特開 2024-94044 アーキング検出装置、アーキング検出プログラム、記録媒体、アーキング検出方法、及び集積回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024094044

(43)【公開日】2024-07-09

(54)【発明の名称】アーキング検出装置、アーキング検出プログラム、記録媒体、アーキング検出方法、及び集積回路

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/12 20200101AFI20240702BHJP

【ＦＩ】

G01R31/12 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022210752

(22)【出願日】2022-12-27

(71)【出願人】

【識別番号】301032942

【氏名又は名称】国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】島袋 ▲祐▼次

(72)【発明者】

【氏名】小島 有志

(72)【発明者】

【氏名】市川 雅浩

(72)【発明者】

【氏名】平塚 淳一

(72)【発明者】

【氏名】村山 真道

【テーマコード（参考）】

2G015

【Ｆターム（参考）】

2G015AA26

2G015BA04

2G015CA01

(57)【要約】

【課題】放電性の負荷を有する放電装置において、ノイズに起因するアーキングの誤検出の可能性を低減しつつ素早くアーキングを検出すること。
【解決手段】アーキング検出装置（１０）は、電源（２１）から負荷（２２）に供給される電流（ＩＴ）を周期的に測定する電流測定器（１２）と、電流（Ｉ）の時間差分を算出する差分算出部（１１４）と、前記時間差分が複数回連続して前記判定基準値以上となった場合にアーキングが発生したと判定する判定部（１１５）と、を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

放電性の負荷と当該負荷に電力を供給する電源とを有する放電装置において生じ得るアーキングを検出するアーキング検出装置であって、
前記電源から前記負荷に供給される電流を周期的に測定する電流測定器と、
前記電流の時間差分を算出する差分算出部と、
前記時間差分が複数回連続して判定基準値以上となった場合にアーキングが発生したと判定する判定部と、を備えている、
ことを特徴とするアーキング検出装置。

【請求項2】

前記電源を制御する出力部であって、アーキングが発生したと前記判定部が判定した場合には、前記電力の供給を停止させる制御信号を前記電源に出力する出力部を更に備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーキング検出装置。

【請求項3】

前記電源のフレーム電位と、当該アーキング検出装置のフレーム電位とは、同電位であって、グランドに対して１０００Ｖ以上の電位である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアーキング検出装置。

【請求項4】

前記電流測定器における前記測定のサンプリングレートは、１０ｋＳ／秒以上である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアーキング検出装置。

【請求項5】

前記差分算出部及び前記判定部の動作周波数は、１０ｋＨｚ以上５ＧＨｚ以下である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアーキング検出装置。

【請求項6】

前記電流測定器が測定した前記電流に対してノイズ除去を実施するフィルタを更に備えている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアーキング検出装置。

【請求項7】

前記フィルタは、デジタルフィルタである、
ことを特徴とする請求項６に記載のアーキング検出装置。

【請求項8】

前記判定基準値を第１判定基準値として、
前記判定部は、前記電流が第２判定基準値を複数回連続して超えた場合にアーキングが発生したと判定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアーキング検出装置。

【請求項9】

請求項１に記載のアーキング検出装置としてコンピュータを機能させるためのアーキング検出プログラムであって、前記差分算出部及び前記判定部としてコンピュータを機能させるためのアーキング検出プログラム。

【請求項10】

請求項９に記載のアーキング検出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

【請求項11】

放電性の負荷と当該負荷に電力を供給する電源とを有する放電装置において生じ得るアーキングを検出するアーキング検出方法であって、
前記電源から前記負荷に供給される電流を周期的に測定する電流測定ステップと、
前記電流の時間差分を算出する差分算出ステップと、
前記時間差分が複数回連続して判定基準値以上となった場合にアーキングが発生したと判定する判定ステップと、を含んでいる、
ことを特徴とするアーキング検出方法。

【請求項12】

放電性の負荷と当該負荷に電力を供給する電源とを有する放電装置において生じ得るアーキングを検出する集積回路であって、
前記電源から前記負荷に供給される電流の時間差分を算出する差分算出部と、前記時間差分が複数回連続して判定基準値以上となった場合にアーキングが発生したと判定する判定部と、として機能する論理回路が形成されている、
ことを特徴とする集積回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放電性の負荷と当該負荷に電力を供給する電源とを有する放電装置において生じ得るアーキングを検出するアーキング検出装置、アーキング検出プログラム、アーキング検出方法、及び集積回路に関するまた、本発明は、アーキング検出プログラムを記録した記録媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマ源や電子管デバイスなどに代表される放電性の負荷を備えた放電装置が知られている。負荷としてプラズマ源を備えた放電装置の例としては、核融合用中性粒子入射装置、高エネルギー加速器装置、及びイオン注入装置が挙げられる。また、負荷として電子管デバイスを備えた放電装置の例としては、クライストロン及びジャイロトロン装置が挙げられる。

【0003】

このような放電装置では、異常放電であるアーキングが突発的に発生することがある。アーキングが発生した場合、放電性の負荷には通常よりも大きな電流が流れる。そのため、アーキングは、放電性の負荷における損傷の原因となりやすい。したがって、アーキング発生時にできるだけ早く負荷を保護し、負荷が受ける損傷をできるだけ抑制するために、負荷に対する電力の供給をできるだけ迅速に止めることが好ましい。そのため、このような放電装置には過電流を検出する装置が設けられていることがある。

【0004】

例えば、特許文献１には、アーク放電型プラズマ源に対して電源から供給される電流が流れる主回路上に貫通型変流器を介して電流測定器を設置し、電流測定器により計測された電流が予め設定された判定基準値を超えた場合にアーキングを検出する技術が記載されている。この判定基準値は、負荷の安定運転時における電流を超えた範囲において適宜定めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平０４－３１５０９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、電流測定器が出力する電流信号であって、測定した電流を表す電流信号には、突発的なノイズであって、そのピーク値が負荷の安定運転時における電流を上回るノイズが重畳する場合がある。したがって、できるだけ早くアーキングを検出するために、判定基準値を厳しく（低めに）設定した場合、ノイズに起因するアーキングの誤検出を避けることが難しい。その一方で、この誤検出を避けるために判定基準値を緩く（高めに）設定した場合、アーキングを検出するまでの所要時間が長くなるため、負荷が大きな損傷を受けやすい。

【0007】

本発明の一態様は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的は、放電性の負荷を有する放電装置において、ノイズに起因するアーキングの誤検出の可能性を低減しつつ、素早くアーキングを検出することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１の態様に係るアーキング検出装置は、放電性の負荷と当該負荷に電力を供給する電源とを有する放電装置において生じ得るアーキングを検出するアーキング検出装置である。

【0009】

上記の課題を解決するために、本アーキング検出装置は、前記電源から前記負荷に供給される電流を周期的に測定する電流測定器と、前記時間差分が複数回連続して判定基準値以上となった場合にアーキングが発生したと判定する判定部と、を備えている。

【0010】

上述した前記アーキング検出装置と対応するように構成されたアーキング検出方法も本発明の範疇に含まれる。本アーキング検出方法は、放電性の負荷と当該負荷に電力を供給する電源とを有する放電装置において生じ得るアーキングを検出するアーキング検出方法である。

【0011】

上記の課題を解決するために、本アーキング検出方法は、前記電源から前記負荷に供給される電流を周期的に測定する電流測定ステップと、前記電流の時間差分を算出する差分算出ステップと、前記時間差分が複数回連続して判定基準値以上となった場合にアーキングが発生したと判定する判定ステップと、を含んでいる。

【0012】

本アーキング検出装置は、負荷に供給されている電流を周期的に測定したうえで、その電流における時間差分を算出する差分算出ステップと、前記時間差分が複数回連続して前記判定基準値以上となった場合にアーキングが発生したと判定する。すなわち、時間差分が判定基準値以上であった時間が所定の時間以上となった場合に、本アーキング検出装置は、アーキングを検出する。したがって、本アーキング検出装置は、放電性の負荷を有する放電装置において、ノイズに起因するアーキングの誤検出の可能性を低減しつつ、素早くアーキングを検出することができる。なお、上述したアーキング検出方法は、アーキング検出装置と同じ効果を奏する。

【0013】

また、本発明の第２の態様に係るアーキング検出装置においては、上述した第１の態様に係るアーキング検出装置の構成に加えて、前記電源を制御する出力部であって、アーキングが発生したと前記判定部が判定した場合には、前記電力の供給を停止させる制御信号を前記電源に出力する出力部を更に備えている、構成が採用されている。

【0014】

上記の構成によれば、判定部がアーキングを検出した場合に、出力部は電力の供給を停止するように電源を制御するので、負荷において生じ得る損傷を抑制することができる。

【0015】

また、本発明の第３の態様に係るアーキング検出装置においては、上述した第１の態様又は第２の態様に係るアーキング検出装置の構成に加えて、前記電源のフレーム電位と、当該アーキング検出装置のフレーム電位とは、同電位であって、グランドに対して１０００Ｖ以上の電位である、構成が採用されている。

【0016】

電源のフレーム電位とアーキング検出装置のフレーム電位とが異なる電位である場合、電流測定器は測定した電流を表す電流信号を電気／光変換（Ｅ／Ｏ変換）したうえで出力し、アーキング検出装置は、電流信号を光／電気変換（Ｏ／Ｅ変換）したうえで取得することになる。上記の構成によれば、電源のフレーム電位とアーキング検出装置のフレーム電位とが同電位であるため、このようなＥ／Ｏ変換及びＯ／Ｅ変換を省略することができる。したがって、電源のフレーム電位とアーキング検出装置のフレーム電位とが異なる電位である場合と比較して、アーキング検出までの所要時間を短縮することができる。

【0017】

また、本アーキング検出装置は、電源のフレーム電位がグランドに対して１０００Ｖ以上である放電装置に対して好適に用いることができる。

【0018】

また、本発明の第４の態様に係るアーキング検出装置においては、上述した第１の態様～第３の態様の何れか一態様に係るアーキング検出装置の構成に加えて、前記電流測定器における前記測定のサンプリングレートは、１０ｋＳ／秒以上である、構成が採用されている。なお、サンプリングレートの単位は、１秒間あたりのサンプル数を示し、１０ｋＳ／秒は、１秒間あたりのサンプル数が１００００であることを意味している。

【0019】

本アーキング検出装置において、電流測定器におけるサンプリングレートは、速ければ速いほど好ましい。サンプリングレートが１０ｋＳ／秒である場合、サンプリング間隔が１００μ秒であるため、アーキング検出までの所要時間を数１００μ秒に短縮することができる。また、サンプリングレートは、１ＭＳ／秒以上であることがより好ましい。この場合、サンプリング間隔が１μ秒であるため、アーキング検出までの所要時間を数μ秒に短縮することができる。

【0020】

また、本発明の第６の態様に係るアーキング検出装置においては、上述した第１の態様～第４の態様の何れか一態様に係るアーキング検出装置の構成に加えて、前記差分算出部及び前記判定部の動作周波数は、１０ｋＨｚ以上５ＧＨｚ以下である、構成が採用されている。

【0021】

上記の構成によれば、差分算出部及び判定部における演算速度を高めることができるため、アーキング検出までの所要時間を確実に短縮することができる。

【0022】

また、本発明の第６の態様に係るアーキング検出装置においては、上述した第１の態様～第５の態様の何れか一態様に係るアーキング検出装置の構成に加えて、前記電流測定器が測定した前記電流に対してノイズ除去を実施するフィルタを更に備えている、構成が採用されている。

【0023】

本発明の一態様に係るアーキング検出装置では、電流の時間差分が複数回連続して判定基準値以上となった場合にアーキングが発生したと判定するように判定部を構成することによって、ノイズに起因するアーキングの誤検出の可能性を低減している。ただし、本アーキング検出装置のようにノイズ除去を実施するフィルタを更に備えていることにより、判定基準値をより低く設定しても前記誤検出の可能性を低減することができる。したがって、上記の構成によれば、アーキング検出までの所要時間を更に短縮することができる。なお、フィルタの例としては、突発的なノイズを遮断するようにカットオフ周波数が定められたローパスフィルタ及びバンドパスフィルタが挙げられる。

【0024】

また、本発明の第７の態様に係るアーキング検出装置においては、上述した第６の態様に係るアーキング検出装置の構成に加えて、前記フィルタは、デジタルフィルタである、構成が採用されている。

【0025】

上記の構成によれば、放電装置の運転状況や、ノイズレベルに応じて、ユーザは、フィルタレベルを調整することができるので、アーキング検出までの所要時間を短縮するためにフィルタを最適化することができる。

【0026】

また、本発明の第８の態様に係るアーキング検出装置においては、上述した第１の態様～第７の態様の何れか一態様に係るアーキング検出装置の構成に加えて、前記判定基準値を第１判定基準値として、前記判定部は、前記電流が第２判定基準値を複数回連続して超えた場合にアーキングが発生したと判定する、構成が採用されている。

【0027】

上記の構成によれば、判定部は、電流の時間差分が複数回連続して第１判定基準値以上となった場合にアーキングが発生したと判定することに加えて、電流が複数回連続して第２判定基準値以上となった場合にアーキングが発生したと判定する。したがって、判定部における冗長性を確保することができる。

【0028】

本発明の第１の態様に係るアーキング検出装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを前記アーキング検出装置が備える差分算出部及び判定部として動作させることにより前記アーキング検出装置をコンピュータにて実現させるアーキング検出プログラム、及び、それを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

【0029】

また、本発明の第１の態様に係るアーキング検出装置が備えている差分算出部及び判定部は、集積回路によって実現してもよい。すなわち、放電性の負荷と当該負荷に電力を供給する電源とを有する放電装置において生じ得るアーキングを検出する集積回路であって、前記電源から前記負荷に供給される電流の時間差分を算出する差分算出部と、前記時間差分が複数回連続して判定基準値以上となった場合にアーキングが発生したと判定する判定部と、として機能する論理回路が形成されている集積回路も、本発明の範疇に含まれる。

【0030】

これらのプログラム、記録媒体、及び集積回路も、本発明の第１の態様に係るアーキング検出装置と同じ効果を奏する。なお、このような集積回路としては、数ＭＨｚ～数百ＭＨｚオーダーの動作周波数を容易且つ安価で得ることができ、且つ、過酷な環境にも耐えられるＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒоｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）が好適である。

【発明の効果】

【0031】

本発明の一態様によれば、放電性の負荷を有する放電装置において、ノイズに起因するアーキングの誤検出の可能性を低減しつつ、素早くアーキングを検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明の一実施形態に係るアーキング検出装置と、電源及び放電性の負荷を有する放電装置とを備えた放電システムのブロック図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るアーキング検出方法であって、図１に図示したアーキング検出装置において実行されるアーキング検出方法のフローチャートである。

【図3】図２に図示したアーキング検出方法の一変形例のフローチャートである。

【図4】（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、図１に図示したアーキング検出装置における電流、時間差分、及び制御信号の時間変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0033】

本発明の一態様に係るアーキング検出装置１０及びアーキング検出方法Ｍ１０について、図１～図３を参照して説明する。図１は、アーキング検出装置１０と、放電装置２０とを備えている放電システム１のブロック図である。図２は、アーキング検出装置１０において実施されるアーキング検出方法Ｍ１０のフローチャートである。図３は、アーキング検出方法Ｍ１０の一変形例であるアーキング検出方法Ｍ２０のフローチャートである。

【0034】

〔放電装置の概要〕
図１に示すように放電装置２０は、電源２１及び負荷２２を備えている。負荷２２は、放電性の負荷である。電源２１は、負荷２２に対して放電を発生させるための電力を供給する。本実施形態では、放電装置２０の一例として核融合用中性粒子入射装置を用いて説明する。この場合、負荷２２は、プラズマを発生させるプラズマ源である。ただし、アーキング検出装置１０が適用される放電装置２０は、核融合用中性粒子入射装置に限定されず、放電性の負荷２２と、負荷２２に電力を供給する電源２１とを有する放電装置であればよい。アーキング検出装置１０及び放電装置２０を含む放電システム１（本実施形態においてはアーキング検出装置１０及び核融合用中性粒子入射装置を含む核融合システム）も本発明の範疇に含まれる。

【0035】

負荷２２の態様としては、プラズマ源及び電子管デバイスが挙げられる。負荷２２としてプラズマ源を備えた放電装置の例としては、核融合用中性粒子入射装置の他に高エネルギー加速器装置、及びイオン注入装置が挙げられる。また、負荷として電子管デバイスを備えた放電装置の例としては、クライストロン及びジャイロトロン装置が挙げられる。

【0036】

核融合用中性粒子入射装置の場合、電源２１のフレーム電位がグランドに対して高くなっている。核融合用中性粒子入射装置における電源２１の典型的なフレーム電位は、グランドよりも１０００Ｖ以上高い。グランドに対する電源２１のフレーム電位は、適宜設定することができ、本実施形態では、グランドに対する電源２１のフレーム電位が１ＭＶであるとする。そのため、核融合用中性粒子入射装置の近傍には高圧の絶縁性ガス（例えばＳＦ_６：六フッ化硫黄）が適宜充填されている。このような環境下にアーキング検出装置を配置することを嫌って、特許文献１に記載されたような従来のアーキング検出装置は、核融合用中性粒子入射装置とは離れた制御室に設置されていることが多い。その結果、従来のアーキング検出装置のフレーム電位は、グランドと等しくなるように、すなわち、電源２１のフレーム電位とは異なるように設定されている。それに対して、本実施形態のように、アーキング検出装置１０を核融合用中性粒子入射装置の近傍に配置し、アーキング検出装置のフレーム電位と電源２１のフレーム電位とを同電位に設定することもできる。この構成によれば、後述する制御部１１と電流測定器１２との間に電気／光変換（Ｅ／Ｏ変換）及び光／電気変換（Ｏ／Ｅ変換）を介在させる必要がないため、アーキング検出装置１０におけるアーキング検出までの所要時間を短縮することができる。このように、アーキング検出装置１０を核融合用中性粒子入射装置の近傍に配置する場合には、後述する制御部１１をコンピュータではなく集積回路（例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒоｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ））により実現することが好ましい。集積回路は、絶縁性ガスに対する耐性がコンピュータよりも高いため、核融合用中性粒子入射装置の近傍に設置した場合にも耐用年数を延ばすことができる。アーキング検出装置１０は、このように、電源２１のフレーム電位と、アーキング検出装置１０のフレーム電位とが同電位であって、グランドに対して１０００Ｖ以上の電位である場合に好適である。すなわち、アーキング検出装置１０は、電源２１のフレーム電位がグランドに対して高電位に浮いている放電装置２０に対して好適である。

【0037】

このような放電装置２０では、異常放電であるアーキングが突発的に発生することがある。アーキング検出装置１０は、放電装置２０において生じ得るアーキングを検出する。また、本実施形態において、アーキング検出装置１０は、アーキングが発生した場合に、負荷２２に対する電力の供給を止めるように電源２１を制御する。

【0038】

〔アーキング検出装置の構成〕
図１に示すように、アーキング検出装置１０は、制御部１１と、電流測定器１２と、変流器１３とを備えている。

【0039】

制御部１１は、取得部１１１と、Ａ／Ｄ変換部１１２と、フィルタ部１１３と、差分算出部１１４と、判定部１１５と、出力部１１６とを備えている。

【0040】

電流測定器１２は、電源２１から負荷２２に供給される電流Ｉを周期的に測定する。電流測定器１２におけるサンプリングレートは、速いほど好ましい。例えば、当該サンプリングレートは、１０ｋＳ／秒以上であることが好ましく、１ＭＳ／秒以上であることがより好ましい。本実施形態では、電流測定器１２におけるサンプリングレートとして１ＭＳ／秒を採用している。

【0041】

多くの電流測定器１２において、測定可能な最大電流は数Ａ～数１０Ａである。したがって、電流Ｉが電流測定器１２を用いて直接測定することが難しい場合、変流器を用いて電流Ｉを、電流測定器１２が測定可能な範囲内の電流ＩＴになるように変換する。本実施形態では、変流器１３として貫通型の変流器を用いる。

【0042】

電流測定器１２は、変流器１３により変換された電流ＩＴを周期的に測定し、電流ＩＴを表す電流信号ＳＩを出力し続ける。このステップは、図２に図示したアーキング検出方法Ｍ１０における電流ＩＴを周期的に測定するステップＳ１１に対応する。なお、本実施形態において、電流測定器１２が生成する電流信号ＳＩは、アナログ信号である。

【0043】

取得部１１１は、電流測定器１２が生成した電流信号ＳＩを取得する。このステップは、図２における電流信号ＳＩを取得するステップＳ１２に対応する。

【0044】

Ａ／Ｄ変換部１１２は、電流信号ＳＩをアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）することにより、デジタル信号である電流信号ＳＩを生成する。このステップは、図２における電流信号ＳＩをＡ／Ｄ変換するステップＳ１３に対応する。

【0045】

フィルタ部１１３は、デジタル信号である電流信号ＳＩに対してノイズ除去を実施する。このステップは、図２における電流信号ＳＩにフィルタ処理を施すステップＳ１４に対応する。フィルタ部１１３は、電流測定器１２が出力する電流信号ＳＩに重畳し得るノイズを遮断するように構成されている。フィルタ部１１３は、ノイズを遮断するようにカットオフ周波数が定められたローパスフィルタ及びバンドパスフィルタが挙げられる。本実施形態においては、フィルタ部１１３としてデジタルフィルタを採用しているが、フィルタ部１１３はアナログフィルタであってもよい。

【0046】

差分算出部１１４は、フィルタ処理を施された電流信号ＳＩが表す電流の時間差分ΔＩを算出する。本実施形態のように電流測定器１２のサンプリングレートが１ＭＳ／秒である場合、１μ秒ごとの時間差分ΔＩが得られる。このステップは、図２における電流の時間差分を算出するＳ１５に対応する。

【0047】

判定部１１５は、時間差分ΔＩがｎ回連続して判定基準値ＴＨ１以上となった場合に、負荷２２においてアーキングが発生したと判定する。ここで、ｎは、２以上の整数であり、電流測定器１２が出力する電流信号ＳＩに重畳し得るノイズの半値幅などに応じて適宜定めることができる。

【0048】

判定基準値ＴＨ１は、負荷２２において安定してプラズマが発生している時（以下において、安定運転時とも称する）にける時間差分ΔＩと、アーキングの発生時における時間差分ΔＩとに応じて、安定運転時における時間差分ΔＩよりも大きく、アーキング発生時における時間差分ΔＩよりも小さい範囲において適宜定めることができる。後述するように、制御部１１がアーキング検出方法Ｍ１０に加えてアーキング検出方法Ｍ２０も実施する場合には、判定基準値ＴＨ１は、第１判定基準値及び第２判定基準値のうち第１判定基準値に対応する。

【0049】

このステップは、図２におけるステップＳ１６とステップＳ１７とに対応する。ステップＳ１６は、時間差分ΔＩが判定基準値ＴＨ１以上であるか否かを判定するステップである。ステップＳ１７は、ステップＳ１６において判定結果が「はい」だった場合に、時間差分ΔＩが判定基準値ＴＨ１以上である回数がｎ回以上であるか否かを判定するステップである。

【0050】

判定部１１５は、ステップＳ１６の判定結果が「いいえ」だった場合、又は、ステップＳ１７の判定結果が「いいえ」だった場合、アーキングは発生していないと判定する（図２におけるステップＳ１８１参照）。また、判定部１１５は、ステップＳ１６の判定結果が「はい」であり、且つ、ステップＳ１７の判定結果が「はい」である場合に、アーキングが発生したと判定する（図２におけるステップＳ１８２参照）。

【0051】

出力部１１６は、電源２１を制御する制御信号ＳＣであって、電源２１が負荷２２に対して電力を供給するか否かを制御する制御信号ＳＣを、電源２１に対して出力する。制御信号ＳＣの態様は、電源２１に対して電力供給を許可する第１状態と、電源２１に対して電力供給を許可しない第２状態と、を表すものであればよい。本実施形態においては、制御信号ＳＣがＯＮである場合に第１状態を表し、制御信号ＳＣがＯＦＦである場合に第２状態を表すように、制御信号ＳＣ及び電源２１を構成している。このステップは、図２における電力停止の制御信号ＳＣを出力するステップＳ１９に対応する。

【0052】

なお、差分算出部１１４及び判定部１１５を含む制御部１１の動作周波数は、１０ｋＨｚ以上５ＧＨｚ以下であることが好ましい。

【0053】

＜制御部の変形例＞
制御部１１の一変形例は、図２に図示するアーキング検出方法Ｍ１０に加えて、図３に図示するアーキング検出方法Ｍ２０を実施するように構成されていてもよい。アーキング検出方法Ｍ２０は、ステップＳ１１～Ｓ１４と、ステップＳ２６，Ｓ２７と、ステップＳ１８１，Ｓ１８２，Ｓ１９とを含んでいる。

【0054】

アーキング検出方法Ｍ２０のステップＳ１１～Ｓ１４及びステップＳ１８１，Ｓ１８２，Ｓ１９は、図２に図示するステップＳ１１～Ｓ１４及びステップＳ１８１，Ｓ１８２，Ｓ１９と同じステップであるため、ここではその説明を省略する。

【0055】

アーキング検出方法Ｍ２０のステップＳ２６，Ｓ２７は、アーキング検出方法Ｍ１０のステップＳ１６，Ｓ１７に対応するステップである。ただし、アーキング検出方法Ｍ２０は、アーキング検出方法Ｍ１０のステップＳ１５を含んでいない。アーキング検出方法Ｍ２０のステップＳ２６，Ｓ２７において、判定部１１５は、電流信号ＳＩが表す電流がｍ回連続して判定基準値ＴＨ２以上となった場合に、負荷２２においてアーキングが発生したと判定する。ここで、ｍは、２以上の整数であり、電流測定器１２が出力する電流信号ＳＩに重畳し得るノイズの半値幅などに応じて適宜定めることができる。ｍは、上述したｎと同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0056】

すなわち、ステップＳ２６は、電流信号ＳＩが表す電流が判定基準値ＴＨ２以上であるか否かを判定するステップであり、ステップＳ２７は、ステップＳ２６において判定結果が「はい」だった場合に、当該電流が判定基準値ＴＨ２以上である回数がｍ回以上であるか否かを判定するステップである。

【0057】

〔制御部の実現例〕
アーキング検出装置１０（以下、「装置」と呼ぶ）の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロック（特に制御部１１に含まれる各部）としてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。

【0058】

この場合、前記装置は、上記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも１つの制御装置（例えばプロセッサ）と少なくとも１つの記憶装置（例えばメモリ）を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により上記プログラムを実行することにより、上記各実施形態で説明した各機能が実現される。

【0059】

上記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、１または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、上記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、上記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して上記装置に供給されてもよい。

【0060】

また、上記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、上記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本発明の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより上記各制御ブロックの機能を実現することも可能である。

【0061】

また、当該装置の各制御ブロック（特に制御部１１に含まれる各部）は、集積回路によって実現してもよい。すなわち、放電装置２０において生じ得るアーキングを検出する集積回路であって、差分算出部１１４及び判定部１１５として機能する論理回路が形成されている集積回路も、本発明の範疇に含まれる。このような集積回路としては、ＦＰＧＡが好適である。

【0062】

〔アーキング検出装置の更なる効果〕
本発明の一態様に係るアーキング検出装置１０は、〔課題を解決するための手段〕の欄に記載した効果を奏する。ここでは、これらの効果以外に得られる更なる効果について説明する。

【0063】

アーキング検出装置１０は、放電装置２０における電流ＩＴ（本実施形態においては変流器１３において変換された電流ＩＴ）を表す電流情報を取得することができればよく、他の装置やコンピュータなどとの通信を必ずしも必要としない。したがって、アーキング検出装置１０は、低消費電力且つコンパクトに構成することができる。

【0064】

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【実施例0065】

〔構成〕
図１に図示した放電システム１の実施例について、図４を参照して説明する。図４の（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、アーキング検出装置１０における電流ＩＴ、時間差分ΔＩ、及び制御信号ＳＣの時間変化を示すグラフである。

【0066】

本実施例において、放電装置２０としてアーク放電型イオン源として知られている核融合用中性粒子入射装置を用いた。放電装置２０において、電源２１として定格６００Ａであり、スイッチング素子としてＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ‐Ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）を採用する電源を用い、負荷２２としてアーク放電側イオン源を用いた。

【0067】

また、本実施例において、アーキング検出装置１０のフレーム電位と、放電装置２０の電源２１のフレーム電位とは、同一であり、グランドに対して５２００Ｖの電位に浮いた状態とした。

【0068】

また、本実施例において、制御部１１として日本ＮＩ社製のＦＰＧＡcRIO-9054を用い、電流測定器１２におけるサンプリングレートを１ＭＳ／秒に定め、変流器１３として貫通型の変流器を用いた。本実施例において、制御部１１の動作周波数は、１ＭＨｚである。また、本実施例の判定部１１５では、ステップＳ１６において用いる判定基準値ＴＨ１としてＴＨ１＝２００ｍＡ／μ秒を用い、ステップＳ１７において用いる回数ｎとしてｎ＝１３を用いた。

【0069】

なお、本実施例において、制御部１１は、電流測定器１２が測定した全ての電流ＩＴに対して図２に図示したアーキング検出方法Ｍ１０を実施しているが、図４の（ａ）～（ｃ）には、１０μ秒ごとのデータのみをプロットしている。また、図４の（ｃ）に図示した電流ＩＴにおいては、負荷２２の安定運転時における電流ＩＴの平均値を０Ａとしている。

【0070】

〔結果〕
アーキングが発生した時点を正確に定めることは難しいが、図４の（ｃ）に図示したグラフの通りにアーキングが発生した時点を定めたとした場合、負荷２２においてアーキングが発生してから出力部１１６が「ＯＦＦ」の制御信号ＳＣを出力するまでの所要時間は、約４０μ秒であった。上述したように、本実施例では電源２１としてＧＴＯを用いているため、出力部１１６が出力した「ＯＦＦ」の制御信号ＳＣを電源２１が取得して、電源２１が電力の供給を停止するまで約５０μ秒かかる。したがって、本実施例では、負荷２２においてアーキングが発生してから電源２１が電力の供給を停止するまでの所要時間が約９０μ秒であることが分かった。

【0071】

なお、特許文献１に記載された従来のアーキング検出装置のように、制御部を放電装置とは離れた制御室に設置した場合、アーキングが発生してから電源が電力の供給を停止するまでの所要時間は、例えば約数１０ｍ秒である。これは、放電装置の電源におけるフレーム電位とアーキング検出装置のフレーム電位とが異なる電位に設けられていることに起因して、電流測定器と制御部との間にＥ／Ｏ変換部及びＯ／Ｅ変換部を介在させる必要があるためである。

【0072】

また、電源２１におけるスイッチング素子としてＧＴＯよりもスイッチング速度が速いスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ））を採用した場合、負荷２２においてアーキングが発生してから電源２１が電力の供給を停止するまでの所要時間をさらに３０μ秒程度短縮可能であることが分かった。ＩＧＢＴを用いた電源２１の場合、「ＯＦＦ」の制御信号ＳＣを取得して電力の供給を停止するまでの所要時間が約１０μ秒であるためである。

【符号の説明】

【0073】

１ 放電システム
１０ アーキング検出装置
１１ 制御部
１１１ 取得部
１１２ Ａ／Ｄ変換部
１１３ フィルタ部
１１４ 差分算出部
１１５ 判定部
１１６ 出力部
１２ 電流測定器
１３ 変流器
２０ 放電装置
２１ 電源
２２ 負荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】