JPH0482617A - 電気加工用パルス電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアーク溶接、電解加工、電解新剤、電気メツキ
、放電低温焼結、点溶接、マイクロ溶接、マイクロスタ
ッド加工、ラム型放電加工、ワイヤカット放電加工、レ
ーザー加工等の電気加工装置に用いる加工用電源装置に
関するものである。

〔従来技術及び問題点〕

放電加工等の電気加工装置においては、電極と被加工体
間の加工間隙にパルス放電を発生させて加工を行なうか
、その加工用パルス電源として従来は、インバータ出力
の半波を負荷マツチングコンデンサを介して加工間隙に
供給するようにしていた。即ち、マツチングコンデンサ
の充電電圧か加工間隙で放電するようにしたコンデンサ
電源か一般的に用いられていた。

しかじな７：ｌ）ら、このコンデンサ電源においてはイ
ンバータ出力の半波しか利用されないため、電力の利用
率か低いという欠点かあると共に、充放電周波数の変更
やパルス幅等の制御か容易でなつ・った。

〔問題点の解決手段〕

本発明は上記の欠点を解決するためなされたものであり
、その特徴とするところは、電極と被加工体の加工間隙
に負荷マツチングコンデンサを介して加工電力を供給す
るよう構成した電源装置に於て、インバータトランスの
入力をパルス幅変調制御回路（以下、ｌ’ＰＷＭ制御回
路ｊという）の出力パルスによりオン・オフ制御すると
共に、上記インバータトランスの出力を整流、蓄電する
ｎ倍電圧整流用回路を設け、上記ｎ倍電圧整流回路の圧
力電圧を加工間隙に印加するよう構成したことを特徴と
するものである。

〔作　用〕

本発明は、ｎ倍電圧整流回路からのｎ倍電圧か充電され
るコンデンサを灸・荷マツチングコンデンサとして直接
利用するものであるから、インバータトランスの利用率
か極めて高くなり、インバータを小型軽量に構成するこ
とかてきる。又、コンデンサと負荷間隙の間は低インピ
ーダンスで結合することかできるので、短時間に大電流
を供給することかできる。更に又、インバータへ送るパ
ルスの発生装置としてパルス幅変調制御回路を用いてい
るため、周波数やパルス幅を変更したり、或いはまたオ
ン、オフパルス幅の比、即ちデユーティを変更させるこ
とも容易であって、デユーティサイクルを１％〜９９％
まで広範囲に変更できる。

このため発振によるオン、オフ信号をパルストランスを
介して出力することにより任意のパルス出力を発生させ
ることが可能であり、加工の種類、加工条件に対応した
最適のパルスの発生を容易に行ない得る等の効果かある
。

〔実　施　例〕

以下図面を参照しつ〜本発明の構成を詳細に説明する。

図面に示した実施例は主に放電加工用に適するよう構成
された電源装置であり、第１図は本発明に係る電源装置
の一実施例を示す回路図、第２図はそのパルス幅変調制
御の波形説明図、第３図、第４図及び第５図は本発明に
係る電源装置の他の実施例のｎ倍電圧整流回路部分図、
第６図は本発明に係る電源装置の他の実施例を示す回路
図、第７図、第８図及び第９図は本発明に係る電源装置
の他の実施例のＰＷ’Ｍ制御回路部分図である。

而して、第１図において、１は電極及び被加工体を対向
せしめて成る加工間隙で、図示しないサーホ送り装置に
よって微小な一定間隔を保ち、この間隙にパルス放電を
繰り返し発生させることにより放電加工か行なわれるよ
うになっている。２は電力を供給するインバータトラン
スで、整流装置３によって整流した直流電圧をＦＥＴ等
の高速スイッチ４によってオン、オフスイッチングして
得られる出力パルスを変圧するようになっている。

５はインバータトランス２の出力を倍電圧整流する整流
回路でコンデンサＣ，，，Ｃ２とダイオードＤＩ、Ｄ２
をカスケード型に接続して成り、２倍電圧に充電される
コンデンサＣ２の電圧か加工間隙１て放電するように接
続されている。６はコンデンサｑ２の平均電圧を検出す
る検出抵抗で、検出信号をホトカプラ７を介して出力す
る。１２はＰＷＭ制画回路で、発振器ｌＯにはトランス
２の３次巻線からの信号か同期回路９を経て入力し、こ
の同期信号によって第２図のようにのこぎり波Ａを発生
する。８は検出抵抗６からホトカブラ７を経て入力する
信号をこれに反比例する所要の信号電圧已に反転増幅す
る増幅器、１１は発振器１０ののこぎり波Ａと増幅器８
の直流電圧Ｂとを比較するコンパレータて、第２図のよ
うに直流電圧Ｂかのこぎり波Ａの電圧より高い区間での
み８カ電圧Ｃを発生するようになっている。１３はコン
パレータ１１の出力パルスを増幅してＦＥＴスイッチ４
を駆動する駆動回路である。

以上において発振器１０の発振周波数を成る一定値に設
定したとする（周期Ｔ）と、増幅器８の直流電圧Ｂによ
ってコンパレータ１１の比較出力は第２図のＣのように
パルス幅τ。。と休止幅τ。１．か繰り返すパルスとな
り、これか駆動回路１３に加わっでスイッチ４をオン、
オフスイッチング制御することになる。スイッチ４のオ
ン、オフスイッチング動作によって発生するパルスはイ
ンバータトランス２によって変圧され、そのトランス出
力の負の半サイクルはダイオードＤ、を通してコンデン
サＣ１に充電され、正の半サイクルはダイオードＤ２を
通してコンデンサＣ２に充電され、このときコンデンサ
Ｃ２にはコンデンサＣ１の充電電圧か重畳される。従っ
て、インバータトランス２の出力電圧かＶｍのときコン
デンサＣ２は約２ｖｍに充電され、この倍電圧か加工間
隙１に加わって放電か行なわれる。コンデンサＣ２の充
電はインバータトランスの出力の半サイクル毎に行なわ
れ、この充電にマツチングして加工間隙１てパルス放電
か行なわれるようになる。

而して、倍電圧充電コンデンサＣ２から加工間隙に加わ
る電圧は抵抗６によって検出され、例えば何らかの原因
により加工間隙ｌの電圧か低下したとすると、増幅器８
の直流電圧Ｂか上昇するから、コンパレータ１１の出力
パルスＣのパルス幅τ。。は増大し、デユーティτ。。

／Ｔか増大するので、インバータトランスの出力か増大
する。反対に間隙１か広がる等により抵抗６によって検
出される電圧か増大すると、増幅器８の直流電圧Ｂか低
下するから、コンパレータ１１の出力パルスＣのパルス
幅τ。わが減少し、デユーティτ。ｆｉ／Ｔか減少する
ので、インバータトランスの出力は減少する。

このパルス幅変調制御によってコンデンサＣ２の充電電
圧の最大値か制御され、加工間隙１に定電圧エネルギ放
電が繰り返されるので、安定した加工か可能となるもの
である。

第３図は、インバータ出力を３倍電圧整流する整流回路
５１を通して加工間隙１に供給するようにしたものであ
る。整流回路５１は３個のコンデンサＣ＋　、Ｃ２、Ｃ
３とダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３により構成されている
。コンデンサＣ３の両端電圧は約２Ｖｍに充電され、ダ
イオードＤ、の両端には電圧Ｖｍが出力するから、加工
間隙１には約３Ｖｍの電圧が加えられることになる。

このようにインバータ出力をｎ倍電圧整流することによ
って任意の電圧パルスを倍電圧整流コンデンサからマツ
チングして加工間隙に供給することかてき、エネルギ効
率の高い放電加工を行なうことかできる。

第４図は、他の実施例で、４倍電圧整流回路５２を４個
のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とダイオードＤ１
、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４により構成し、コンデンサＣ４の端
子電圧を加工間隙Ｉに於て放電させるようにしたもので
ある。

なお、第１図、第３図及び第４図に示した回路では、い
ずれもインバータ電源側のコンデンサは負荷の加工間隙
側のコンデンサよりも大容量に、即ち、少なくとも１．
５〜３倍程度に設定することによって負荷側コンデンサ
の充電速度を速めることかでき、これらのコンデンサの
容量は負荷への放電パルス幅で。。に応じて設定するよ
うにする。

第４図において、例えばＣ４の容量をを１とした場合に
、Ｃ２＝Ｘ１．５倍、Ｃ２＝Ｃ１，＝Ｘ２〜×３倍とい
うように設定するとよい。

又、負荷側のコンデンサは負荷の近くに配置することか
推奨され、例えば放電加工機の加工台の取付は脚の部分
とか電極の支持部分等に配置することにより低インピー
ダンスの放電回路を形成することかできる。

第５図はインバータトランス２に３次巻線を設け、この
出力をダイオードＤ５て半波整流して、２倍電圧整流回
路５のコンデンサＣ２による放電と重畳放電させるよう
にしたものであり、これにより結果的に３倍電圧整流回
路か形成されることになる。

以上の各実施例において、いずれもマツチングコンデン
サと加工間隙との間は、例えば０．００１Ωオーダの低
インピーダンスで接続することかでき、充電電圧を極め
て短時間に大電流て放電させることかできる。

実験によれば、ＰＷＭ制御により２ＭＨｚのインバータ
出力、出力電圧Ｖｍ＝３６０Ｖとしたとき、１．５μｓ
の充電時間で３００　Ｖ〜１００　Ｖ程度の充電を行な
うことができ、加工間隙に静電容量０．０７μＦのコン
デンサから放電したとき、放電電流はパルス幅約０．６
μＳて約０．００１６シユールの放電とすることかでき
た。このときのコンデンサの放ｉｔ流は平均電流か約１
５Ａ　（ｆ　ＣＶｃ　＝　Ｉｍｅａｎ＞てあり、これに
インバータから１５Ａの電流か加わって合計約３０Ａの
平均電流となった。放電電流の波高値１　ｐ　〜１５０
〜２００　Ａ、パルス幅ｒ　。、＝０．６　μｓであり
、この充電電流はＩｐ　＝ｌＯＯＡ程度となった。

第６図は、倍電圧整流回路中のダイオードに代えて充分
な耐電圧特性を有するＦＥＴ高速スイッチ１４を用いた
ものであり、これにスイッチング作用と整流作用を持た
せたものである。

１５はスイッチ１４の駆動回路、１６はコンデンサＣ２
の充電検出抵抗、１７はホトカブラ、１８は信号の図郭
回路て検出抵抗１６の信号か所定電圧以下の間は信号゛
０“、所定電圧以上では信号“Ｉ“を出力し、ノットゲ
−１・２０て反転された信号か駆動回路１５に加わるよ
うになっている。

ＰＷＭ制画図画回路１２カパルスは、アンドゲート１９
を経て駆動回路１３に供給され、スイッチ４かオン、オ
フ作動する。これによりインバータトランス２の出力か
得られるか、このときノットケー）２０の信号“１”か
駆動回路１５に加わりスイッチ１４かオン導通している
と、このスイッチを通してコンデンサＣ１か充電し、倍
電圧整流作用によりコンデンサＣ２か倍電圧に充電する
。こうしてコンデンサＣ２の充電電圧か所定値まで上昇
すると、判別回路１８は信号“１“を出力するから、ノ
ットゲート２０て反転された信号“０”か駆動回路１５
を介してスイッチ１４をオフにし、倍電圧整流回路５の
充電を停止する。又、ゲート１９にも信号°“０“か加
わり、インバータのスイッチ４もオフして作動停止する
。

所定電圧まで充電したコンデンサＣ２か加工間隙１に放
電すれば、再びスイッチ４かオン、オフ作動を開始し、
倍電圧整流回路５のスイッチ１４かオン導通してコンデ
ンサ充電が行なわれ、以後同様のサイクルか繰り返され
ることによって、コンデンサＣ２は常に一定電圧に充電
され、これにより加工間隙ては放電エネルギの揃った放
電が行なわれ、高精度の安定した加工か可能となる。

なお、上記実施例において、インバータのスイッチ４は
連続的にオン、オフスイッチングを繰り返すように作動
させてもよい。

第７図はインバータを構成するＰＷＭ制画回路の他の実
施例で、第１図と同符号のものは同一の構成要素を示し
ている。

２２は加工間隙とか通電回路等の検出信号に応して反転
増幅器８を制御するＣＰＵ制御回路で、増幅器８の出力
直流電圧Ｂの制御をし、これを例えばメモリに記憶した
信号によって時間的にスローアップ又はスローダウンの
制御をすることによってコンパレータ１１から出力する
ＰＷＭ制御パルスのパルス幅をスローアップ、スローダ
ウン制御することがてきる。又ＣＰＵ＃Ｊ（ｍ１回路２
２は、例えば加工間隙で短絡等か発生したとき、増幅器
８の出力直流電圧Ｂを所定時間中断してＰＷＭ制御パル
スを中断する制御を行なうようにしてもよい。

次に、第８図は、ＰＷＭ制御回路の発振器１０をＣＰＵ
制御回路２２て制御する実施例を示しており、検出信号
に応して発振器ＩＯの発振周波数を制御することにより
ＰＷＭ制御パルスの周波数を加工間隙の状態等に応じて
適応制御することかでき、又発振を断続してＰＷＭ制御
パルスを中断制御することかできる。

第９図はＰＷＭ制圓制御を、発振器２３と単安定マルチ
バイブレータ２４て構成した実施例で、発振器２３の出
力パルスで単安定マルチバイブレータ２４を駆動し、単
安定マルチバイブレータ２４の発振条件を変更すること
により出力パルス幅、デユーティの制御を行なうことが
でき、ＣＰＵ制御回路２５により条件変更制御か任意に
且つ容易に可能である。

なお、ＰＷＭ制御回路は以上の実施例以外にも任意の構
成のものか利用でき、パルス幅、デユティ、周波数等の
制御か容易であり、これを使用したインバータ電源とし
て高効率のものか容易に得られる。

また、本発明の電源の適用は、放電加工以外にアーク溶
接、スポット溶接、電解加工、電解研削、電気メツキ、
放電焼結、点溶接、マイクロ溶接、マイクロスタッド加
工、ラム型放電加工、ワイヤカット放電加工、レーサー
加工等のパルス幅かｍＳからｎｓの広範囲領域のパルス
電源としても有効に利用できる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明は、負荷マツチングコンデンサと
してｎ倍電圧整流回路のｎ倍電圧に充電されるコンデン
サを直接利用するものであるから、インバータトランス
の利用率か極めて高くなり、トランスを含むインバータ
を小型軽量に構成することかでき、又、コンデンサと負
荷間隙の間は低インピーダンスで結合することかてき、
短時間に大電流を流すことか可能なエネルギ効率の高い
電気加工用パルス電源装置を提供することかできる。

しかもｎ倍電圧整流回路のコンデンサを負荷側よりイン
バータ電源側に容量の大きいコンデンサを設けたことに
よって、負荷マツチングコンデンサの充電速度を高め、
急速充電により放電繰返し周波数を向上させることかで
きる。

又、インバータのパルス発生にＰＷＭ制御回路を用いた
から、高周波の発生、周波数、パルス幅、デユーティの
調整制御か容易てあり、デユーティサイクルを１％〜９
９％まで広範囲に変更でき、任意のパルス出力か可能で
、加工の種類、加工条件に対応した最適のパルスを得る
ことか容易に可能である等の効果かある。

又、発振パルスをパルストランスを介して出力すること
により、信号の応答制御か極めて高速でなされ、放電加
工等の加工間隙の状態に迅速に応答して制御することか
てき、安定した高速度の加工を行なうことか可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電源装置の一実施例を示す回路図
、第２図はそのパルス幅変調制御の波形説明図、第３図
、第４図及び第５図は本発明に係る電源装置の他の実施
例のｎ倍電圧整流回路部分図、第６図は本発明に係る電
源装置の他の実施例を示す回路図、第７図、第８図及び
第９図は本発明に係る電源装置の他の実施例のパルス幅
変調制御回路部分図である。 ！−−−　　−加工間隙 ２−−一−−−トランス ３・−一−−−−−−−−−−−−−−・整流器４−−
−−・−−−−−−−−スイッチ５−−−−−−−、−
−−・−−−一　倍電圧整流回路６　−−−−−−一検
出抵抗 ７−・−−−−・−−−一−−−−・ホトカプラ８−−
・−−〜−・・−−−−一反転増幅器９−　−・−・−
−−−一同期回路 １０・−−−−−−−−−−−−−−−−−−一発振器
１１−−−−−−−−−−−ｍ−−−−−コンパレータ
１２−−−−−−−−・−一一−パルス幅変調制御回路
１３−・−−−−−・−−−−−−−−・スイッチ駆動
回路特許出願人　株式会社アイ・エヌ・アール研究所代
理人（７５２４）　　最上正太部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電極と被加工体の加工間隙（１）に加工電力を供給
   する電気加工用パルス電源装置に於いて、インバータト
   ランス（２）の入力をパルス幅変調制御回路（１２）の
   出力パルスによりオン・オフ制御すると共に、上記イン
   バータトランス（２）の出力を整流、蓄電するｎ倍電圧
   整流用回路（５）を設け、上記ｎ倍電圧整流回路の出力
   電圧を加工間隙に印加するよう構成したことを特徴とす
   る上記の電気加工用パルス電源装置。 ２）加工間隙の電圧の検知回路（６）を設け、その出力
   信号に基づき上記パルス幅変調制御回路（１２）の出力
   パルスを制御する請求項１に記載の電気加工用パルス電
   源装置。 ３）上記ｎ倍電圧整流回路（５）にスイッチング素子（
   １４）を挿入した請求項１に記載の電気加工用パルス電
   源装置。 ４）上記インバータトランスに３次巻線を設け、上記３
   次巻線の出力を半波整流する整流回路（Ｄ＿５）を設け
   、その出力を上記ｎ倍電圧整流回路（５）のコンデンサ
   電圧に重畳して加工間隙に印加するよう構成した請求項
   １に記載の電気加工用パルス電源装置。 ５）上記ｎ倍電圧整流回路のインバータ電源側のコンデ
   ンサの容量を負荷側のコンデンサの容量より大きくした
   請求項１に記載の電気加工用パルス電源装置。 ６）上記パルス幅変調制御回路の出力パルス幅を時間的
   に順次スローアップもしくはスローダウン制御する制御
   回路を設けた請求項１に記載の電気加工用パルス電源装
   置。 ７）上記パルス幅変調制御回路の出力パルスを断続制御
   する制御回路を設けた請求項１に記載の電気加工用パル
   ス電源装置。 ８）上記パルス幅変調制御回路の発振周波数を変更制御
   する制御回路を設けた請求項１に記載の電気加工用パル
   ス電源装置。