JP2005246551A

JP2005246551A - 放電加工用電源装置

Info

Publication number: JP2005246551A
Application number: JP2004060868A
Authority: JP
Inventors: Masao Murai; 正生村井; Akiyoshi Kawahara; 章義川原
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2005-09-15
Also published as: EP1579940A2; US20050194947A1; CN1663723A; US7148442B2; EP1579940A3

Abstract

【課題】エネルギー損失がほとんどなく、かつ、コンデンサの充電電圧の制御が容易な放電加工用電源装置を得る。
【解決手段】スイッチング素子ＳＷ１のオンで、インダクタンスＬを介してコンデンサＣは充電される。充電電圧Ｖｃが直流電源Ｅの電圧以上になるとダイオードＤ１を介して電源Ｅに戻される。スイッチング素子ＳＷ１がオフになると、インダクタンスＬに蓄積されたエネルギーはインダクタンスＬ、ダイオードＤ１、電源Ｅ、ダイオードＤ２と流れ、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃは電源電圧に保持される。スイッチング素子ＳＷ２がオンとなって充電電圧が電極とワーク間に印加される。充電回路に抵抗がなく、かつ、インダクタンスＬに蓄えられたエネルギーは直流電源Ｅに戻されるので、エネルギーロスがない。また、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃは電源電圧を調整することにより制御できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電加工用電源装置に関し、特にスイッチング素子によりコンデンサの充電を制御し、該コンデンサの放電により加工を行う放電加工用電源装置に関する。

コンデンサを充電し、このコンデンサの充電電圧をワークと電極の極間に印加して放電させて加工を行うコンデンサ方式加工電源の加工速度向上策として、このコンデンサの充放電を制御するスイッチング素子を設けたコンデンサ方式放電加工用電源装置がある。図３は、このようなスイッチング素子による制御つきコンデンサ方式放電加工用電源装置の一例である。

この放電加工用電源装置は、直流電源Ｅより第１のスイッチング素子（トランジスタ）ＳＷ１及び電流制限抵抗Ｒを介してコンデンサＣを充電し、その後、該コンデンサＣの充電電圧を第２のスイッチング素子（トランジスタ）ＳＷ２を介して電極ＰとワークＷの極間に印加し、該電極ＰとワークＷの極間に発生する放電によりワークＷを加工するものである。
図４は、この放電加工用電源装置の動作タイミングチャートである。まず、第１のスイッチング素子ＳＷ１がオンとされると（図４（ａ））、直流電源Ｅから該第１のスイッチング素子ＳＷ１及び抵抗Ｒを通りコンデンサＣに電流が流れ該コンデンサＣは充電され、その充電電圧Ｖｃは図４（ｂ）に示すように上昇する。第１のスイッチング素子ＳＷ１をオフにした後、第２のスイッチング素子ＳＷ２をオンとすれば（図４（ｃ））、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃが電極Ｐと被加工物のワークＷの極間に印加され、該極間に図４（ｄ）に示すように放電電流Ｉｇが流れワークは加工されることになる。

上述した放電加工用電源装置においては、コンデンサＣを充電する際に電流の振動やピーク値を制限するための抵抗Ｒを有している。そのため、この抵抗Ｒでエネルギーが消費されることになる。原理的にはコンデンサＣに充電するのと等量のエネルギーを該抵抗Ｒで消費することになるので、エネルギー効率が悪い。
この改良策として、抵抗の代わりにインダクタンスを用いて電流を制限する方法も公知である（特許文献１，２参照）。
図５は、このインダクタンスを用いてコンデンサの充電電流を制限する放電加工用電源装置の一例である。この放電加工用電源装置では、図３で示した放電加工用電源装置の抵抗Ｒの代わりにインダクタンスＬが接続され、さらに、直流電源Ｅと第１のスイッチング素子ＳＷ１の直列回路と並列で逆方向にダイオードＤが接続されている。他は、図３に示した放電加工用電源装置と同じである。
図６は、この放電加工用電源装置におけるコンデンサＣを充電するまでの動作タイミングチャートである。第１のスイッチング素子ＳＷ１をオンとすると（図６（ａ））、直流電源Ｅから第１のスイッチング素子ＳＷ１、インダクタンスＬ、コンデンサＣ、直流電源Ｅの閉回路を電流が流れコンデンサＣは充電され、その充電電圧Ｖｃは図６（ｃ）に示すように上昇する。第１のスイッチング素子ＳＷ１がオフとなると、インダクタンスＬに蓄積されたエネルギーによる電流Ｉｄが図６（ｂ）に示すように、ダイオードＤを介して流れコンデンサＣをさらに充電する。すなわち、インダクタンスＬに蓄積されたエネルギーによる電流Ｉｄは、コンデンサＣ、ダイオードＤ、インダクタンスＬと流れ、コンデンサＣを充電し、その充電電圧Ｖｃをさらに上昇させる。その後、第２のスイッチング素子ＳＷ２をオンとして電極ＰとワークＷ間の極間にこの充電電圧Ｖｃを印加して、この極間に放電を生じせしめて加工を行う。

特開昭６０−１８０７１８号公報特開平１−２１０２１９号公報

図５に示したような、インダクタンスを用いて充電電流を制限する放電加工用電源装置では、エネルギー損失はほとんどなく、効率的な放電加工用電源装置といえる。しかし、充電用の第１のスイッチング素子をオフにしても、インダクタンスに蓄積されたエネルギーによる電流が流れコンデンサを充電することから、コンデンサの充電電圧（電極とワークの極間に印加する電圧）を制御することが難しい。コンデンサの充電電圧を制御するには、インダクタンスから供給される電荷を予め予測してスイッチング素子のオン時間を精密に規定する必要があり、その制御回路が複雑となるという問題がある。
そこで、本発明の目的は、エネルギー損失がほとんどなく、かつ、コンデンサの充電電圧の制御が容易な放電加工用電源装置を提供することにある。

本願請求項１に係わる発明は、充電回路によりコンデンサを充電し、該充電されたコンデンサの放電によりワークを加工する放電加工電源装置において、前記充電回路は、直流電源、スイッチング素子、インダクタンス及びコンデンサの直列回路により構成され、さらに、前記直流電源とスイッチング素子の直列回路と並列に逆方向にダイオードが接続されると共に前記スイッチング素子とインダクタンスの直列回路と並列に逆方向にダイオードが接続されていることを特徴とするものである。
又、請求項２に係わる発明は、第１のスイッチング素子をオンさせてコンデンサを充電し、前記第１のスイッチング素子をオフさせた後、第２のスイッチング素子をオンして前記コンデンサの放電によりワークを加工する放電加工用電源装置において、直流電源、第１のスイッチング素子、インダクタンス、第２のスイッチング素子、電極とワークの極間を直列に接続し、前記第２のスイッチング素子と前記極間との間にコンデンサを並列に接続し、前記直流電源と前記第１のスイッチング素子との間に第２のダイオードを並列接続し、前記第１のスイッチング素子と前記インダクタンスとの間に第１のダイオードを並列接続したことを特徴とするものである。

本発明は、コンデンサの充電回路中に抵抗がなく、エネルギーロスをなくすことができる。また、インダクタンスに蓄えられたエネルギーは電源に戻されることより、この点においてもエネルギーロスがない。さらに、コンデンサの充電電圧（電極とワーク間の極間に印加される電圧）は、直流電源の電圧に保持されるものであるから、この電源電圧を調整することによって充電電圧を所望の値に制御することができる。

図１は本発明における一実施形態の放電加工用電源装置の要部回路図である。
直流電源Ｅ、第１のスイッチング素子（トランジスタ）ＳＷ１、インダクタンスＬ、第２のスイッチング素子（トランジスタ）ＳＷ２及び電極Ｐと被加工物のワークＷの極間が直列に接続され、前記第２のスイッチング素子（トランジスタ）ＳＷ２と、電極ＰとワークＷの極間の間には、コンデンサＣが並列に接続されている。すなわち、コンデンサＣは第２のスイッチング素子（トランジスタ）ＳＷ２と電極ＰとワークＷの極間の直列回路と並列に接続されている。さらに、直流電源Ｅと第１のスイッチング素子ＳＷ１の間、すなわち、直流電源Ｅと第１のスイッチング素子ＳＷ１の直列回路と並列に、第２のダイオードＤ２が逆方向に接続されている。これまでの構成は図５で示した従来のインダクタンスを用いた放電加工用電源装置と同一である。

本実施形態が従来放電加工用電源装置と相違する点は、第１のスイッチング素子ＳＷ１とインダクタンスＬの間、すなわち、第１のスイッチング素子ＳＷ１とインダクタンスＬの直列回路と並列に第１のダイオードＤ１が接続されている点である。この第１のダイオードＤ１は、コンデンサＣとの接続点から直流電源Ｅの接続点方向が順方向になるように接続されている。

図２は、この放電加工用電源装置によるコンデンサを充電するまでの動作タイミングチャートである。
図２（ａ）に示すように、第１のスイッチング素子ＳＷ１がオンとなると、直流電源Ｅから該第１のスイッチング素子ＳＷ１、インダクタンスＬを介してコンデンサＣを、図２（ｄ）に示すように充電する。コンデンサＣの充電電圧Ｖｃが電源電圧以上になると、第１のダイオードＤ１が導通し、インダクタンスＬに流れていた電流は、図２（ｂ）に示すように、ダイオードＤ１、スイッチング素子ＳＷ１を通して流れ、コンデンサＣには流れないので、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃは図２（ｄ）に示すように電源電圧に保持される。次に第１のスイッチング素子ＳＷ１がオフとなると、インダクタンスＬに蓄えられたエネルギーは、第１、第２のダイオードＤ１、Ｄ２を介して電流Ｉｄ２として流れる。すなわち、インダクタンスＬに蓄積されたエネルギーは、インダクタンスＬ、第１のダイオードＤ１、直流電源Ｅ、第２のダイオードＤ２、インダクタンスＬの閉回路を流れる。

その後、第２のスイッチング素子ＳＷ２がオンされてこのコンデンサＣの充電電圧が電極ＰとワークＷの極間に印加され、放電を生じせしめて加工がなされる。この点は従来と同じである。

以上のように、本実施形態では、コンデンサＣに充電回路中に抵抗がなく、抵抗によるエネルギーロスを防止でき、又、充電中にインダクタンスＬに蓄積されたエネルギーも直流電源Ｅに戻されることによりエネルギーロスは発生しない。さらに、コンデンサＣの充電電圧は電源電圧に保持されるものであるから、充電用スイッチング素子のオンタイミングに関わらず電源電圧を調整しておけば、所望のコンデンサ充電電圧を得ることができるものであり、コンデンサ充電電圧（電極とワーク間のギャップに印加する電圧）を正確に制御できるものである。

本発明の一実施形態の放電加工用電源装置の要部回路図である。同実施形態における動作タイミングチャートである。従来のスイッチング素子による制御つきコンデンサ方式放電加工用電源装置の要部回路図である。図３におけるコンデンサ方式放電加工用電源装置の動作タイミングチャートである。抵抗の代わりにインダクタンスを用いた従来のコンデンサ方式放電加工用電源装置の要部回路図である。図５におけるコンデンサ方式放電加工用電源装置の動作タイミングチャートである。

符号の説明

Ｅ電源
ＳＷ１第１のスイッチング素子
ＳＷ２第２のスイッチング素子
Ｌインダクタンス
Ｄ１第１のダイオード
Ｄ２第２のダイオード
Ｃコンデンサ
Ｐ電極
Ｗワーク
Ｒ抵抗

Claims

充電回路によりコンデンサを充電し、該充電されたコンデンサの放電によりワークを加工する放電加工電源装置において、
前記充電回路は、直流電源、スイッチング素子、インダクタンス及びコンデンサの直列回路により構成され、さらに、前記直流電源とスイッチング素子の直列回路と並列に逆方向にダイオードが接続されると共に前記スイッチング素子とインダクタンスの直列回路と並列に逆方向にダイオードが接続されていることを特徴とする放電加工電源装置。
第１のスイッチング素子をオンさせてコンデンサを充電し、前記第１のスイッチング素子をオフさせた後、第２のスイッチング素子をオンして前記コンデンサの放電によりワークを加工する放電加工用電源装置において、
直流電源、第１のスイッチング素子、インダクタンス、第２のスイッチング素子、電極とワークの極間を直列に接続し、
前記第２のスイッチング素子と前記極間との間にコンデンサを並列に接続し、
前記直流電源と前記第１のスイッチング素子との間に第２のダイオードを並列接続し、
前記第１のスイッチング素子と前記インダクタンスとの間に第１のダイオードを並列接続したことを特徴とする放電加工用電源装置。