JP2006081143A - 高周波パルス発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工のために金属材料を可塑状態にするか、機械部品内の微細亀裂を封止してその機械的特性を復旧させる高周波および高電流のパルスを提供すること。
【解決手段】 制御可能な整流器は制御システムからの制御信号に従って交流電流源からの交流電流を整流してスイッチングセクションに供給し、スイッチングセクションは制御可能な整流器から出力された電流を利用してパルス電流を生成し、制御システムはパルス電流の生成開始／停止およびリセットを指示し、生成されるパルス電流の周波数および振幅の指定または変更を指示する信号に従ってスイッチングセクションおよび整流器を制御して、ユーザの所望する周波数および振幅を有するパルス電流が生成されるようにする。スイッチングセクションは生成されるパルス電流の振幅を増加させることができるように連結される一つ以上のスイッチングブロックで構成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高周波パルス発振器に関し、より詳細には、加工のために金属材料を可塑状態にするか、または機械部品内の微細亀裂を封止してその機械的特性を復旧させる高周波および高電流のパルスを提供する高周波パルス発振器に関する。

以下、本発明による高周波パルス発振器が使用できる一態様である金属加工分野、具体的には圧延工程について詳察する。

金属をロール（ｒｏｌｌ）の間を通過させることによって、塑性変形を誘導する工程を圧延という。圧延は生産速度が速く、寸法程度の制御が容易な塑性加工工程の一つとして、鋳造や鍛造などに比べて生産費が少なく、寸法と材質が均一の製品が得られるので、金属加工方法の中で最も多く使われる。圧延工程において、被加工物はロールの間を通過する間にロールの押す力によって圧縮応力を受けるようになり、ロールとの界面では摩擦による剪断応力（ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｓｓ）を受けるようになる。ここで、摩擦応力は被加工物をロールの間に押込む役割をする。

このような圧延工程には大きく分けて冷間圧延と熱間圧延の２つがある。鋳塊などの被加工物を常温で圧延する場合を冷間圧延といい、更に強度が高く、寸法程度が高い製品、即ち、薄板、ストリップ（ｓｔｒｉｐ）、薄膜（ｆｏｉｌ）のような製品の生産に利用される。一方、加熱炉を用いて加熱して圧延する場合を熱間圧延といい、通常、熱間圧延によっては鋳塊からブルーム（ｂｌｏｏｍ）とビレット（ｂｉｌｌｅｔ）を作り、それを更に熱間圧延して板材、薄板材、棒材、管、レール（ｒａｉｌ）あるいは構造用形態で作る。

冷間圧延方式は、常温で行えるためストリップの加熱のための特別な設備が必要でないという長所を有する。しかし、圧延率が低く、鉄のオーステナイト（Ａｕｓｔｅｎｉｔｅ）またはフェライト（Ｆｅｒｒｉｔｅ）組織がマルテンサイト（Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ）の組織に変わりながら発生する硬化現象を除去するために中間にアニーリング（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）工程を実施しなければならず、全体工程時間が長くなって生産性が落ちる短所がある。

一方、熱間圧延方式の場合には金属ストリップを加熱炉で加熱して圧延機に移送させて圧延を行うことが一般的であるが、この時に加熱温度を適正にすることが非常に重要である。すなわち、加熱温度が低すぎると圧延率が落ち、圧延機に過大な負荷がかかる等の問題がある。反面、加熱炉で加熱された金属ストリップが圧延機まで移送される過程で冷却されて温度が低下するという点を勘案し、加熱炉の加熱温度を過度に高くすれば、金属ストリップの酸化が増加してエネルギーの損失をもたらすという問題が生じる。このような事情を考慮し、熱間圧延の場合、加熱炉を使用せずに圧延機の近くで金属ストリップを加熱して温度を調節する方法が採択されており、このような加熱方法としては、高周波誘導加熱方法と電気加熱方法を挙げることができる。

しかし、高周波誘導加熱方法を利用する装置は構造が複雑で且つ高価であり、大量の電力を消費するため運転経費が多く要されるという短所がある。

一方、電気加熱方法による圧延は電源装置により上下側の作業ロールおよび金属ストリップに直流電流を通電させると作業ロールおよび金属ストリップがそれぞれ自身の固有の電気抵抗により加熱されて温度が上昇するようになる現象を利用したものであり、その一例は特許文献１に開示されている。しかし、このような従来の電気加熱方法による圧延は過多な電流を消耗するという問題がある。実験的に、幅１００mmで、厚さ２mmで、断面積が２cm²であるスチールストリップ（ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｉｐ）を電気加熱圧延することによって、圧延後の厚さを０．２５〜０．３mmに具現するためには、１０^４Ａ／cm²の電流密度を有するように電流を通電させなければならない。この時、直流電流を通電させる場合、電流の強度は電流密度とストリップの断面積を乗じた２０ｋＡに達するようになる。この他にも、スチールストリップが約４００℃〜５００℃程度に過度に加熱されるので、待機中の酸素と接触して表面が酸化および変色するので、金属構造が損傷するという問題を有する。また、上下側の作業ロールがいずれも電気回路に含まれるため、電気腐食が発生して作業ロールの寿命が短縮され、耐食性が減少する。一方、スチールストリップからの熱伝達による焼損を防止するために別途の仕上げ熱処理のための冷却装置が必須で備えられなければならず、これによって作業場所の周辺環境に悪影響を及ぼすことがあり得るという問題もある。

日本特許公開公報第１９９８−１８０３１７号

本発明の目的は、上述した従来の電気加熱方法における問題点を解決することができる、新たな圧延方式を提供するための高周波パルス発振器を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、機械部品内の微細亀裂を封止してその機械的特性を復旧させる高周波および高電流のパルスを提供するための高周波パルス発振器を提供することにある。

上述した目的を有する本発明の高周波パルス発振器は、交流電流源から供給される交流電流を整流して予め定められた波形の電流を出力する制御可能な整流器と、一つ以上のスイッチングブロックで構成され、前記選定された波形の電流から所望の振幅および周波数を有するパルス電流を生成するためのスイッチングセクションと、第１制御パルスおよび第２制御パルスを生成するための制御システムとを具えるものであり、前記一つ以上のスイッチングブロックは前記生成されたパルス電流の振幅が増加する方式で連結され、前記第１制御パルスは前記制御可能な整流器に供給されて前記交流電流の整流を制御し、前記第２制御パルスは前記スイッチングセクションの前記一つ以上のスイッチングブロックにそれぞれ供給されて前記選定された波形の電流が所望の振幅および周波数を有するパルス電流に変換されるように制御する。

本発明の高周波パルス発振器は、制御可能な整流器、スイッチングセクションおよび制御システムを具え、制御可能な整流器は、制御システムからの制御信号に従って交流電流源からの交流電流を整流してスイッチングセクションに供給し、スイッチングセクションは制御可能な整流器から出力された電流を利用してパルス電流を生成し、制御システムは上記パルス電流の生成開始／停止およびリセットを指示し、生成されるパルス電流の周波数および振幅の指定または変更を指示する信号に従ってスイッチングセクションおよび整流器を制御することによって、ユーザーの所望する周波数および振幅を有するパルス電流が生成されるようにする。ここで、スイッチングセクションは、生成されるパルス電流の振幅を増加させることができるように連結される一つ以上のスイッチングブロックで構成される。
このような高周波パルス発振器で発生したパルスは、圧延装置などで被加工物の構造を損傷させないで製品を加工することができる効果を得る。

以下、本発明の効果をさらに説明する。
本発明の高周波パルス発振器は、上述した構成および動作により高周波および高電流のパルスを提供することができ、このようなパルスは電気加熱式圧延装置などで電力消費を少なくしながらも製品の寿命を短縮させず金属資材の構造を損傷させることがなく、金属ストリップまたはワイヤーなどを加工することができるようにすることのみならず、大きい負荷がかかり機械的疲労による内部亀裂が発生した部品に印加されて内部の微細亀裂を封止することによって、該当部品の機械的特性を復旧させる効果を有することもできる。

また、本発明は、全般的な強度を低下させなくても応力が集中する金属部品において延性が向上した状態でアニーリング領域を設定することによって、主構造体のサービス寿命を延長させるための用途に使われることもできる。

制御システムは、第１制御パルスを生成するためのパルス位相制御システムと、第２制御パルスを生成するための電圧制御発振器（ＶＣＯ；Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）と、パルス電流の生成開始（ＳＴＡＲＴ）、停止（ＳＴＯＰ）およびリセット（ＲＥＳＥＴ）動作を指示する信号に従ってパルス位相制御システムおよび電圧制御発振器を制御するための保護／自動化ユニットと、交流電流源から供給される交流電流から一定の電源電圧を生成し供給して、パルス位相制御システムを同期化するための信号を提供する電源供給および同期化ユニットを備えることができる。

この中で保護／自動化ユニットは、開始（ＳＴＡＲＴ）動作指示信号を受信した場合、スイッチ−オン（ＳＷＩＴＣＨ−ＯＮ）信号を生成して電圧制御発振器に提供し、第１制御パルスのブロッキング（ｂｌｏｃｋｉｎｇ）の解除をパルス位相制御システムに指示して、停止（ＳＴＯＰ）動作指示信号を受信するか、または高周波パルス発振器の動作限界電流の超過を感知した場合、電圧制御発振器に対してスイッチ−オン信号の提供を中断して、パルス位相制御システムに対して第１制御パルスのブロッキングおよび整流器の反転（ＩＮＶ）を指示して、リセット（ＲＥＳＥＴ）動作指示信号を受信した場合、動作限界電流が超過せずに交流電流源の放電が完全になされることを確認した場合にのみスイッチ−オン信号の生成を承認するものであってもいい。

制御システムは、パルス電流の生成開始（ＳＴＡＲＴ）、停止（ＳＴＯＰ）およびリセット（ＲＥＳＥＴ）動作を指示して、パルス電流の周波数および振幅を指定または変更するための信号を発生させる遠隔および局地制御パネル、局地制御パネルからの局地／遠隔選択信号に従って、遠隔または局地制御パネルから動作指示信号と周波数および振幅を指定する信号が選択的に入力される選択器をさらに具えることができる。また、制御システムは、第２制御パルスを成形するためのスイッチングセクション制御用パルス成形器と、第１制御パルスを成形するための整流器制御用パルス成形器とをさらに具えることができる。

制御可能な整流器は、サイリスタを利用して構成される３相整流器であってもよく、この場合、制御システムから供給される第１制御パルスはサイリスタの制御電極に入力される。

スイッチングセクションは、パルス電流が供給される負荷にかかる電流を測定するための電流センサ、パルス電流が所望の振幅を有するようにするためのパルス変換器、第２制御パルスに応じてパルス電流が所望の周波数を有するようにするためのスイッチングサイリスタを具えることができ、この場合、制御システムは電流センサから負荷にかかる電流の測定値を受け取るようになる。

このような構成により、本発明の高周波パルス発振器は、金属加工のための圧延装置などでは、従来のように上下側の作業ロールおよび金属ストリップ（またはその他の被加工物）に連続的な直流電流を通電させる代わりに、断続的なパルス電流を供給することによって、継続的なエネルギーの供給により被加工物の温度が過度に上昇することを防止することができ、上下側の作業ロールを電気回路に含める代わりに、銅線の束などを利用した別途の負荷接続端子を利用して被加工物に直接パルス電流を供給するので、作業ロールの寿命を短縮させないようになり、または耐食性を減少させないようになる。

以下、添付された図面を参照し、本発明の高周波パルス発振器に対する望ましい実施例について詳細に説明する。

図１は、本発明による高周波パルス発振器（１００）の基本的な構成要素およびこれらの連結関係を示した概略図である。

図１からわかるように、本発明による高周波パルス発振器（１００）は、本高周波パルス発振器（１００）におけるパルス電流生成開始／停止およびリセットを制御して、生成されるパルス電流の周波数および振幅の変更を制御するための制御システム（５００）、制御システム（５００）からの制御信号に従って交流電流源（２５０）から供給された交流電流を整流して予め定められた波形の電流を出力する制御可能な整流器（１５０）および制御可能な整流器（１５０）から出力される電流を利用して所望の振幅および周波数を有するパルス電流を生成するスイッチングセクション（２００）を基本的に備える。

このように生成されたパルス電流は、負荷（Ｒ_ｌｏａｄ）に供給される。制御システム（５００）とスイッチングセクション（２００）は共通の交流電流源（２５０）に連結され、交流電流源（２５０）は例えば、３８０〜６９０Ｖの大きさに５０〜６０Ｈｚの周波数を有する交流電流を提供することができる。

ここで、制御システム（５００）はスイッチングセクション（２００）に含まれたスイッチングサイリスタの制御電極およびアノード（ａｎｏｄｅ）に連結されて、スイッチングサイリスタを制御するための信号を提供する一方、スイッチングセクション（２００）に連結された負荷（Ｒ_ｌｏａｄ）にかかる電流の測定値をスイッチングセクション（２００）から受信し、負荷（Ｒ_ｌｏａｄ）に供給される電流によって本発明の高周波パルス発振器の動作を制御する。また、制御システム（５００）は使用者から遠隔または局地制御パネルを介して入力された命令に基づいて開始（ＳＴＡＲＴ）、停止（ＳＴＯＰ）、リセット（ＲＥＳＥＴ）、パルス周波数設定（Ｆ_{ｓｅｔｕｐ}）およびパルス振幅設定（Ｉ_{ｓｅｔｕｐ}）信号を生成し、これにより、本発明によるパルス発振器（１００）でのパルス電流生成開始、停止、リセットを行い、負荷（Ｒ_ｌｏａｄ）に供給されるパルス電流が所望の周波数および振幅を有することができるようにスイッチングセクション（２００）および整流器（１５０）を制御する。このような制御システム（５００）の具体的な構成に関しては図５を参照して後述することにする。

制御可能な整流器（１５０）はサイリスタ（ＵＶ）を利用して構成される３相整流器であってもよく、このような場合、制御システム（５００）は整流器（１５０）のサイリスタ（ＵＶ）の制御電極に連結されてサイリスタ（ＵＶ）を制御するための信号（第１制御パルス）を提供する。

スイッチングセクション（２００）は、制御可能な整流器（１５０）から出力された電流を利用して、制御システム（５００）から供給される制御信号（第２制御パルス）によって所望の振幅および周波数を有するパルス電流を生成して負荷（Ｒ_ｌｏａｄ）に供給する役割をするが、その具体的な構成の例が図２に整流器（１５０）および制御システム（５００）と共に詳細に示されている。

図２に示すように、スイッチングセクション（２００）は、負荷にかかる電流を測定するための電流センサ（ＤＴ）と、負荷に供給されるパルス電流の振幅を変化させるためのパルス変換器（ＰＴ）と、制御システム（５００）からの制御信号に従って負荷に供給されるパルス電流の周波数を変化させるためのスイッチングサイリスタ（ＶＳ）とを基本的に具え、この他に、パルス電流生成動作時に電流を充電および放電するためのキャパシタ（Ｃ）と、キャパシタ（Ｃ）を充電させる電流を制限するための平滑リアクタ（ＳＲ）と、パルス変換器（ＰＴ）を介して伝達されたキャパシタ（Ｃ）の放電電流を負荷（Ｒ_ｌｏａｄ）に供給するに先立って整流するための放電ダイオード（ＶＤ０）と、スイッチングサイリスタ（ＶＳ）に並列に連結されてキャパシタ（Ｃ）の放電後に、スイッチングサイリスタ（ＶＳ）が逆電圧をとるようにするための第１スイッチングリアクタ（ＫＲ１）と、出力ダイオード（ＶＤＢ）とをさらに具える一方、銅線の束などを利用する第１および第２出力接触部により負荷（Ｒ_ｌｏａｄ）に連結される。

以下、本実施例によるスイッチングセクション（２００）の具体的な素子間の連結関係を、図２を参照して詳説する。
パルス変換器（ＰＴ）を中心として見たとき、図面でパルス変換器（ＰＴ）左側にある１次巻線の上端にある第１入力は、第１スイッチングリアクタ（ＫＲ１）およびスイッチングサイリスタ（ＶＳ）に接続され、下端にある第２入力は、キャパシタ（Ｃ）の下端にある第２ポールおよび制御可能な整流器（１５０）の出力端子の中の下端の第２出力端子に接続される。右側にある２次巻線の上端にある第１出力は、出力ダイオード（ＶＤＢ）を介して、第１出力接触部（２１０）に接続される。２次巻線の下端にある第２出力は、電流センサ（ＤＴ）の１次巻線を介して第２出力接触部（２２０）に接続される。

そして、整流器（１５０）がスイッチングセクション（２００）に連結される方式を詳察すれば、整流器（１５０）の出力端子の中の上端にある第１出力端子は、平滑リアクタ（ＳＲ）を介してキャパシタ（Ｃ）の上端にある第１ポールおよびスイッチングサイリスタ（ＶＳ）および放電ダイオード（ＶＤ０）の反対側入力に接続され｛放電ダイオード（ＶＤ０）の出力は、第１スイッチングリアクタ（ＫＲ１）に接続される｝、下端の第２出力端子は、キャパシタ（Ｃ）の下端にある第２ポールおよびパルス変換器（ＰＴ）の左側にある１次巻線の下端にある第２入力に接続されることがわかる。

一方、スイッチングセクション（２００）には動作電流が低いか、又は負荷（Ｒ_ｌｏａｄ）の抵抗が大きい場合に備えるために（例えば負荷が断続される場合のように抵抗が非常に大きい場合にも備える）、例えばチョークコイルなどを利用した第２スイッチングリアクタ（ＫＲ２）がさらに含まれることができ、パルス変換器（ＰＴ）の２次巻線の出力端子と平行に連結される。ここで、負荷電流の測定のために電流センサ（ＤＴ）を利用する。

これまで説明したスイッチングセクション（２００）は、一つのブロック（スイッチングブロック）で構成されるが、複数個のスイッチングブロックを連結してスイッチングセクション（２００）を構成することもできる。このように複数個のスイッチングブロックを用いてスイッチングセクションを構成すれば、多数のキャパシタ（いわゆるキャパシタバンク）によって電流の充電および放電がなされるので、より充電される電荷の量が増加し、放電電流が通過するパルス変換器の数も増加するため、究極的に本発明の発振器（１００）で発生するパルス電流の最大振幅を増加させる効果を得ることができるようになる。その具体的な構成を詳察すると、ｎ個のスイッチングブロックが並列に連結されたスイッチングセクションの一例が図３に、直列に連結されたスイッチングセクションの一例が図４に示される。

図３を参照して、図２に示されたような構成を有するスイッチングブロックがｎ個ほど並列に連結されてスイッチングセクションを構成する場合を詳説する。
整流器（１５０）の２出力端子は、それぞれ上記スイッチングブロックそれぞれの平滑リアクタ（ＳＲ１〜ＳＲｎ）の入力（左端）およびキャパシタ（Ｃ１−Ｃｎ）の第２ポール（下端）と平行に接続され、上記スイッチングブロックそれぞれの出力ダイオード（ＶＤＢ１〜ＶＤＢｎ）の出力端子（右端）および電流センサ（ＤＴ１〜ＤＴｎ）の１次巻線の出力端子は、それぞれ第１出力接触部（２１０）と第２出力接触部（２２０）に平行に接続される。

このようなスイッチングブロック連結方式の代わりに、図４にはｎ個のスイッチングブロックが直列に連結されてスイッチングセクションを構成する場合が示されている。すなわち、ｎ番目のスイッチングブロックのパルス変換器（ＰＴｎ）の第２巻線の第１出力端子（上端）は出力ダイオード（ＶＤＢ）を介して第１接触部に接続され、第１スイッチングブロックのパルス変換器（ＰＴ１）の第２巻線の第２出力端子（下端）は電流センサ（ＤＴ）の１次巻線を介して第２接触部に接続され、第１〜第ｎ−１スイッチングブロックのパルス変換器（ＰＴ１〜ＰＴｎ−１）の第１出力端子はそれぞれ第２〜第ｎスイッチングブロックのパルス変換器（ＰＴ２〜ＰＴｎ）の第２出力端子に接続される。

このような並列または直列連結方式をとることによって先立って説明した通り負荷（Ｒ_ｌｏａｄ）に供給されるパルス電流の最大振幅を増加させることができ、その他にこのような直列および並列連結方式の組合わせが使われることもある。このように、複数のスイッチングブロックがスイッチングセクションに含まれる場合、整流器（１５０）は全体的に１つであってもよく、各スイッチングブロックに個別に含まれることもある。

以下先立って簡略に説明した制御システム（５００）の構成を、図５を参照して更に具体的に詳察することにする。

図５は、図１〜図４でスイッチングセクション（２００）に連結されたものと図示された本発明の高周波パルス発振器の制御システム（５００）の構成を詳細に示したスイッチングブロック図である。
図示されたように制御システム（５００）は安定した電源電圧を制御システム（５００）の全ての構成要素に提供してパルス位相制御システム（５０２）を同期化するための信号（Ｕ_{ｓｙｎｃｈ}）を提供するための電源供給および同期化ユニット（５０１）、使用者が指定することによって負荷（Ｒ_ｌｏａｄ）に供給されるパルス電流のパラメータが設定されて上記パルス電流が安定化するように制御可能整流器（１５０）を適切に制御するためのパルス（第１制御パルス）を生成するパルス位相制御システム（５０２）、本発明による高周波パルス発振器（１００）でのパルス電流生成開始、停止およびリセットを指示して負荷に供給されるパルス電流の周波数および振幅の調整を指示するための遠隔および局地制御パネル（５０３および５０４）、局地制御パネル（５０３）からの局地／遠隔（Ｌｏｃａｌ／Ｒｅｍｏｔｅ）選択信号に従って遠隔または局地制御パネルから選択的に制御信号を受け取る選択器（５０５）、選択器（５０５）からの信号に従って電圧制御発振器（５０７）およびパルス位相制御システム（５０２）を制御するための保護／自動化ユニット（５０６）、スイッチングセクション（２００）に含まれたスイッチングサイリスタ（ＶＳ１〜ＶＳｎ）の制御のためのパルス（第２制御パルス）を生成する電圧制御発振器（ＶＣＯ；５０７）、スイッチングサイリスタ（ＶＳ１〜ＶＳｎ）および整流器（１５０）を制御するパルス（第１および第２制御パルス）を成形するためのパルス成型機（５０８および５０９）を具える。

ここで、電源供給および同期化ユニット（５０１）に印加される交流電流はスイッチングセクションの整流器（１５０）に印加される電流と同一で、電源供給および同期化ユニット（５０１）は、これが入力され安定した電源電圧（±Ｖｃｃ；例えば±１５Ｖ）を制御システム（５００）の全ての構成要素に提供して、また、パルス位相制御システム（５０２）をクロックに同期化させるための同期信号（Ｕ_{ｓｙｎｃｈ}）を生成してパルス位相制御システム（５０２）に提供する。

一方、遠隔および局地制御パネル（５０３および５０４）は使用者の命令によって負荷（Ｒ_ｌｏａｄ）に供給されるパルス電流の周波数および振幅を指定するか、又はパルス電流の生成開始／停止／リセットを指示する信号（それぞれＦ_{ｓｅｔｕｐ}、Ｉ_{ｓｅｔｕｐ}、ＳＴＡＲＴ、ＳＴＯＰ、ＲＥＳＥＴに該当する）を生成させる役割をするものであって、使用者は遠隔または局地制御パネル（５０３または５０４）に備えられた入力手段を利用して所望の命令を入力することになって、これにより該当信号が上記選択器（５０５）に供給される。すなわち、一種のリモコンの役割をする遠隔制御パネル（５０３）からはＦ_{ｒｅｍｏｔｅｓｅｔｕｐ}、Ｉ_{ｒｅｍｏｔｅｓｅｔｕｐ}、ＳＴＡＲＴ_{ｒｅｍｏｔｅ}、ＳＴＯＰ_{ｒｅｍｏｔｅ}およびＲＥＳＥＴ_{ｒｅｍｏｔｅ}信号が、本発明の高周波パルス発振器（１００）自体に付着された局地制御パネル（５０４）からはＦ_{ｌｏｃａｌｓｅｔｕｐ}、Ｉ_{ｌｏｃａｌｓｅｔｕｐ}、ＳＴＡＲＴ_{ｌｏｃａｌ}、ＳＴＯＰ_{ｌｏｃａｌ}およびＲＥＳＥＴ_{ｌｏｃａｌ}信号が生成されて上記選択器（５０５）に供給される。

選択器（５０５）は、使用者が局地制御パネル上で指定する局地／遠隔（Ｌｏｃａｌ／Ｒｅｍｏｔｅ）命令に従って局地制御パネル（５０４）または遠隔制御パネル（５０３）の中のいずれで制御信号を受け取るものであるかを選択して、これにより、選択されたいずれの一方の制御パネルから供給を受けた制御信号に基づいて周波数設定信号（Ｆ_{ｓｅｔｕｐ}）を電圧制御発振器（５０７）に、振幅設定信号（Ｉ_{ｓｅｔｕｐ}）をパルス位相制御システム（５０２）に、ＳＴＡＲＴ、ＳＴＯＰおよびＲＥＳＥＴ信号を保護／自動化ユニット（５０６）にそれぞれ供給する役割をする。

保護／自動化ユニット（５０６）はＳＴＡＲＴ命令に従って電圧制御発振器（５０７）にスイッチオン（ＳＷＩＴＣＨ−ＯＮ）信号を提供する。一方、ＳＴＯＰ命令を受信するか、又は回路が耐えられる電流限界の超過を感知した保護回路からの信号を受信する場合、電圧制御発振器（５０７）をスイッチングオフ（ＳＷＩＴＣＨ ＯＦＦ）して、整流器（１５０）を制御するための制御パルスのブロッキングおよび整流器（１５０）の反転（ＩＮＶ）を指示する命令を生成してパルス位相制御システム（５０２）に提供する。一方、保護／自動化ユニット（５０６）にはクロック信号として端子タイミング（ＴＴ；Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｔｉｍｉｎｇ）信号が印加される。

電圧制御発振器（５０７）は、選択器（５０５）からのパルス周波数設定（Ｆ_{ｓｅｔｕｐ}）信号および保護／自動化ユニット（５０６）からのＳＷＩＴＣＨ−ＯＮ信号に基づいてスイッチングセクション（２００）に含まれたスイッチングサイリスタ（ＶＳ１〜Ｖｓｎ）を制御するための信号を生成して、これをスイッチングサイリスタ制御用パルス成形器（５０８）に供給する。

パルス位相制御システム（５０２）は、保護／自動化ユニット（５０６）からの制御パルスブロッキング命令およびＩＮＶ命令、そして選択器（５０５）からのパルス電流振幅設定（Ｉ_{ｓｅｔｕｐ}）信号の入力を受けて、これに基づいて整流器（１５０）を制御するための信号（第１制御パルス）を生成して整流器制御用パルス成形器（５０９）に供給する。

スイッチングサイリスタ制御用パルス成形器（５０８）の出力端子は、上記スイッチングサイリスタ（ＶＳ１〜ＶＳｎ）の制御電極およびアノードに接続されて上記スイッチングサイリスタ（ＶＳ１〜ＶＳｎ）を制御するための信号（第２制御パルス）を提供して、整流器制御用パルス成形器（５０９）の出力端子は上記制御可能な整流器（１５０）に含まれたサイリスタ（ＵＶ）の制御電極に接続されても整流器（１５０）のサイリスタ（ＵＶ）を制御するための信号（第１制御パルス）を提供する。

以下、図３〜図５を参照して、本発明の一実施例における高周波パルス発振器（１００）の動作を説明することにする。

まず、パルス電流の生成が開示されてパルス電流が負荷に供給されるまでの過程を説明すると、交流電流が電源供給および同期化ユニット（５０１）と整流器（１５０）に印加されて、使用者が遠隔または局地制御パネル（５０３または５０４）にある周波数設定および振幅設定機能を利用して出力パルス周波数および振幅を指定すれば、選択器は一方の制御パネルから入力された信号に基づいて開始（ＳＴＡＲＴ）命令を生成するようになり、この命令の入力を受けた保護／自動化ユニット（５０６）からの信号に従ってパルス位相制御システム（５０２）で制御パルスブロッキング（ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｕｌｓｅ ｂｌｏｃｋｉｎｇ）がターンオフされれば、整流器制御用パルス成形器（５０９）から整流器（１５０）に第１制御パルスが伝達され、これにより、整流器から供給される電流｛波形は図６の（ａ）参照｝によりキャパシタ（Ｃ１〜Ｃｎ）が電流振幅設定信号（Ｉ_{ｓｅｔｕｐ}）により定義された電圧まで充電される。

ここで、キャパシタ（Ｃ１〜Ｃｎ）の充電動作のための電流は平滑リアクタ（ＳＲ１〜ＳＲｎ）により制限される。開示命令を下した後、キャパシタ（Ｃ１〜Ｃｎ）が最初に上記電圧まで充電されるまでの一定の時間（例えば１０〜１５ ｍｓｅｃ）が経過した後に、保護／自動化ユニット（５０２）からのスイッチオン（ＳＷＩＴＣＨ−ＯＮ）命令によりスイッチングサイリスタ（ＶＳ１〜ＶＳｎ）を制御するためのパルス（第２制御パルス）の生成が電圧制御発振器（５０７）で開始され、これにより、スイッチングサイリスタ制御用パルス成形器（５０８）からスイッチングサイリスタ制御信号がスイッチングセクション（２００）に供給されれば、キャパシタ（Ｃ１〜Ｃｎ）はそれぞれパルス変換器（ＰＴ１〜ＰＴｎ）を介して放電される｛キャパシタ（Ｃ１〜Ｃｎ）の充放電の時に電圧の変化は図６の（ｂ）参照｝。キャパシタ（Ｃ１〜Ｃｎ）から放電される電流は放電ダイオード（ＶＤＢ１〜ＶＤＢｎ）により整流され、これにより、負荷（Ｒ_ｌｏａｄ）に対する動作サイクルが設定される。キャパシタ（Ｃ１〜Ｃｎ）が放電されればパルス変換器および接続配線に蓄積されたエネルギーは逆の放電ダイオード（ＶＤＯ１〜ＶＤＯｎ）を開くのに使われて、スイッチングサイリスタ（ＶＳ１〜ＶＳｎ）は振幅および持続時間がスイッチングリアクタ（ＫＲ１１〜ＫＲ１ｎ）のパラメータに依存する逆電圧をとるようになる｛図６の（ｃ）参照｝。

このような動作によって負荷（Ｒ_ｌｏａｄ）に供給されるパルス電流の持続時間はキャパシタ（Ｃ１〜Ｃｎ）のキャパシタンスに依存して（例えば８０〜２００μｓであることもある）、その振幅は並列（図３）、直列（図４）、またはこれらの組合わせからなったスイッチングセクションを利用することによってスムーズにまたは段階的に変化する｛図６の（ｄ）参照｝。このような出力パルスの周波数および振幅は設定段階および通常の動作中に遠隔または局地制御パネル（５０３または５０４）上の付加的なディスプレイを利用してモニタをすることができ、必要な場合は修正できる。このような過程により生成されたパルス電流はパルス変換器（ＰＴ１〜ＰＴｎ）および接続配線の抵抗によってスイッチングセクション（２００）に分配される。必要な場所に、スイッチングセクション（２００）の各スイッチングブロックには可変的な負荷分布を有する個別的な制御可能整流器が装着されることができる。

一方、作動が停止する過程を詳察すると、保護／自動化ユニット（５０６）が選択器（５０５）からの停止（ＳＴＯＰ）命令により、または保護回路からの信号に従って反転（ＩＮＶ）命令を生成して（これは整流器がインバータとして作動することを要求する）、一定時間（例えば１０〜１５ｍｓｅｃ）後に電圧制御発振器（５０７）をターンオフして、ＳＷＩＴＣＨ−ＯＮの命令を終了して制御パルスブロッキング命令をパルス位相制御システム（５０２）に伝達する。このような動作により電流源に蓄積されたエネルギーが確実に放電される。このように通常のスイッチングオフ（ＳＴＯＰ命令による）時に電流源は直ちにスイッチオンできるが、過電流によって保護回路が関与した場合にはスイッチオンするに先立って使用者が必ずリセット（ＲＥＳＥＴ）命令を下すようにして保護／自動化ユニット（５０６）からの信号の承認を受けるようにすることによって、放電が確実になされた後、スイッチオンがなされるようにする。

上述した構成によれば、先に例示した仕様を有する素子を備えた単一セクションは例えば電流強度２０ｋＡ、電圧の大きさ１００Ｖ、持続時間８０〜２００μｓおよび周波数０〜１０００Ｈｚであるパルスで負荷に電力を供給することができ、構成の適切な変形を介して他のパラメータを有するパルスを作ることもできる。

本発明による高周波パルス発振器は、上記で例示したような特性を有する高周波のパルス電流を圧延装置などの被加工物に直接通電させることができるため、従来のように持続的な高電流の供給による熱発生を防止するので、冷却装置が要らなくなり部品の焼損を防止するようになる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の特許請求の範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得る。

本発明の高周波パルス発振器の基本的構成要素およびこれらの連結関係を概略的に示した図面である。 本発明の高周波パルス発振器のスイッチングセクションの一実施例を示した図面である。 本発明の高周波パルス発振器において図２のスイッチングブロックを並列に連結してスイッチングセクションを構成した一実施例を示した図面である。 本発明の高周波パルス発振器において図２のスイッチングブロックを直列に連結してスイッチングセクションを構成した一実施例を示した図面である。 本発明の高周波パルス発振器の制御システムを示した概略図である。 本発明の高周波パルス発振器の各構成要素で出力される電圧の波形を示したグラフである。

符号の説明

ＳＲｎ 平滑リアクタ
ＶＤ０ｎ 放電ダイオード
ＫＲ１ｎ 第１スイッチングリアクタ
ＫＲ２ｎ 第２スイッチングリアクタ
ＰＴｎ パルス変換器
ＤＴｎ 電流センサ
ＶＤＢｎ 出力ダイオード
Ｃｎ キャパシタ
ＶＳｎ スイッチングサイリスタ
ＵＶ 整流器サイリスタ
１００ 高周波パルス発振器
１５０ 制御可能整流器
２００ スイッチングセクション
５００ 制御システム
５０１ 電源供給および同期化ユニット
５０２ パルス位相制御システム
５０３ 遠隔制御パネル
５０４ 局地制御パネル
５０５ 選択器
５０６ 保護／自動化ユニット
５０７ 電圧制御発振器（ＶＣＯ）
５０８ スイッチングサイリスタ制御用パルス成形器
５０９ 整流器制御用パルス成形器

Claims (11)

1. 交流電流源から供給される交流電流を整流して選定された波形の電流を出力する制御可能な整流器と、
   一つ以上のスイッチングブロックで構成され、前記選定された波形の電流から所望の振幅および周波数を有するパルス電流を生成するためのスイッチングセクションと、ここで、前記一つ以上のスイッチングブロックは、前記生成されたパルス電流の振幅が増加する方式で連結され、
   第１制御パルスおよび第２制御パルスを生成するための制御システムと
   を具え、
   ここで、前記第１制御パルスは、前記制御可能な整流器に供給されて前記交流電流の整流を制御し、前記第２制御パルスは、前記スイッチングセクションの前記一つ以上のスイッチングブロックにそれぞれ供給されて前記選定された波形の電流が所望の振幅および周波数を有するパルス電流に変換されるように制御することを特徴とする高周波パルス発振器。
2. 前記制御システムは、
   前記第１制御パルスを生成するためのパルス位相制御システムと、
   前記第２制御パルスを生成するための電圧制御発振器と、
   前記パルス電流の生成開始、停止およびリセット動作を指示する信号に従って前記パルス位相制御システムおよび前記電圧制御発振器を制御するための保護／自動化ユニットと、
   前記交流電流源から供給される交流電流から一定の電源電圧を生成し供給して、前記パルス位相制御システムを同期化するための信号を提供する電源供給および同期化ユニットと
   を具えたことを特徴とする請求項１記載の高周波パルス発振器。
3. 前記スイッチングセクションは、
   前記パルス電流が供給される負荷にかかる電流を測定するための電流センサと、
   前記パルス電流が前記所望の振幅を有するようにするためのパルス変換器と、
   前記第２制御パルスに応じて前記パルス電流が前記所望の周波数を有するようにするためのスイッチングサイリスタと
   を具え、
   前記制御システムは、前記電流センサから前記負荷にかかる電流の測定値を受け取ることを特徴とする請求項１記載の高周波パルス発振器。
4. 前記制御システムは、
   前記パルス電流の生成開始、停止およびリセット動作を指示して、前記パルス電流の周波数および振幅を指定または変更するための信号を発生させる遠隔および局地制御パネルと、
   前記局地制御パネルからの局地／遠隔選択信号に従って前記遠隔または局地制御パネルから動作指示信号と周波数および振幅を指定する信号を選択的に受け取る選択器と
   をさらに具えたことを特徴とする請求項１記載の高周波パルス発振器。
5. 前記保護／自動化ユニットは、
   開始動作指示信号を受信した場合は、スイッチ−オン信号を生成して前記電圧制御発振器に提供して、前記第１制御パルスのブロッキングの解除を前記パルス位相制御システムに指示し、
   停止動作指示信号を受信したり、前記高周波パルス発振器の動作限界電流の超過を感知した場合は、前記電圧制御発振器に対して前記スイッチ−オン信号の提供を中断して、前記パルス位相制御システムに対して前記第１制御パルスのブロッキングおよび前記整流器の反転を指示し、
   リセット動作指示信号を受信した場合は、前記動作限界電流が超過せずに前記交流電流源の放電が完全になされることを確認した場合にのみ、前記スイッチ−オン信号の生成を承認する請求項２記載の高周波パルス発振器。
6. 前記制御システムは、
   前記第２制御パルスを成形するためのスイッチングセクション制御用パルス成形器と、
   前記第１制御パルスを成形するための整流器制御用パルス成形器と
   をさらに具えたことを特徴とする請求項２記載の高周波パルス発振器。
7. 前記スイッチングセクションは、放電ダイオード、平滑リアクタ、第１スイッチングリアクタ、出力ダイオード、キャパシタをさらに具え、
   前記パルス変換器の１次巻線の第２入力は、前記キャパシタの第２ポールに接続され、
   前記パルス変換器の２次巻線の第１出力は、前記出力ダイオードを介して前記負荷の接続のための第１出力接触部に接続され、
   前記パルス変換器の２次巻線の第２出力は、前記電流センサの１次巻線を介して前記負荷の接続のための第２出力接触部に接続され、
   前記放電ダイオードの出力は、前記第１スイッチングリアクタを介して前記スイッチングサイリスタおよび前記パルス変換器の１次巻線の第１入力に接続され、
   前記制御可能な整流器の第１出力端子は、前記平滑リアクタを介して前記キャパシタの第１ポールおよび前記スイッチングサイリスタおよび前記放電ダイオードの反対側入力に接続され、
   第２出力端子は、前記キャパシタの第２ポールおよび前記パルス変換器の１次巻線の第２入力に接続されることを特徴とする請求項３記載の高周波パルス発振器。
8. 前記スイッチングセクションは、第２スイッチングリアクタをさらに具え、
   前記第２スイッチングリアクタは、前記パルス変換器の２次巻線と平行に、前記電流センサの１次巻線の第１入力および前記出力ダイオードのアノードに連結されたことを特徴とする請求項７記載の高周波パルス発振器。
9. 前記制御可能な整流器は、サイリスタを利用して構成される３相整流器であり、
   前記第１制御パルスは、前記サイリスタの制御電極に入力されることを特徴とする請求項１記載の高周波パルス発振器。
10. 前記スイッチングセクションは、ｎ個の同一のスイッチングブロックを具え、
    前記整流器の出力端子は、それぞれ前記スイッチングブロックそれぞれの平滑リアクタの入力およびキャパシタの第２ポールと平行に接続され、
    前記スイッチングブロックそれぞれの出力ダイオードの出力端子および電流センサの１次巻線の出力端子は、それぞれ前記第１出力接触部および第２出力接触部に平行に接続されることを特徴とする請求項７記載の高周波パルス発振器。
11. 前記スイッチングセクションは、ｎ個の同一のスイッチングブロックを具え、
    ｎ番目のスイッチングブロックのパルス変換器の第１出力端子は、出力ダイオードを介して前記第１出力接触部に接続され、
    第１スイッチングブロックのパルス変換器の第２出力端子は、電流センサの１次巻線を介して前記第２出力接触部に接続され、
    第１ないし第ｎ−１スイッチングブロックのパルス変換器の第１出力端子は、それぞれ第２ないし第ｎスイッチングブロックのパルス変換器の第２出力端子に接続されることを特徴とする請求項７記載の高周波パルス発振器。

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