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技術 放電発生装置

出願人 株式会社デンソー
発明者 竹本翔一山口宜久
出願日 2018年3月2日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2018-037826
公開日 2019年9月12日 (3ヶ月経過) 公開番号 2019-154152
状態 未査定
技術分野 電気的特性試験と電気的故障の検出 排気の後処理
主要キーワード 微小周波数 部分短絡 車載環境 短絡検知 完全短絡 最低出力 短絡モード 共振タンク回路
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年9月12日)のものです。
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図面 (20)

課題

複数種類故障モードのうち、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。

概要

背景

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。

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。

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。

概要

複数種類故障モードのうち、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。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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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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、上記入電力周波数特性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。

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

0005

特許第6092410号公報

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、上記入電力周波数特性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

実施形態1における、放電発生装置の回路図。
実施形態1における、正常時での、放電負荷の断面図。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
実施形態1における、制御部のフローチャート
図12に続くフローチャート
図13に続くフローチャート。
図14に続くフローチャート。
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。
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。
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。
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。
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。
実施形態2における、制御部のフローチャートの一部。

実施例

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。

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

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