JP4082494B2 - 磁性材のプレス成形用配向電源 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料微粉からプレス成形された金型内の磁性材を配向用に着磁した後に、型抜きできるように脱磁するための磁性材のプレス成形用配向電源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４及び図５はこの種のプレス成形用配向電源を示すもので、大電流用の電源を構成する必要があるために、一対の逆並列接続されたサイリスタ６の点弧角を制御することにより電圧レベルを調整し（図６Ａ）、トランスの２次側でサイリスタ７のブリッジ回路により配向コイル９へ配向期間Ｔ１中に、例えば２テスラ程度の磁場を発生させるための大きな配向電流を供給し、続いて転流期間Ｔ２を置いて脱磁期間Ｔ３にわたり逆極性の脱磁電流を供給する。これにより、下型２に充填された原料微粉が上型１でプレスされて磁性材５が成型されると共に、配向コイル９で発生される磁界により磁場配向、即ち異方性化が行われ、次いで下型２に吸着されて脱型しにくくなった磁性材５が、逆方向の磁界により脱磁されて型抜きされる。さらに、焼結等が行われた後に正規の着磁が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、配向期間Ｔ１中は、配向コイル９の大きな時定数により、電源周期の脈流を生じることなく、直流状の電流が供給されるが、大容量のサイリスタ７を使用するためにサイリスタ特有の消弧時間も相応に大きくなり、転向電流を減衰させる転流期間Ｔ２が長くなる。したがって、処理時間が長くなるだけでなく、電力の利用効率も低かった。
【０００４】
一方、低電力用のスイッチング素子としてはＭＯＳＦＥＴも汎用されているが、最近では大電力用としてゲート電圧駆動型の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ、Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が開発されている。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて、磁性材の製造時間を短縮すると共に、転流電流を電源側へ回生させ得るトランジスタのスイッチング制御によるインバータ式の磁性材のプレス成形用配向電源を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、原料微粉からプレス成形された金型内の磁性材を配向用に着磁した後に、型抜きできるように脱磁するための磁性材のプレス成形用配向電源において、交流電源の整流電圧が充電されるコンデンサ（１３）の両端に、コレクタ及びエミッタが接続された２個の第１及び第２のスイッチングトランジスタ（Ｑ１〜Ｑ４）でそれぞれ構成された一対の直列回路を並列に接続し、また第１及び第２のスイッチングトランジスタ（Ｑ１、Ｑ３；Ｑ２、Ｑ４）のコレクタ及びエミッタ間のそれぞれの接続点を配向コイル（９）の両端にそれぞれ接続し、
各スイッチングトランジスタ（Ｑ１〜Ｑ４）に、コレクタにアノードが接続し、エミッタにカソードが接続する分流用ダイオード（Ｄ１〜Ｄ４）をそれぞれ並列接続すると共に、配向コイル（９）へ配向電流を供給した後に、脱磁電流を供給させるように、配向期間及び脱磁期間に対して短い繰返し周期でオンオフ制御を行うスイッチング制御回路（１８）を接続し、
このスイッチング制御回路が、一方の対の直列回路の第１のスイッチングトランジスタ（Ｑ１）及び他方の対の直列回路の第２のスイッチングトランジスタ（Ｑ４）を繰返しオン制御すると共に、オフ期間ごとに一方の対の直列回路の第２のスイッチングトランジスタ（Ｑ２）及び他方の対の直列回路の第１のスイッチングトランジスタ（Ｑ３）にそれぞれ並列接続の分流用ダイオード（Ｄ２、Ｄ３）を交互に分流するように一方の対の直列回路の第１のスイッチングトランジスタ（Ｑ１）及び他方の対の直列回路の第２のスイッチングトランジスタ（Ｑ４）を交互にオン制御して、配向コイル（９）に配向電流を供給し、
次いで一方の対の直列回路の第１のスイッチングトランジスタ（Ｑ１）及び他方の対の直列回路の第２のスイッチングトランジスタ（Ｑ４）の一方を繰返しオフ制御すると同時に、他方の対の直列回路の第１のスイッチングトランジスタ（Ｑ３）及び一方の対の直列回路の第２のスイッチングトランジスタ（Ｑ２）の一方をオン制御することにより、他方の対の直列回路の第１のスイッチングトランジスタ（Ｑ３）及び一方の対の直列回路の第２のスイッチングトランジスタ（Ｑ２）にそれぞれ並列接続の分流用ダイオード（Ｄ３、Ｄ２）を交互に分流させて転流電流の減衰制御を行い、
続いて一方の対の直列回路の第２のスイッチングトランジスタ（Ｑ２）及び他方の対の直列回路の第１のスイッチングトランジスタ（Ｑ３）を繰返しオン制御すると共に、オフ期間ごとに一方の対の直列回路の第２のスイッチングトランジスタ（Ｑ２）及び他方の対の直列回路の第１のスイッチングトランジスタ（Ｑ３）にそれぞれ並列接続の分流用ダイオード（Ｄ２、Ｄ３）を交互に分流するように一方の対及び他方の対の直列回路の第１のスイッチングトランジスタ（Ｑ１、Ｑ３）と、一方の対及び他方の対の直列回路の第２のスイッチングトランジスタ（Ｑ２、Ｑ４）とを交互にオン制御して、転流電流の減衰過程の途中で転流電流のコンデンサ（１３）への回生動作を行わせ、
さらに続いてこの回生動作時と同一のオンオフ制御状態で配向コイル（９）へ配向電流と逆方向の脱磁電流を供給し、回生動作の開始のタイミングが、回生動作に伴って配向コイル（９）間に生じる回生電圧がコンデンサ（１３）の耐電圧を越えないように設定されていることを特徴とする。
【０００７】
転流電流の減衰過程の途中で配向コイル（９）へ流れる転流電流に対して回生動作が行われると、配向コイル（９）間に逆極性の電圧が加わることにより、転流電流が急速に減衰する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１乃至図４を基に本発明の実施の形態の一例による磁性材のプレス成形用配向電源を説明する。この電源は、スイッチングトランジスタとしてＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を利用するもので、商用電源の分離用トランス１０と、ブリッジ整流回路１１と、その整流電圧で保護抵抗１２を通して充電されるコンデンサ１３と、充電終了後に保護抵抗１２を短絡するスイッチＳＷ１と、コンデンサ１３の両端に接続されると共に、コレクタ及びエミッタが接続された２個のＩＧＢＴＱ１、Ｑ２；Ｑ３、Ｑ４でそれぞれ構成された並列接続された一対の直列回路と、各ＩＧＢＴＱ１、Ｑ２；Ｑ３、Ｑ４にそれぞれ並列接続された分流用ダイオードＤ１〜Ｄ４と、ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ４の直列接続点間に接続された配向コイル９と、この配向コイルへ配向電流を供給した後に、転流及び回生期間を介在させて脱磁電流を供給するようにＩＧＢＴＱ１〜Ｑ４のゲートに対してスイッチング制御を行うスイッチング制御回路１８と、配向コイル９の電流を検知する電流センサ１９とより構成されている。
【０００９】
ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ４の電流は、スイッチング制御回路１８の周期が数１０ｍｓのパルス状スイッチング制御信号によりオンオフ制御される。配向期間Ｔ１及び脱磁期間Ｔ３を例えば１０秒程度として、スイッチング制御信号のオン期間の設定により電流レベルを調整すると共に、転流期間Ｔ２及び回生期間Ｔ４には、対応の機能を果たすようにＩＧＢＴＱ１〜Ｑ４をオンにする選択制御を行う。その際、回生期間Ｔ４の開始のタイミングは、電流センサ１９の検知電流をモニタすることにより、配向コイル９のコンデンサ１３に対する接続を切換える際に、配向コイル９に生じる回生電圧がコンデンサ１３の耐電圧を越えないように、転流期間Ｔ２の転流電流値が所定レベルに達する時点に設定されている。
【００１０】
このように構成された磁性材のプレス成形用配向電源の動作は、次の通りである。図３Ａに示すように、配向コイル９に配向電流を供給するために、ＩＧＢＴＱ１、Ｑ４をスイッチング制御信号の周期的にオン期間中にオンにする。そのオフ期間中、ＩＧＢＴＱ１をオフにすると同時にＩＧＢＴＱ２をオンして、ダイオードＤ２の分流を伴って配向電流を循環させる。再度ＩＧＢＴＱ１、Ｑ４をオンにし、代わって温度上昇を均衡させるようにＩＧＢＴＱ４をオフにすると同時にＩＧＢＴＱ３をオンにしてダイオードＤ３の分流を伴って配向電流を循環させる。このような動作を繰り返すことにより、例えば１０秒の配向期間Ｔ１にわたり、例えば１，０００Ａの配向電流を配向コイル９に供給する。数１０ｍｓ周期に対してスイッチング制御はスムーズに行わせる得る程度に短いターンオフ時間の大電流用ＩＧＢＴは、既に入手可能である。
【００１１】
次いで、図３Ｂに示すように、転流期間Ｔ２に移行し、ＩＧＢＴＱ２、Ｑ４及びＩＧＢＴＱ１、Ｑ３を交互にオンして配向電流を減衰させる。転流電流をコンデンサ１３側へ回生した際に発生する回生電圧がコンデンサ１３の耐電圧、例えば５００Ｖに抑制し得るレベルに低下したのが電流センサ１９で検知されると、図３Ｃに示すように、ＩＧＢＴＱ２、Ｑ３がオンされ、配向コイル９に生じる回生エネルギにより配向コイル９を介してコンデンサ１３に高電圧が印加され、配向コイル９に逆極性の電圧が印加されることに転流電流が急速に減少し、本来の転流期間がこのような回生動作により短縮され、したがって電力消費も節約される。この場合も、図示のように、ＩＧＢＴＱ２、Ｑ３のオンと、ＩＧＢＴＱ２、Ｑ４又はＩＧＢＴＱ１、Ｑ３の交互のオンとが繰返される。図２は配向電源の電流Ｉ及びコンデンサ１３の電圧Ｖｄｃの変化を説明する。
【００１２】
これにより、回生期間Ｔ４後に転流電流はゼロになって終了し、さらにこの制御状態を保持することにより、配向コイル９に供給する電流が反転して脱磁が行われる。この脱磁期間Ｔ３の経過後に、同様なスイッチング制御により、転流期間Ｔ２ａ及び回生期間Ｔ４ａを経由して脱磁処理が終了し、磁性材５が脱型されて次の原料微粉が下型２に供給される。
【００１３】
尚、脱磁電流は、脱磁期間を１回にすることなく、極性を交互に反転させて電流レべルを漸次低減させる周知の方法により高精度に脱磁することもできる。さらに、回生動作のタイミングは、検知電流に依ることなく、スイッチング制御回路での予め設定したタイミングで始動させることもできる。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、電流方向を反転させるインバータ型の配向電源をスイッチングトランジスタで構成することにより、電源コンデンサにその耐電圧に対応したタイミングで残りの転流電流に対して回生動作を行わせることにより、配向処理時間を短縮して電力の利用効率を向上させることができる。循環電流をスイッチングトランジスタと並列のダイオードにも分流させることにより、スイッチングトランジスタの温度上昇を抑制することができる。一定の整流電圧に対して周期的に発生するスイッチング制御信号のオン期間を調整することにより、配向電流及び脱磁電流のレベルを調整することができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、大電力・高速スイッチング特性の最近開発されたＩＧＢＴの採用により、安価に配向電源を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による磁性材のプレス成形用配向電源の回路構成を示す図である。
【図２】同配向電源の動作電流の波形を説明する図である。
【図３】同配向電源の動作を説明する図である。
【図４】同配向電源が付属するプレス機の要部の概略図である。
【図５】従来の配向電源の構成を示す図である。
【図６】図５による配向電源の動作電流の波形を示す図である。
【符号の説明】
１ 上型
２ 下型
５ 磁性材
９ 配向コイル
１９ 電流センサ

Claims (2)

1. 原料微粉からプレス成形された金型内の磁性材を配向用に着磁した後に、型抜きできるように脱磁するための磁性材のプレス成形用配向電源において、交流電源の整流電圧が充電されるコンデンサの両端に、コレクタ及びエミッタが接続された２個の第１及び第２のスイッチングトランジスタでそれぞれ構成された一対の直列回路を並列に接続し、また第１及び第２の前記スイッチングトランジスタのコレクタ及びエミッタ間のそれぞれの接続点を配向コイルの両端にそれぞれ接続し、
   各前記スイッチングトランジスタに、コレクタにアノードが接続し、エミッタにカソードが接続する分流用ダイオードをそれぞれ並列接続すると共に、前記配向コイルへ配向電流を供給した後に、脱磁電流を供給させるように、配向期間及び脱磁期間に対して短い繰返し周期でオンオフ制御を行うスイッチング制御回路を接続し、
   このスイッチング制御回路が、一方の対の前記直列回路の第１の前記スイッチングトランジスタ及び他方の対の前記直列回路の第２の前記スイッチングトランジスタを繰返しオン制御すると共に、オフ期間ごとに一方の対の前記直列回路の第２の前記スイッチングトランジスタ及び他方の対の前記直列回路の第１の前記スイッチングトランジスタにそれぞれ並列接続の前記分流用ダイオードを交互に分流するように一方の対の前記直列回路の第１の前記スイッチングトランジスタ及び他方の対の前記直列回路の第２の前記スイッチングトランジスタを交互にオン制御して、前記配向コイルに配向電流を供給し、
   次いで一方の対の前記直列回路の第１の前記スイッチングトランジスタ及び他方の対の前記直列回路の第２の前記スイッチングトランジスタの一方を繰返しオフ制御すると同時に、他方の対の前記直列回路の第１の前記スイッチングトランジスタ及び一方の対の前記直列回路の第２の前記スイッチングトランジスタの一方をオン制御することにより、他方の対の前記直列回路の第１の前記スイッチングトランジスタ及び一方の対の前記直列回路の第２の前記スイッチングトランジスタにそれぞれ並列接続の前記分流用ダイオードを交互に分流させて転流電流の減衰制御を行い、
   続いて一方の対の前記直列回路の第２の前記スイッチングトランジスタ及び他方の対の前記直列回路の第１の前記スイッチングトランジスタを繰返しオン制御すると共に、オフ期間ごとに一方の対の前記直列回路の第２の前記スイッチングトランジスタ）及び他方の対の前記直列回路の第１の前記スイッチングトランジスタにそれぞれ並列接続の前記分流用ダイオードを交互に分流するように一方の対及び他方の対の前記直列回路の第１の前記スイッチングトランジスタと、一方の対及び他方の対の前記直列回路の第２の前記スイッチングトランジスタとを交互にオン制御して、前記転流電流の減衰過程の途中で転流電流の前記コンデンサへの回生動作を行わせ、
   さらに続いてこの回生動作時と同一のオンオフ制御状態で前記配向コイルへ配向電流と逆方向の脱磁電流を供給し、前記回生動作の開始のタイミングが、前記回生動作に伴って前記配向コイル間に生じる回生電圧が前記コンデンサの耐電圧を越えないように設定されていることを特徴とする磁性材のプレス成形用配向電源。
2. スイッチングトランジスタが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項１記載の磁性材のプレス成形用配向電源。

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