JP2006173447A - 着磁器 - Google Patents

Abstract

【課題】充電コンデンサＣ１の充電電圧により、着磁用スイッチング素子のオン制御で着磁コイルＬ１に着磁電流を供給する着磁器において、着磁電流をそのピーク値で遮断することなく、Ｌ１及びＣ１に共振電流の最初の半波を着磁電流とし、残留エネルギを回生する。
【解決手段】スイッチング素子は、オン制御で導通し、導通電流が所定レベルを下廻ると非導通になるＳＣＲ等である。整流回路２及びＣ１間に充電用ＳＣＲ３を介在させると共に、Ｃ１に、回生用コイルＬ２及び回生用ＳＣＲ２で構成される回生用直列回路を並列に接続する。ＳＣＲ３のオン制御によりＣ１を充電し、その終了状態で着磁用ＳＣＲ１をオン制御し、その時点からＬ１とＣ１とによる共振電流の半周期時点でＳＣＲ２をオン制御して、Ｌ１によりＣ１に充電されている逆電圧をＬ２とＣ１とによる共振電流により正電圧としてＣ１に回生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、整流回路により充電される充電コンデンサに、着磁用スイッチング素子及び着磁コイルで構成される直列回路が並列に接続され、着磁用スイッチング素子のオン制御に応答して充電コンデンサの充電電圧により着磁コイルに供給される着磁電流により着磁磁界を発生するようになった着磁器に関するものである。

図３は、この種の従来の典型的な回路を示すもので、商用電源電圧の位相を制御する位相制御回路１と、これにより入力電力を調整された昇圧トランス３の昇圧電圧を整流する整流回路２と、その整流出力電圧で充電される充電コンデンサＣ１と、この充電コンデンサに並列に接続され、かつ着磁用スイッチング素子であるＳＣＲ１及び着磁コイルＬ１による直列回路で構成される。これにより、ＳＣＲ１を点弧パルスで導通させて着磁コイルＬ１に着磁電流を供給し、充電コンデンサＣ１の充電電圧が略ゼロになる時点から着磁コイルＬ１に発生する逆起電力でフライホイールダイオードＤ１に循環電流を流している。

一方、特許文献１により、直流電源と直列に接続されたオン／オフが可能なスイッチング手段と、直流電源と並列に接続され、スイッチング手段が非導通状態になると直流電源より電荷を充電される一方、スイッチング手段が導通状態になると負荷である着磁用コイルに対して充電された電荷を放電して励磁電流を流す充放電手段と、励磁電流がピーク値に至った後にスイッチング手段をオフ制御し、着磁用コイルへの通電を遮断する電流遮断制御手段と、通電遮断時に発生する逆起電力を充放電手段に回生する回生回路を備えた着磁装置が、周知である。
特開２００１−３３２４２３号公報

この特許文献１による着磁装置によれば、フライホイールダイオードの循環電流によりコイルを無駄に発熱させるのを回避して、逆起電力のエネルギ分を回生可能にしているが、着磁電流の通電途中でオフ制御する必要があるために、保持電流を下廻ると消弧する通常のＳＣＲに代えて、オフ制御可能なスイッチング素子を用いる必要がある。したがって、現状では着磁電流が十ｋＡオーダの大電流になると、IGBT等のオンオフ制御可能なスイッチング素子を並列に多数接続し、さらに耐圧的にもスイッチング素子の保護回路が必要になる。

本発明は、このような点に鑑みて、整流出力電圧で充電される充電コンデンサの充電電圧により、着磁用スイッチング素子のオン制御で着磁コイルに着磁電流を供給するようになった冒頭に述べた類の着磁器において、着磁電流をそのピーク値の近辺で遮断することなく、着磁用コイル及び充電コンデンサに共振電流の最初の半波を着磁電流とし、残留エネルギを回生できる着磁器を提供することを目的とする。

本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、整流回路の整流出力電圧により充電される充電コンデンサに、着磁用スイッチング素子及び着磁コイルで構成される直列回路が並列に接続され、着磁用スイッチング素子のオン制御に応答して充電コンデンサの充電電圧で着磁コイルに着磁電流を供給することにより着磁磁界を発生するようになった着磁器において、整流回路及び充電コンデンサ間に充電用スイッチング素子を介在させると共に、充電コンデンサに、回生用コイル及び回生用スイッチ素子で構成される回生用直列回路を並列に接続し、着磁用スイッチング素子、充電用スイッチング素子及び回生用スイッチング素子が、それぞれオン制御で導通し、かつ導通電流が所定レベルを下廻ると自動的に非導通になるスイッチング素子であり、充電用スイッチング素子のオン制御により整流出力電圧で充電コンデンサを充電し、次いでこの充電の終了状態で着磁用スイッチング素子をオン制御し、このオン制御時点から着磁コイルと充電コンデンサとによる共振電流の半周期の経過時点で回生用スイッチング素子をオン制御して、着磁コイルにより充電コンデンサに充電されている逆電圧を回生用コイルと充電コンデンサとによる共振電流により正電圧として充電コンデンサに回生することを特徴とする。

充電用スイッチング素子のオン制御により整流出力電圧で充電コンデンサを充電し、その充電後の充電用スイッチング素子の非導通状態で、着磁用スイッチング素子をオン制御して充電コンデンサの充電電圧により着磁コイルと充電コンデンサとによる共振電流を着磁コイルに供給する。この共振電流の半周期の経過後の着磁用スイッチング素子の非導通状態で、回生用スイッチング素子をオン制御して、着磁コイルにより充電コンデンサに充電され、かつ着磁時の電圧極性に対する逆電圧を回生用コイルと充電コンデンサとによる共振電流により、再反転して正電圧として充電コンデンサに回生する。この回生用共振電流の半周期の経過後に回生用スイッチング素子は非導通状態になる。

請求項１の発明によれば、着磁電流を着磁コイルと充電コンデンサとによる共振電流とすると共に、その半周期の経過時点で、着磁コイルにより充電コンデンサに充電されている逆電圧を回生用コイルと充電コンデンサとによる共振電流により反転して充電コンデンサに回生することにより、フライホイールダイオードを介して循環させていた電流を、オンオフ双方の制御パルスで制御する特殊なスイッチング素子を用いることなく回生可能になり、簡単な回路構成で省電力化が実現される。また、着磁電流が、ピーク電流から低減する共振周波数の半周期にわたり供給されることにより、ピーク電流に達した時点で遮断する方式に比べて、急激な電流変化に起因する渦電流の発生も抑制できる。その際、請求項２の発明により、スイッチング素子としては、導通電流が保持電流を下廻ることにより、自動的に消弧する通常のＳＣＲを用いることができ、また充電用ＳＣＲを着磁直前までオン制御することにより、充電コンデンサの充電電圧の放電を補充しつつ着磁時には脈波状整流出力電圧で容易にオフ制御される。

図１及び図２により本発明の実施の形態による着磁器を説明する。この着磁器は、図３を基に既述したように、着磁電流量に応じて昇圧トランス３の入力電力を調整するために商用電源の電圧を位相制御する位相制御回路１と、昇圧トランス３の交流出力電圧を整流する整流回路２と、その脈波状の整流出力電圧で充電される充電コンデンサＣ１と、この充電コンデンサに並列に接続され、かつ着磁用スイッチング素子であるＳＣＲ１及び着磁コイルＬ１で構成される直列回路とを備えると共に、整流回路２及び充電コンデンサＣ１間に充電用スイッチング素子であるＳＣＲ３が接続され、その出力側のカソード側において、充電コンデンサＣ１に、回生用コイルＬ２及び回生用スイッチング素子であるＳＣＲ２で構成される回生用直列回路が並列に接続されている。ＳＣＲ１〜３には、これらのスイッチング素子を所定のタイミングで点弧させるオン制御パルスとしての点弧パルスを出力するスイッチング制御回路５が付属している。

この着磁器は、例えば周期的に例えば１０ｋＡ程度の着磁電流パルスを着磁コイルＬ１に供給して、このコイル内に順に搬送されてくる磁石に着磁する。また、回生用コイルＬ２のインダクタンスは、充電コンデンサＣ１との共振周波数の周期により、着磁周期を大幅に長くせず、かつ構造的に嵩張らないように、着磁コイルＬ１のインダクタンスよりも小さく設定されている。

このように構成された着磁器の動作を図２を参照して説明する。着磁用ＳＣＲ１が点弧パルスＰ１でオン制御されることにより、着磁コイルＬ１には、整流回路２の整流出力電圧により充電された充電コンデンサＣ１の充電電圧により着磁電流が供給される。この着磁電流は、着磁コイルＬ１と充電コンデンサＣ１との共振電流として供給され、その共振周波数の着磁電流が略ゼロになる半周期Ｔ１を経過する時点でＳＣＲ１は消弧する。

この間、充電コンデンサＣ１の充電電圧は徐々に放電し、ピーク電流に達した時点で着磁コイルＬ１に発生する逆電圧で充電される。即ち、放電開始時の正の充電電圧が、着磁コイルＬ１等の電力損失による減衰を伴って逆電圧として充電コンデンサＣ１に保持される。

次いで、回生用ＳＣＲ２が点弧パルスＰ２でオン制御されると、充電コンデンサＣ１には、回生用コイルＬ２との共振により、所定量の減衰を伴って、その半周期Ｔ２の間に正電圧が充電され、したがって着磁電流に対して９０°位相の進んだ着磁コイルＬ１の逆電圧により一旦充電コンデンサＣ１に充電された逆電圧が、回生用コイルＬ２により再度反転されて正電圧に回生される。その際、同様に、共振周波数の半周期Ｔ２に達して回生電流が略ゼロになる時点で、ＳＣＲ２は消弧して充電コンデンサＣ１に回生電圧が保持される。即ち、充電電圧により惹起される共振周波数の減衰振動中、その最初の半波が着磁電流として利用され、残りの振動エネルギは回生される。

この状態で、充電用ＳＣＲ３が着磁用点弧パルスＰ１の発生直前で終端するゲート幅の点弧パルスＰ３でオン制御されることにより、充電コンデンサＣ１は、回生電圧を補充し、さらにその後の放電も補充するように、整流出力電圧で充電期間Ｔ３にわたり充電される。次いで、充電期間Ｔ３の終端でオン制御パルスＰ３が消滅することにより、脈波状整流出力電圧の低下時点で充電用ＳＣＲ３は消弧する。したがって、回生動作中、充電用ＳＣＲ３は非導通状態であり、また点弧パルスＰ１により次の着磁が行われる間、補充された電圧は充電コンデンサＣ１に保持される。

尚、前述の実施の形態において、充電用ＳＣＲ３は、整流出力電圧のリップル成分を少なくすることを前提に、幅の狭いパルスで点弧し、着磁の直前で整流回路の入力を一時的に遮断して消弧させることもできる。

本発明の実施の形態による着磁器の回路構成を示す図である。 同装置の動作のタイミング及び動作波形を説明する図である。 従来の着磁器の着磁回路の構成を示す図である。

符号の説明

２ 整流回路
Ｃ１ 充電コンデンサ
Ｌ１ 着磁コイル
Ｌ２ 回生用コイル
ＳＣＲ１ 着磁用ＳＣＲ
ＳＣＲ２ 回生用ＳＣＲ
ＳＣＲ３ 充電用ＳＣＲ

Claims (2)

1. 整流回路の整流出力電圧により充電される充電コンデンサに、着磁用スイッチング素子及び着磁コイルで構成される直列回路が並列に接続され、着磁用スイッチング素子のオン制御に応答して充電コンデンサの充電電圧で着磁コイルに着磁電流を供給することにより着磁磁界を発生するようになった着磁器において、
   整流回路及び充電コンデンサ間に充電用スイッチング素子を介在させると共に、前記充電コンデンサに、回生用コイル及び回生用スイッチ素子で構成される回生用直列回路を並列に接続し、着磁用スイッチング素子、前記充電用スイッチング素子及び前記回生用スイッチング素子が、それぞれオン制御で導通し、かつ導通電流が所定レベルを下廻ると自動的に非導通になるスイッチング素子であり、
   前記充電用スイッチング素子のオン制御により整流出力電圧で前記充電コンデンサを充電し、次いでこの充電の終了状態で前記着磁用スイッチング素子をオン制御し、このオン制御時点から前記着磁コイルと前記充電コンデンサとによる共振電流の半周期の経過時点で前記回生用スイッチング素子をオン制御して、前記着磁コイルにより前記充電コンデンサに充電されている逆電圧を前記回生用コイルと前記充電コンデンサとによる共振電流により正電圧として充電コンデンサに回生することを特徴とする着磁器。
2. 整流出力電圧が脈波状であり、充電用スイッチング素子としてのＳＣＲが、着磁用スイッチング素子としてのＳＣＲのオン制御前までオン制御されることを特徴とする請求項１記載の着磁器。

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