一部の圧電トランスは他の圧電トランスを負荷として重い負荷の状態で駆動されることになる。このため、重い負荷の状態で駆動される圧電トランスに出力電力が集中してその圧電トランスの発熱が増大し、性能低下や破損が引き起こされるという問題があった。 However, when a plurality of piezoelectric transformers are connected in parallel to both the input and output sections, all the piezoelectric transformers are driven with the same frequency and the same voltage, and therefore the resonance frequency of each piezoelectric transformer varies. Causes a difference in output voltage between individual piezoelectric transformers. In order to connect the outputs of piezoelectric transformers with different output voltages, some of the piezoelectric transformers are loaded with other piezoelectric transformers and are driven with light loads, and some of the piezoelectric transformers load other piezoelectric transformers. As a heavy load. For this reason, there is a problem that the output power is concentrated on the piezoelectric transformer driven in a heavy load state, heat generation of the piezoelectric transformer increases, and performance is deteriorated or damaged.

また、圧電トランスの駆動回路部としては、インダクタンス成分Ｌに電流として蓄えるエネルギーを圧電トランスの入力容量成分Ｃとで構成するＬＣ共振により、正弦波の半波波形状の電圧として圧電トランスの入力部に印加する方式が広く用いられている。複数の圧電トランスの入力部を並列に接続した場合は、圧電トランスの入力容量成分Ｃが大きくなるため、インダクタンス成分Ｌを小さくしてＬＣ共振の周波数を一定に保つことが必要になる。インダクタンス成分Ｌを小さくしても蓄えるエネルギーを減らさないためには、インダクタンス成分Ｌに流す電流を大きくしなければならない。このため、インダクタンス成分Ｌに電流としてエネルギーを蓄えるためのトランジスタやＦＥＴといった半導体スイッチ素子に大きな電流を流すので、そこでの電力損失が増加してしまうという問題もあった。 Also, as a drive circuit unit of the piezoelectric transformer, an input portion of the piezoelectric transformer is formed as a sine half-wave voltage by LC resonance in which energy stored as an electric current in the inductance component L is composed of an input capacitance component C of the piezoelectric transformer. The method of applying to is widely used. When the input portions of a plurality of piezoelectric transformers are connected in parallel, the input capacitance component C of the piezoelectric transformer increases, so it is necessary to keep the frequency of LC resonance constant by reducing the inductance component L. In order not to reduce the stored energy even if the inductance component L is reduced, the current flowing through the inductance component L must be increased. For this reason, since a large current flows through a semiconductor switch element such as a transistor or FET for storing energy as current in the inductance component L, there is also a problem that power loss increases there.

この対策としては、複数の圧電トランスを厚さを大きくした一つの圧電トランスにして入力容量成分Ｃを減らすことや、複数の圧電トランスの入力部を直列に接続して入力容量成分Ｃを減らすことが考えられる。圧電トランスを厚さの大きい形状にした場合は、厚さが大きくなることで不要な振動モードが発生して異常振動が起こったり、圧電トランスの重さが増して保持部分が弱くなる、複数にする場合に比べ表面積が減って放熱性が悪化するなどの問題がある。 As countermeasures, the input capacitance component C is reduced by making a plurality of piezoelectric transformers into one piezoelectric transformer with increased thickness, or the input capacitance component C is reduced by connecting the input portions of the plurality of piezoelectric transformers in series. Can be considered. If the piezoelectric transformer has a large thickness, an unnecessary vibration mode occurs due to the increased thickness, causing abnormal vibration, or the weight of the piezoelectric transformer increases and the holding part weakens. When compared with the case, there is a problem that the surface area is reduced and heat dissipation is deteriorated.

また、複数の圧電トランスの入力部を直列に接続する場合は、出力部の適切な接続方法が見いだせていない。例えば、複数の圧電トランスの入力部を直列に接続した状態で出力部をそのまま並列に接続すると、個々の圧電トランスは、駆動回路部からの電圧が印加される側に接続されるもの、駆動回路部のＧＮＤ側に接続されるもの、その中間に接続されるものが存在する状態となる。この状態で出力部が並列に接続されているのであるから、個々の圧電トランスは不均一な接続状態で駆動されることになり、個々の圧電トランスの共振周波数が同一であったとしても、発熱状態は均一にはならず発熱の集中する圧電トランスができてしまうという懸念があるため、実用化を検討されることはなかった。
特開平６−２７６７３８号公報（第４−６頁、第１表、第２表）特開２００１−１０２１９５号公報（第４頁、第２図および第３図） Moreover, when connecting the input part of a some piezoelectric transformer in series, the suitable connection method of an output part has not been found. For example, when the output units are connected in parallel with the input units of a plurality of piezoelectric transformers connected in series, each piezoelectric transformer is connected to the side to which the voltage from the drive circuit unit is applied, the drive circuit There are those connected to the GND side of the part and those connected in the middle. Since the output units are connected in parallel in this state, the individual piezoelectric transformers are driven in an uneven connection state, and even if the resonance frequencies of the individual piezoelectric transformers are the same, heat is generated. Since there was a concern that the state would not be uniform and a piezoelectric transformer with concentrated heat generation would be created, practical application was not studied.
JP-A-6-276738 (page 4-6, Table 1, Table 2) JP 2001-102195 A (page 4, FIGS. 2 and 3)

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、コロナ放電装置の高電圧発生部に使用する複数の圧電トランスについて、使用可能な共振周波数のばらつき範囲を拡げることと、圧電トランスの駆動回路部における電力損失を軽減することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to expand the range of usable resonance frequency variations for a plurality of piezoelectric transformers used in a high-voltage generating unit of a corona discharge device. And reducing power loss in the drive circuit section of the piezoelectric transformer.

上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明によれば、複数個の圧電トランスを、入力部では互いに直列に接続するとともに出力部では並列に接続する。これにより、圧電トランスの入力容量成分Ｃが減少するので、その分駆動回路部のインダクタンス成分Ｌを大きくできる。このため、インダクタンス成分Ｌに流す電流を減らすことができるのでトランジスタやＦＥＴといった半導体スイッチ素子の電力損失を減少させることができるので、コロナ放電装置の消費電力を減らすことができる。 In order to solve the above-described problem, according to the first aspect of the present invention, a plurality of piezoelectric transformers are connected in series to each other at the input section and are connected in parallel at the output section. As a result, the input capacitance component C of the piezoelectric transformer is reduced, so that the inductance component L of the drive circuit unit can be increased accordingly. For this reason, since the electric current which flows into the inductance component L can be reduced, since the power loss of semiconductor switch elements, such as a transistor and FET, can be reduced, the power consumption of a corona discharge apparatus can be reduced.

また、請求項２記載の発明によれば、入力部では互いに直列に接続されるとともに出力部では並列に接続された２個の圧電トランスにおいて、駆動回路部のＧＮＤ側に接続される低電位側の圧電トランスの共振周波数を、駆動回路部の電圧印加側に接続される高電位側の圧電トランスの共振周波数より低いものにする。低電位側の圧電トランスと高電位側の圧電トランスの共振周波数が等しい場合、低電位側の圧電トランスの方が重い負荷の状態で駆動されるため、圧電トランスに流れる共振電流は、低電位側の圧電トランスの方が大きく、電力損失も大きくなる。この対策として、低電位側の圧電トランスに共振周波数の低いものを用いることによって低電位側の圧電トランスに流れる共振電流を低減させて、高電位側の圧電トランスと低電位側の圧電トランスの電力損失を近づけることができる。これは、高電位側の圧電トランスと低電位側の圧電トランスとで共振周波数に差があっても、共振周波数の低い方を低電位側の圧電トランスとすれば、お互いの電力損失の差を軽減できることになり、その分許容できる共振周波数のばらつき範囲を拡げることができるので、コロナ放電装置の生産効率を向上させることができる。 According to the second aspect of the present invention, in the two piezoelectric transformers connected in series in the input unit and in parallel in the output unit, the low potential side connected to the GND side of the drive circuit unit The resonance frequency of the piezoelectric transformer is set to be lower than the resonance frequency of the piezoelectric transformer on the high potential side connected to the voltage application side of the drive circuit section. When the resonance frequency of the low-potential side piezoelectric transformer and the high-potential side piezoelectric transformer is equal, the low-potential side piezoelectric transformer is driven with a heavier load. The piezoelectric transformer is larger and the power loss is larger. As a countermeasure, the resonance current flowing in the low potential side piezoelectric transformer is reduced by using a low potential side piezoelectric transformer with a low resonance frequency, and the power of the high potential side piezoelectric transformer and the low potential side piezoelectric transformer is reduced. Loss can be approached. Even if there is a difference in resonance frequency between the piezoelectric transformer on the high potential side and the piezoelectric transformer on the low potential side, if the lower resonance frequency is used as the piezoelectric transformer on the low potential side, the difference in power loss between each other can be reduced. As a result, the allowable range of variation in the resonance frequency can be expanded, so that the production efficiency of the corona discharge device can be improved.

また、請求項３記載の発明によれば、入力部では互いに直列に接続されるとともに出力部では並列に接続された２個の圧電トランスにおいて、駆動回路部のＧＮＤ側に接続される低電位側の圧電トランスと、駆動回路部の電圧印加側に接続される高電位側の圧電トランスとの接続をスイッチなどの切り替え手段により入れ替えができるようにするので、２個の圧電トランスを製品に組み付けした後でも、動作状態を見ながら、切り替え手段によりどちらを高電位側の圧電トランスとし、どちらを低電位側の圧電トランスとするかの設定ができるので、前もって高電位側用の圧電トランスと低電位側用の圧電トランスとを共振周波数で区分しておく必要がなくなり、コロナ放電装置を組み立てた後でも最適な性能の状態に設定することができるため、圧電トランスの誤搭載が防止され、コロナ放電装置の生産効率をさらに向上させることができる。 According to the third aspect of the present invention, in the two piezoelectric transformers connected in series in the input unit and in parallel in the output unit, the low potential side connected to the GND side of the drive circuit unit The piezoelectric transformer and the high-potential side piezoelectric transformer connected to the voltage application side of the drive circuit section can be switched by a switching means such as a switch. Later, while observing the operating state, it is possible to set which one is the high potential side piezoelectric transformer and which is the low potential side piezoelectric transformer by switching means. It is not necessary to separate the piezoelectric transformer for the side by the resonance frequency, and it is possible to set the optimum performance state even after the corona discharge device is assembled. Because, erroneous mounting of the piezoelectric transformer can be prevented, it is possible to further improve the production efficiency of the corona discharge apparatus.

また、請求項４記載の発明によれば、前記高電位側の圧電トランスの共振周波数は前記低電位側の圧電トランスの共振周波数より０．３％〜０．４％の範囲で低いことを特徴とする。高電位側の圧電トランスと低電位側の圧電トランスとで共振周波数に差があっても、共振周波数の低い方を低電位側の圧電トランスとして、０．３％〜０．４％の範囲で低いとすれば、この周波数領域でもお互いの電力損失の差を２５％以下にできるので、温度上昇を４０ｄｅｇ以下、個々の圧電トランスの温度差を１０ｄｅｇ以下に抑えることができる。 According to a fourth aspect of the present invention, the resonance frequency of the high potential side piezoelectric transformer is lower than the resonance frequency of the low potential side piezoelectric transformer by 0.3% to 0.4%. And Even if there is a difference in resonance frequency between the piezoelectric transformer on the high potential side and the piezoelectric transformer on the low potential side, the lower resonance frequency is set as the low potential side piezoelectric transformer in the range of 0.3% to 0.4%. If it is low, the difference in power loss between each other can be reduced to 25% or less even in this frequency region, so that the temperature rise can be suppressed to 40 deg or less and the temperature difference between individual piezoelectric transformers can be suppressed to 10 deg or less.

請求項１記載の本発明によれば、複数個の圧電トランスを、入力部では互いに直列に接続するとともに出力部では並列に接続するので、圧電トランスの入力容量成分Ｃが減少し、その分駆動回路部のインダクタンス成分Ｌを大きくして、インダクタンス成分Ｌに流す電流を減らすことができる。このため、駆動回路部のトランジスタやＦＥＴといった半導体スイッチ素子の電力損失を減少させ、消費電力の少ないコロナ放電装置を提供できるという効果がある。 According to the first aspect of the present invention, since a plurality of piezoelectric transformers are connected in series at the input unit and connected in parallel at the output unit, the input capacitance component C of the piezoelectric transformer is reduced and driven accordingly. By increasing the inductance component L of the circuit portion, the current flowing through the inductance component L can be reduced. For this reason, there is an effect that it is possible to reduce the power loss of the semiconductor switch elements such as the transistors and FETs of the drive circuit section and to provide a corona discharge device with low power consumption.

また、請求項２記載の発明によれば、入力部では互いに直列に接続されるとともに出力部では並列に接続された２個の圧電トランスにおいて、駆動回路部のＧＮＤ側に接続される低電位側の圧電トランスの共振周波数を、駆動回路部の電圧印加側に接続される高電位側の圧電トランスの共振周波数より低いものにすることで、お互いの電力損失の差を軽減することができるので、その分使用できる共振周波数のばらつき範囲が拡がり、コロナ放電装置の生産効率が向上するという効果がある。 According to the second aspect of the present invention, in the two piezoelectric transformers connected in series in the input unit and in parallel in the output unit, the low potential side connected to the GND side of the drive circuit unit By making the resonance frequency of the piezoelectric transformer lower than the resonance frequency of the piezoelectric transformer on the high potential side connected to the voltage application side of the drive circuit unit, the difference in power loss between each other can be reduced. The variation range of the resonance frequency that can be used is expanded accordingly, and the production efficiency of the corona discharge device is improved.

また、請求項３記載の発明によれば、入力部では互いに直列に接続されるとともに出力部では並列に接続された２個の圧電トランスにおいて、駆動回路部のＧＮＤ側に接続される低電位側の圧電トランスと、駆動回路部の電圧印加側に接続される高電位側の圧電トランスとの接続をスイッチなどの切り替え手段により入れ替えができるようにするので、前もって高電位側用の圧電トランスと低電位側用の圧電トランスとを共振周波数で区分しておく必要がなくって、コロナ放電装置の生産効率をさらに向上させることができるという効果がある。 According to the third aspect of the present invention, in the two piezoelectric transformers connected in series in the input unit and in parallel in the output unit, the low potential side connected to the GND side of the drive circuit unit The connection between the piezoelectric transformer and the high potential side piezoelectric transformer connected to the voltage application side of the drive circuit section can be switched by a switching means such as a switch. There is no need to separate the piezoelectric transformer for the potential side by the resonance frequency, and the production efficiency of the corona discharge device can be further improved.

また、請求項４記載の発明によれば、前記高電位側の圧電トランスの共振周波数は前記低電位側の圧電トランスの共振周波数より０．３％〜０．４％の範囲で低いことを特徴とする。高電位側の圧電トランスと低電位側の圧電トランスとで共振周波数に差があっても、共振周波数の低い方を低電位側の圧電トランスとして、０．３％〜０．４％の範囲で低いとすれば、この周波数領域でもお互いの電力損失の差を２５％以下にできるので、温度上昇を４０ｄｅｇ以下、個々の圧電トランスの温度差を１０ｄｅｇ以下に抑えることができる。 According to a fourth aspect of the present invention, the resonance frequency of the high potential side piezoelectric transformer is lower than the resonance frequency of the low potential side piezoelectric transformer by 0.3% to 0.4%. And Even if there is a difference in resonance frequency between the piezoelectric transformer on the high potential side and the piezoelectric transformer on the low potential side, the lower resonance frequency is set as the low potential side piezoelectric transformer in the range of 0.3% to 0.4%. If it is low, the difference in power loss between each other can be reduced to 25% or less even in this frequency region, so that the temperature rise can be suppressed to 40 degrees or less, and the temperature difference between individual piezoelectric transformers can be suppressed to 10 degrees or less.

実施例１で示すように、直流電源部１、発振回路部２、帰還回路部３、駆動回路部４、高電位側の圧電トランス５、低電位側の圧電トランス６、放電電極７と切り替えスイッチ部１２で構成し、切り替えスイッチ部１２で２個の圧電トランスのうち、共振周波数の低い方を低電位側の圧電トランスとして設定する形態が望ましい。 As shown in the first embodiment, a DC power supply unit 1, an oscillation circuit unit 2, a feedback circuit unit 3, a drive circuit unit 4, a high-potential side piezoelectric transformer 5, a low-potential side piezoelectric transformer 6, a discharge electrode 7, and a changeover switch It is preferable that the configuration is configured by the unit 12 and the changeover switch unit 12 sets the lower one of the two piezoelectric transformers as the low potential side piezoelectric transformer.

図１に、本発明のコロナ放電装置の実施例１を示す。本コロナ放電装置は、直流電源部１、発振回路部２、帰還回路部３、駆動回路部４、高電位側の圧電トランス５、低電位側の圧電トランス６、放電電極７と切り替えスイッチ部１２から構成されている。駆動回路部４はＦＥＴ８とインダクタ９、コンデンサ１０で構成されており、発振回路部２の出力でＦＥＴ８をＯＮ、ＯＦＦし、ＦＥＴ８のＯＮ期間にインダクタ９にエネルギーを電流として蓄積し、ＯＦＦ期間にインダクタ９から入力部が直列に接続された圧電トランス５と圧電トランス６の入力部に正弦波の半波波形状の電圧として印加される。正弦波の半波波形状の電圧は、インダクタンス成分Ｌと、前記入力部が直列に接続された圧電トランス５と圧電トランス６の入力容量成分とコンデンサ１０との合成容量成分ＣとのＬＣ共振によって作られる。図２に前記入力部が直列に接続された圧電トランス５と圧電トランス６の入力部に印加される正弦波の半波波形状の電圧の波形の例を示す。コンデンサ１０は正弦波の半波波形状の電圧の波形調整用であって、歪みの少ない波形を得るためのものである。前記入力部が直列に接続された圧電トランス５と圧電トランス６は入力部に印加された電圧によって駆動されて出力部に高電圧を発生する。帰還回路部３によって圧電トランスの出力状態を発振回路部２に帰還して最適な動作状態を維持する。切り替えスイッチ部１２は２個の圧電トランスのどちらを高電位側にし、どちらを低電位側にするかを設定するもので、出力電圧が高くなる方を選定すればよい。 FIG. 1 shows a first embodiment of the corona discharge device of the present invention. The corona discharge device includes a DC power supply unit 1, an oscillation circuit unit 2, a feedback circuit unit 3, a drive circuit unit 4, a high potential side piezoelectric transformer 5, a low potential side piezoelectric transformer 6, a discharge electrode 7, and a changeover switch unit 12. It is composed of The drive circuit unit 4 includes an FET 8, an inductor 9, and a capacitor 10. The FET 8 is turned ON / OFF by the output of the oscillation circuit unit 2, and energy is stored as current in the inductor 9 during the ON period of the FET 8. A sinusoidal half-wave voltage is applied from the inductor 9 to the input parts of the piezoelectric transformer 5 and the piezoelectric transformer 6 whose input parts are connected in series. The sinusoidal half-wave voltage is generated by the LC resonance of the inductance component L and the combined capacitance component C of the piezoelectric transformer 5 and the piezoelectric transformer 6 in which the input unit is connected in series and the capacitor 10. Made. FIG. 2 shows an example of a waveform of a sine wave half-wave voltage applied to the input parts of the piezoelectric transformer 5 and the piezoelectric transformer 6 in which the input parts are connected in series. The capacitor 10 is for adjusting the waveform of a sine half-wave voltage, and is used to obtain a waveform with less distortion. The piezoelectric transformer 5 and the piezoelectric transformer 6 having the input units connected in series are driven by a voltage applied to the input unit to generate a high voltage at the output unit. The feedback circuit unit 3 feeds back the output state of the piezoelectric transformer to the oscillation circuit unit 2 to maintain the optimum operation state. The change-over switch unit 12 sets which of the two piezoelectric transformers is set to the high potential side and which is set to the low potential side, and the one that increases the output voltage may be selected.

本発明によるコロナ放電装置と従来のコロナ放電装置とをシミュレーションにより比較するため、図３〜図５に示す条件設定を行った。 In order to compare the corona discharge device according to the present invention with the conventional corona discharge device by simulation, the conditions shown in FIGS. 3 to 5 were set.

図３は、図１のコロナ放電装置において、圧電トランスの内部回路を含む等価回路で表したものである。圧電トランスは交流電源１６により駆動されるものとした。高電位側の圧電トランス５と低電位側の圧電トランス６の２個の圧電トランスの等価回路定数としては、入力容量成分Ｃ０１、Ｃ０２を１１００ｐＦ、直列共振インダクタンス成分Ｌ１１、Ｌ１２を４７ｍＨ、直列共振容量成分Ｃ１１、Ｃ１２を７０ｐＦ、直列共振抵抗成分Ｒ１１、Ｒ１２を２０Ωとした。また、圧電トランスの出力容量を１２ｐＦ、放電電極の負荷は１００ＭΩと７ｐＦの並列とした。これを圧電トランスの１次、２次間の変成比を６として１次側に換算して、出力容量成分Ｃ２１、Ｃ２２を４３２ｐＦ、負荷抵抗成分ＲＬを２．７８ＭΩ、負荷容量成分ＣＬを２５２ｐＦとしている。Ｒ０１、Ｒ０２は直流バイアス設定用の抵抗で、ここでは１００ＭΩとした。 FIG. 3 shows an equivalent circuit including the internal circuit of the piezoelectric transformer in the corona discharge device of FIG. The piezoelectric transformer was driven by an AC power supply 16. The equivalent circuit constants of the two piezoelectric transformers, the high-potential-side piezoelectric transformer 5 and the low-potential-side piezoelectric transformer 6, are 1100 pF for the input capacitance components C01 and C02, 47 mH for the series resonance inductance components L11 and L12, and the series resonance capacitance. Components C11 and C12 were set to 70 pF, and series resonance resistance components R11 and R12 were set to 20Ω. The output capacity of the piezoelectric transformer was 12 pF, and the load of the discharge electrode was 100 MΩ and 7 pF in parallel. This is converted to the primary side with a transformation ratio between primary and secondary of the piezoelectric transformer as 6, and the output capacitance components C21 and C22 are 432 pF, the load resistance component RL is 2.78 MΩ, and the load capacitance component CL is 252 pF. Yes. R01 and R02 are DC bias setting resistors, which are 100 MΩ here.

図４は、従来のコロナ放電装置の構成図で、圧電トランスは入力部、出力部とも並列に接続されたものである。また、図５は、圧電トランスの等価回路定数および負荷の定数をを前記図３と同じにしたときの等価回路である。 FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional corona discharge device, in which a piezoelectric transformer is connected in parallel to an input unit and an output unit. FIG. 5 is an equivalent circuit when the equivalent circuit constant and load constant of the piezoelectric transformer are the same as those in FIG.

図６は、図３および図５の等価回路において、出力電圧を一定として、Ｃ１２を大きくして２個の圧電トランスの共振周波数に差をつけた場合の、各圧電トランスの電力損失の差をシミュレーションにより求めたものである。図３においては、低電位側の圧電トランスの共振周波数を下げていった状態としている。 FIG. 6 shows the difference in power loss between the piezoelectric transformers in the equivalent circuits of FIGS. 3 and 5 when the output voltage is constant and C12 is increased to give a difference between the resonance frequencies of the two piezoelectric transformers. It is obtained by simulation. In FIG. 3, the resonance frequency of the piezoelectric transformer on the low potential side is lowered.

一般的に複数の圧電トランスを使用する場合には、温度上昇を４０ｄｅｇ以下、個々の圧電トランスの温度差を１０ｄｅｇ以下に抑えるのが望ましいとされている。温度上昇と電力損失はほぼ比例しているので、電力損失の差では２５％以下にすることが望ましいことになる。これを図６で見ると、圧電トランスの入力部を並列接続にした場合の曲線３１からは、共振周波数の差を０．３％以下にしなければならないことが読みとれるが、入力部を直列接続にして低電位側の圧電トランスに共振周波数の低いものを使用する場合の曲線３２からは、０．４％程度まで許容範囲を拡げることができることがわかる。 In general, when a plurality of piezoelectric transformers are used, it is desirable to suppress the temperature rise to 40 deg or less and the temperature difference between individual piezoelectric transformers to 10 deg or less. Since the temperature rise and power loss are almost proportional, it is desirable that the difference in power loss is 25% or less. When this is seen in FIG. 6, it can be seen from the curve 31 when the input part of the piezoelectric transformer is connected in parallel that the difference in resonance frequency must be 0.3% or less, but the input part is connected in series. From the curve 32 in the case of using a low-potential-side piezoelectric transformer having a low resonance frequency, it can be seen that the allowable range can be expanded to about 0.4%.

図７に本発明の実施例２を示す。本実施例２は、実施例１のインダクタ９を降圧用のオートトランス１３に置き換えたもので、直流電源部１の電圧が必要とする電圧以上に高い場合に、入力部が直列に直列に接続された圧電トランス５と圧電トランス６の入力部に印加する電圧を下げる目的に使用する。 FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention. In this second embodiment, the inductor 9 of the first embodiment is replaced with a step-down autotransformer 13. When the voltage of the DC power supply unit 1 is higher than a required voltage, the input units are connected in series in series. The piezoelectric transformer 5 and the piezoelectric transformer 6 are used for the purpose of lowering the voltage applied to the input section.

図８に本発明の実施例３を示す。本実施例３は、実施例１のインダクタ９を昇圧用のオートトランス１４に置き換えたもので、直流電源１の電圧が必要とする電圧に満たない場合に、入力部が直列に直列に接続された圧電トランス５と圧電トランス６の入力部に印加する電圧を上げる目的に使用する。 FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention. In this third embodiment, the inductor 9 of the first embodiment is replaced with a boosting autotransformer 14, and when the voltage of the DC power supply 1 is less than the required voltage, the input units are connected in series in series. It is used to increase the voltage applied to the input parts of the piezoelectric transformer 5 and the piezoelectric transformer 6.

図９に本発明の実施例４を示す。本実施例４は、複数の圧電トランス部２３を入力部で直列に接続し、出力部では並列に接続するものである。この場合には、前記の切り替えスイッチ部１２は用いず、圧電トランスはＧＮＤ側から共振周波数の低い順番に接続することが必要ではあるが、駆動回路部の電力損失を低減する上では有効である。 FIG. 9 shows a fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, a plurality of piezoelectric transformer sections 23 are connected in series at the input section and connected in parallel at the output section. In this case, the changeover switch unit 12 is not used, and the piezoelectric transformer is required to be connected in order of decreasing resonance frequency from the GND side, but it is effective in reducing the power loss of the drive circuit unit. .

本発明は、イオンやオゾンを発生させるコロナ放電装置を小型化し、消費電力を低減する手段として有効に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be effectively used as a means for reducing the power consumption by reducing the size of a corona discharge device that generates ions and ozone.

本発明のコロナ放電装置の実施例１の回路図である。It is a circuit diagram of Example 1 of the corona discharge device of the present invention. 本発明のコロナ放電装置で、圧電トランスに印加される正弦波の半波波形状の電圧波形を示す図である。It is a figure which shows the voltage waveform of the half-wave shape of the sine wave applied to a piezoelectric transformer with the corona discharge apparatus of this invention. 本発明のコロナ放電装置の実施例１の圧電トランスの等価回路を含んだ回路図である。It is a circuit diagram containing the equivalent circuit of the piezoelectric transformer of Example 1 of the corona discharge apparatus of this invention. 従来のコロナ放電装置の回路図である。It is a circuit diagram of the conventional corona discharge apparatus. 従来のコロナ放電装置の圧電トランスの等価回路を含んだ回路図である。It is a circuit diagram including the equivalent circuit of the piezoelectric transformer of the conventional corona discharge apparatus. ２個の圧電トランスの電力損失を、従来のコロナ放電装置と本発明のコロナ放電装置でシミュレーションによって比較した図である。It is the figure which compared the power loss of two piezoelectric transformers by simulation with the conventional corona discharge apparatus and the corona discharge apparatus of this invention. 本発明のコロナ放電装置の実施例２の回路図である。It is a circuit diagram of Example 2 of the corona discharge device of the present invention. 本発明のコロナ放電装置の実施例３の回路図である。It is a circuit diagram of Example 3 of the corona discharge device of the present invention. 本発明のコロナ放電装置の実施例４の回路図である。It is a circuit diagram of Example 4 of the corona discharge device of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…直流電源部、２…発振回路部、３…帰還回路部、４…駆動回路部
５、６、２１、２２…圧電トランス、７…放電電極、８…ＦＥＴ、９…インダクタ
１０…コンデンサ、１２…切り替えスイッチ部、１３…降圧用オートトランス
１４…昇圧用オートトランス、１５ａ、１５ｂ…抵抗、１６…交流電源
２３…複数の圧電トランス部、２４…複数の抵抗部
３１…圧電トランスの入力部を並列接続したときの電力損失の差を示す曲線
３２…圧電トランスの入力部を直列接続したときの電力損失の差を示す曲線

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... DC power supply part, 2 ... Oscillation circuit part, 3 ... Feedback circuit part, 4 ... Drive circuit part 5, 6, 21, 22 ... Piezoelectric transformer, 7 ... Discharge electrode, 8 ... FET, 9 ... Inductor 10 ... Capacitor, DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Changeover switch part, 13 ... Step-down autotransformer 14 ... Step-up autotransformer, 15a, 15b ... Resistance, 16 ... AC power supply 23 ... Plural piezoelectric transformer part, 24 ... Plural resistance part 31 ... Input part of piezoelectric transformer A curve showing the difference in power loss when the two are connected in parallel. 32 ... A curve showing the difference in power loss when the input parts of the piezoelectric transformer are connected in series

Claims

交流電圧または正弦波の半波波形状の電圧を発生させる駆動回路部と、前記駆動回路部から印加される電圧により高電圧を発生する圧電トランスと、前記圧電トランスの出力に接続されコロナ放電を発生させる放電電極とを有するコロナ放電装置において、前記駆動回路部に対して、複数の圧電トランスが前記圧電トランスの入力部においては電気的に直列に接続されるとともに、前記放電電極に対しては、前記圧電トランスの出力部と電気的に並列に接続されていることを特徴とするコロナ放電装置。 A drive circuit unit that generates an AC voltage or a sine-wave half-wave voltage, a piezoelectric transformer that generates a high voltage by the voltage applied from the drive circuit unit, and a corona discharge connected to the output of the piezoelectric transformer. In the corona discharge device having a discharge electrode to be generated, a plurality of piezoelectric transformers are electrically connected in series at the input part of the piezoelectric transformer to the drive circuit unit, and The corona discharge device is electrically connected in parallel with the output portion of the piezoelectric transformer.

請求項１記載のコロナ放電装置において、前記圧電トランスは、前記駆動回路部のＧＮＤ側に接続される低電位側の圧電トランスと、前記駆動回路部の電圧印加側に接続される高電位側の圧電トランスとの２個で構成されるとともに、前記低電位側の圧電トランスの共振周波数は前記高電位側の圧電トランスの共振周波数より低いこと特徴とするコロナ放電装置。 2. The corona discharge device according to claim 1, wherein the piezoelectric transformer includes a low-potential-side piezoelectric transformer connected to the GND side of the drive circuit unit and a high-potential side connected to the voltage application side of the drive circuit unit. A corona discharge device comprising two piezoelectric transformers, wherein a resonance frequency of the piezoelectric transformer on the low potential side is lower than a resonance frequency of the piezoelectric transformer on the high potential side.

請求項１記載のコロナ放電装置において、前記圧電トランスは、前記駆動回路部のＧＮＤ側に接続される低電位側の圧電トランスと、前記駆動回路部の電圧印加側に接続される高電位側の圧電トランスとの２個で構成されるとともに、前記２個の圧電トランスのどちらを前記高電位側の圧電トランスとし、どちらを前記低電位側の圧電トランスとするかを選択する切替え手段を設けたことを特徴とするコロナ放電装置。 2. The corona discharge device according to claim 1, wherein the piezoelectric transformer includes a low-potential-side piezoelectric transformer connected to the GND side of the drive circuit unit and a high-potential side connected to the voltage application side of the drive circuit unit. In addition to two piezoelectric transformers, there is provided switching means for selecting which of the two piezoelectric transformers is the high potential side piezoelectric transformer and which is the low potential side piezoelectric transformer. A corona discharge device characterized by that.

請求項２記載のコロナ放電装置において、前記高電位側の圧電トランスの共振周波数は前記低電位側の圧電トランスの共振周波数より０．３％〜０．４％の範囲で低いことを特徴とするコロナ放電装置。

3. The corona discharge device according to claim 2, wherein a resonance frequency of the high potential side piezoelectric transformer is lower in a range of 0.3% to 0.4% than a resonance frequency of the low potential side piezoelectric transformer. Corona discharge device.