JP2009193847A - 電圧印加回路と、それを用いたイオン発生装置および電気機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】正イオンと負イオンの中和を抑制することが可能なイオン発生装置を提供する。
【解決手段】このイオン発生装置では、負イオン発生モード時は、スイッチング素子9がオンしてイオン発生素子13で負イオンが発生し、正イオン発生モード時は、スイッチング素子10がオンしてイオン発生素子14で正イオンが発生し、正負イオン発生モード時は、スイッチング素子9,10が交互にオンしてイオン発生素子13,14で負イオンと正イオンを交互に発生する。したがって、負イオンと正イオンを異なるタイミングで発生するので、負イオンと正イオンの中和を抑制できる。
【選択図】図1
【解決手段】このイオン発生装置では、負イオン発生モード時は、スイッチング素子9がオンしてイオン発生素子13で負イオンが発生し、正イオン発生モード時は、スイッチング素子10がオンしてイオン発生素子14で正イオンが発生し、正負イオン発生モード時は、スイッチング素子9,10が交互にオンしてイオン発生素子13,14で負イオンと正イオンを交互に発生する。したがって、負イオンと正イオンを異なるタイミングで発生するので、負イオンと正イオンの中和を抑制できる。
【選択図】図1
Description
この発明は電圧印加回路と、それを用いたイオン発生装置および電気機器に関し、特に、イオン発生器に電圧を印加してイオンを発生させる電圧印加回路と、それを用いたイオン発生装置および電気機器に関する。
従来より、正および負方向に振動する波形のインパルス状電圧をイオン発生素子に印加することにより、正イオンと負イオンの両方を発生するイオン発生装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。このようなイオン発生装置はたとえば空気調和機内に設けられ、ファンによって空気中に放出された両極性のイオンは、空気中の浮遊カビ菌やウィルスの周りを取り囲んで不活性化させる。
特開2007−234461号公報
しかし、従来のイオン発生装置では、正イオンと負イオンを同時に発生していたので、正イオンと負イオンが中和し、イオン発生量が低下するという問題があった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、正イオンと負イオンの中和を抑制することが可能な電圧印加回路と、それを用いたイオン発生装置および電気機器を提供することである。
この発明に係る電圧印加回路は、イオン発生器に電圧を印加してイオンを発生させる電圧印加回路であって、正および負方向に振動する波形のインパルス状電圧を発生するインパルス発生回路と、第1のモード時は、インパルス状電圧を整流して正電圧を生成し、その正電圧をイオン発生器に印加して正イオンを発生させ、第2のモード時は、インパルス状電圧を整流して負電圧を生成し、その負電圧をイオン発生器に印加して負イオンを発生させる整流回路とを備えたものである。
好ましくは、第1および第2のモードは交互に実行される。
また好ましくは、インパルス発生回路は、トランスと、コンデンサと、コンデンサを充電させる充電回路と、充電回路によって充電されたコンデンサをトランスの1次巻線の端子間に接続して、トランスの2次巻線の端子間にインパルス状電圧を発生させるスイッチング素子とを含む。
また好ましくは、インパルス発生回路は、トランスと、コンデンサと、コンデンサを充電させる充電回路と、充電回路によって充電されたコンデンサをトランスの1次巻線の端子間に接続して、トランスの2次巻線の端子間にインパルス状電圧を発生させるスイッチング素子とを含む。
また好ましくは、イオン発生器は、各々が放電電極とトランスの2次巻線の一方端子に接続された誘電電極とを有する第1および第2のイオン発生素子を含み、整流回路は、第1および第2のダイオードと、第1のモード時は、トランスの2次巻線の他方端子と第1のイオン発生素子の放電電極との間に第1のダイオードを順バイアス方向に接続し、第2のモード時は、トランスの2次巻線の他方端子と第2のイオン発生素子の放電電極との間に第2のダイオードを逆バイアス方向に接続する切換回路とを含む。
また好ましくは、イオン発生器は、放電電極とトランスの2次巻線の一方端子に接続された誘電電極とを有するイオン発生素子を含み、整流回路は、第1および第2のダイオードと、第1のモード時は、トランスの2次巻線の他方端子と放電電極との間に第1のダイオードを順バイアス方向に接続し、第2のモード時は、トランスの2次巻線の他方端子と放電電極との間に第2のダイオードを逆バイアス方向に接続する切換回路とを含む。
また、この発明に係るイオン発生装置は、上記電圧印加回路と、イオン発生器とを備えたものである。
また、この発明に係る電気機器は、上記イオン発生装置と、イオン発生装置で発生したイオンを空気中に送出する送出手段とを備えたものである。
この発明に係る電圧印加回路では、正および負方向に振動する波形のインパルス状電圧を発生するインパルス発生回路と、第1のモード時は、インパルス状電圧を整流して正電圧を生成し、その正電圧をイオン発生器に印加して正イオンを発生させ、第2のモード時は、インパルス状電圧を整流して負電圧を生成し、その負電圧をイオン発生器に印加して負イオンを発生させる整流回路とが設けられる。したがって、正イオンと負イオンを異なるタイミングで発生するので、正イオンと負イオンの中和を抑制することができる。
図1は、この発明の一実施の形態によるイオン発生装置の構成を示す回路図である。図1において、このイオン発生装置は、交流電源1に接続される電圧印加回路2と、電圧印加回路2の出力電圧によって駆動されるイオン発生素子13,14とを備える。交流電源1は、たとえば商用交流電源である。なお、日本では、商用交流電源に接続されたコンセントの2つの端子のうちの一方の端子は接地されている。
電圧印加回路2は、整流ダイオード3、入力抵抗素子4、コンデンサ5、フライホイールダイオード6、トランス駆動用スイッチング素子7、昇圧トランス8、スイッチング素子9,10、および整流ダイオード11,12を含む。トランス駆動用スイッチング素子7としては、双方向導通可能となるトライアックや2端子サイリスタなどが用いられる。
整流ダイオード3、入力抵抗素子4、およびコンデンサ5は、交流電源1の出力端子1aと接地端子1bとの間に直列接続される。トランス駆動用スイッチング素子7および昇圧トランス8の1次巻線8aは、コンデンサ5の端子間に直列接続される。フライホイールダイオード6は、アノードを接地端子1b側にしてコンデンサ5に並列接続される。
また、昇圧トランス8の2次巻線8bの一方端子とイオン発生素子13,14の誘電電極側端子13b,14bとは、ともに接地端子1bに接続される。整流ダイオード11のアノードはイオン発生素子13の放電電極側端子13aに接続され、そのカソードはスイッチング素子9を介して2次巻線8bの他方端子に接続される。整流ダイオード12のカソードはイオン発生素子14の放電電極側端子14aに接続され、そのアノードはスイッチング素子10を介して2次巻線8bの他方端子に接続される。
スイッチング素子9は、負イオンを発生する負イオン発生モード時にオンされる。スイッチング素子10は、正イオンを発生する正イオン発生モード時にオンされる。また、負イオンと正イオンを発生する正負イオン発生モード時は、スイッチング素子9と10は、所定時間ごとに交互にオンされる。
図2(a)はイオン発生素子13の構成を示す平面図であり、図2(b)は図2(a)のIIB−IIB線断面図である。図2(a)(b)において、イオン発生素子13は、針状の放電電極15と、中央部に円形の孔の開いた平板状の誘電電極16とを含む。放電電極15は誘電電極16に対して垂直に配置され、放電電極15の先端部は誘電電極16の孔の中心に配置されている。放電電極15および誘電電極16は、それぞれ放電電極側端子13aおよび誘電電極側端子13bに接続される。
放電電極側端子13aおよび誘電電極側端子13bを介して放電電極15および誘電電極16間に高電圧を印加すると、電極15,16のうちの電界の強い領域だけが局所的に絶縁破壊され、放電電極15の尖った先端部に電離現象が起こり、イオンが発生する。放電電極15および誘電電極16間に負電圧を印加すると負イオンが発生し、放電電極15および誘電電極16間に正電圧を印加すると正イオンが発生する。イオン発生素子14は、イオン発生素子13と同じ構成である。
次に、図1および図2で示したイオン発生装置の動作について説明する。交流電源1の出力電圧により、整流ダイオード3および入力抵抗素子4を介してコンデンサ5が充電される。コンデンサ5の端子間電圧が規定電圧以上になると、トランス駆動用スイッチング素子7がオンして、コンデンサ5の端子間電圧が昇圧トランス8の1次巻線8aに印加され、昇圧トランス8の1次巻線8a側のエネルギーが昇圧トランス8の2次巻線8bに伝達される。また、コンデンサ5に溜まっていた電荷は、トランス駆動用スイッチング素子7および昇圧トランス8の1次巻線8aを介して放電され、コンデンサ5の端子間電圧はゼロに戻る。これに応じてトランス駆動用スイッチング素子7がオフし、再びコンデンサ5が充電され、規定周期でコンデンサ5の充放電が繰り返される。
一方、昇圧トランス8の2次側では、2次巻線8bのインダクタンスおよび抵抗成分と、スイッチング素子9,10の抵抗成分、ダイオード11,12の抵抗成分、イオン発生素子13,14の静電容量などによって共振回路が構成されている。この共振回路では、昇圧トランス8の1次巻線8aから2次巻線8bに伝達されたエネルギーが無くなるまで電流が共振する。
これにより、図3(a)に示すような波形で、正および負方向に振動しながら減衰する振動減衰電圧Vが昇圧トランス8の2次巻線8bに出力される。この振動減衰電圧Vの波形は、昇圧トランス8の2次巻線8bの端子間電圧を接地端子1bを基準にして見た波形であり、第1番目のピークP1は負極性となり、第2番目のピークは正極性となる。また、この電圧Vの振動減衰時間は数十μsecから数百μsecであり、交流電源1から出力される交流電圧の周期(60Hzでは16.7msec、50Hzでは20msec)のレンジから見れば、インパルス的と言える極短時間の幅となる。
負イオン発生モード時は、スイッチング素子9がオンされ、スイッチング素子10がオフされる。この場合は、図3(a)に示した振動減衰電圧Vが負極性であるときに整流ダイオード11が導通し、図3(b)に示すように、振動減衰電圧Vを負方向に整流減衰して得られた電圧V−がイオン発生素子13の放電電極側端子13aに印加される。これにより、イオン発生素子13から負イオンが発生する。
また、正イオン発生モード時は、スイッチング素子10がオンされ、スイッチング素子9がオフされる。この場合は、図3(a)に示した振動減衰電圧Vが正極性であるときに整流ダイオード12が導通し、図3(c)に示すように、振動減衰電圧Vを正方向に整流減衰して得られた電圧V+がイオン発生素子14の放電電極側端子14aに印加される。これにより、イオン発生素子14から正イオンが発生する。
また、正負イオン発生モード時は、スイッチング素子9と10が所定時間ごとに交互にオンされ、負イオンと正イオンが交互に発生される。このとき、負イオンと正イオンが異なるタイミングで、異なるイオン発生素子13,14で生成されるので、負イオンと正イオンの中和を抑制することができ、イオン発生効率の向上を図ることができる。なお、スイッチング素子9のオン期間とスイッチング素子10のオン期間との間に、スイッチング素子9,10を両方ともオフさせる期間を設けてもよい。
図4は、この実施の形態の変更例を示す回路図であって、図1と対比される図である。図4を参照して、この変更例は、図1のイオン発生装置からイオン発生素子14を除去し、整流ダイオード11のアノードと整流ダイオード12のカソードとをともにイオン発生素子13の放電電極側端子13aに接続したものである。
図5は、図4に示したイオン発生装置の正負イオン発生モード時におけるイオン発生素子13の放電電極側端子13aの電圧VCを示すタイムチャートである。図5において、初期状態では、スイッチング素子9,10がともにオフされ、イオンの発生は停止されている。期間T1では、スイッチング素子9がオンされるとともにスイッチング素子10がオフされ、電圧VCは負の減衰電圧となり、イオン発生素子13で負イオンが発生する。次の期間T2では、スイッチング素子9,10がともにオフされ、電圧VCは0Vになってイオンの発生は停止される。
さらに次の期間T3では、スイッチング素子10がオンされるとともにスイッチング素子9がオフされ、電圧VCは正の減衰電圧となり、イオン発生素子13で正イオンが発生する。さらに次の期間T4では、スイッチング素子9,10がともにオフされ、電圧VCは0Vになってイオンの発生は停止される。この変更例では、負イオンと正イオンが異なるタイミングで、生成されるので、負イオンと正イオンの中和を抑制することができ、イオン発生効率の向上を図ることができる。
また、図6は、この実施の形態の他の変更例を示す回路図であって、図4と対比される図である。図6を参照して、この変更例は、図4のイオン発生装置のスイッチング素子9,10を切換スイッチ20で置換したものである。切換スイッチ20の共通端子20cは昇圧トランス8の2次巻線8bの他方端子に接続され、その一方切換端子20aは整流ダイオード11のカソードに接続され、その他方切換端子20bは整流ダイオード12のアノードに接続される。イオン発生素子13で負イオンを発生させる場合は、切換スイッチ20の端子20a,20c間をオンさせる。イオン発生素子13で正イオンを発生させる場合は、切換スイッチ20の端子20b,20c間をオンさせる。この変更例でも、図4の変更例と同じ効果が得られる。
また、図7に示すように、図1、図4または図6で示したイオン発生装置と送風ファン21を電気機器に搭載し、送風ファン21を駆動することにより、イオン発生素子13(および14)で発生した正イオンと負イオンを本体外に送り出すことができる。そして、正イオンと負イオンの作用により空気中のカビや菌を不活性化させ、それらの増殖を抑制することができる。電気機器としては、たとえば、空気調和機、除湿器、加湿器、空気清浄機、冷蔵庫、ファンヒータ、電子レンジ、洗濯乾燥機、掃除機、殺菌装置がある。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 交流電源、1a 出力端子、1b 接地端子、2 電圧印加回路、3,11,12 整流ダイオード、4 入力抵抗素子、5 コンデンサ、6 フライホイールダイオード、7 トランス駆動用スイッチング素子、8 昇圧トランス、8a 1次巻線、8b 2次巻線、9,10 スイッチング素子、13,14 イオン発生素子、13a,14a 放電電極側端子、13b,14b 誘電電極側端子、15 放電電極、16 誘電電極、20 切換スイッチ、20a 一方切換端子、20b 他方切換端子、21 送風ファン。
Claims (7)
- イオン発生器に電圧を印加してイオンを発生させる電圧印加回路であって、
正および負方向に振動する波形のインパルス状電圧を発生するインパルス発生回路と、
第1のモード時は、前記インパルス状電圧を整流して正電圧を生成し、その正電圧を前記イオン発生器に印加して正イオンを発生させ、第2のモード時は、前記インパルス状電圧を整流して負電圧を生成し、その負電圧を前記イオン発生器に印加して負イオンを発生させる整流回路とを備える、電圧印加回路。 - 前記第1および第2のモードは交互に実行される、請求項1に記載の電圧印加回路。
- 前記インパルス発生回路は、
トランスと、
コンデンサと、
前記コンデンサを充電させる充電回路と、
前記充電回路によって充電された前記コンデンサを前記トランスの1次巻線の端子間に接続して、前記トランスの2次巻線の端子間に前記インパルス状電圧を発生させるスイッチング素子とを含む、請求項1または請求項2に記載の電圧印加回路。 - 前記イオン発生器は、各々が放電電極と前記トランスの2次巻線の一方端子に接続された誘電電極とを有する第1および第2のイオン発生素子を含み、
前記整流回路は、
第1および第2のダイオードと、
前記第1のモード時は、前記トランスの2次巻線の他方端子と前記第1のイオン発生素子の放電電極との間に前記第1のダイオードを順バイアス方向に接続し、前記第2のモード時は、前記トランスの2次巻線の他方端子と前記第2のイオン発生素子の放電電極との間に前記第2のダイオードを逆バイアス方向に接続する切換回路とを含む、請求項3に記載の電圧印加回路。 - 前記イオン発生器は、放電電極と前記トランスの2次巻線の一方端子に接続された誘電電極とを有するイオン発生素子を含み、
前記整流回路は、
第1および第2のダイオードと、
前記第1のモード時は、前記トランスの2次巻線の他方端子と前記放電電極との間に前記第1のダイオードを順バイアス方向に接続し、前記第2のモード時は、前記トランスの2次巻線の他方端子と前記放電電極との間に前記第2のダイオードを逆バイアス方向に接続する切換回路とを含む、請求項3に記載の電圧印加回路。 - 請求項1から請求項5までのいずれかに記載の電圧印加回路と、前記イオン発生器とを備える、イオン発生装置。
- 請求項6に記載のイオン発生装置と、前記イオン発生装置で発生したイオンを空気中に送出する送出手段とを備える、電気機器。
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WO2011024927A1 (ja) | 2009-08-25 | 2011-03-03 | 日本電気株式会社 | 縞模様画像鑑定支援装置、縞模様画像鑑定支援方法及びプログラム |
JP2016220507A (ja) * | 2015-05-26 | 2016-12-22 | シシド静電気株式会社 | 電源装置及びイオン生成装置 |
WO2022071609A1 (ja) * | 2020-10-02 | 2022-04-07 | 昴テクノロジー株式会社 | 温調装置及び温調装置用静電整流器並びに温調装置の効率改善方法 |
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