JPS6059834B2 - パルス電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電力エネルギを有効に利用して節電を図る
ようにしたパルス電源装置に関する。

通常、永久磁石等の磁性材を製造する場合、鉄等の材料
を熱処理加工したのち磁化を行なう。この磁化を行なう
には、コイルに大電流を供給して生じさせた高磁場に材
料を一定時間以上位置させ、着磁する。この時、磁石に
要求される保持力の数倍以上の磁化力を材料に加える必
要がある。そして、高磁場を発生させるコイルに大電流
を供給する従来の電源装置は、第１図または第２図に示
すような構成になつている。すなわち、第１図は２０〜
６０Ｖの直流電源Ｂにより負荷Ｒ。の高磁場発生用のコ
イルレに数千Ａの直流大電流を連続して加える直流連続
給電方式の装置てあり、一方、第２図は、充電用スイッ
チ５、をオンして直流電源ＢによりコンデンサＣを充電
したのち、充電用スインチＳェをオフし、かつ放電用ス
イッチＳ２をオンしてコンデンサＣの充電電荷をパルス
放電させ、大電流パルスを数回加える衝撃磁化方式の装
置である。なお、第１図および第２図におけるＲ。はコ
イルＬ。の抵抗と配線抵抗等の回路の抵抗であり、第２
図のＤは、振動防止、負荷Ｒ。の電流の極性の反転防止
およびコンデンサＣの逆充電防止用ダイオードである。
ところで、第１図の装置は、磁場発生用コイルＬに大電
流を連続して給電するため、第３図の破線で示す材料に
必要な磁化レベル胤に対して、実線で示すように、一定
の電流Ａを供給し、一定の磁化力を保持てきる利点があ
る反面、電力消費量が大きく、かつ電源装置が大型化す
ると云う欠点がある。

また、第２図の装置は、第３図に示す磁化レベルＭＬを
上回るレベルの電流を一定時間Ｔ１保持できるパルス幅
Ｔ２のパルス電流ＰＡを加える必要があり、そのため、
コンデンサＣとしては、大容量（静電容量）の電解コン
デンサが用いられる。しかし、磁化有効のエネルギは、
パルス電流ＰＡの磁化レベルＭＬを越えた時間ちのエネ
ルギ分のみである。すなわちコンデンサＣの放電エネル
ギのうち磁化に有効なエネルギは、第３図の斜線で示し
た面積に相当するエネルギのみであり、その他のエネル
ギは全て無効となり、電力損失が大きい。さらに、磁場
発生用コイルＬ。のＬ／Ｒが大きいため、磁化に有効な
時間Ｔ１に比し放電時間Ｔ２か数秒〜数十秒と非常に長
くなり、着磁時間が長くなり、磁性材の製造に際しその
生産能力が著しく制限される。この発明は、前記従来の
欠点に留意し、電力エネルギを有効に利用できる構成に
し、かつ磁性材の製造等に際し、材料を短時間て着磁で
きるパルス電流を出力できるようにしたものであり、つ
ぎにこの発明を、その実施例を示した第４図以下の図面
とともに詳細に説明する。

１実施例を示した第４図において、Ｂｌ，Ｂ，は蓄電池
等の第１および第２直流電源、ＳＷｌ，ＳＷ２はそれぞ
れ第１および第２直流電源Ｂｌ，Ｂ２に直列接続された
第１および第２スイッチ、ＣＨは第１および第２直流電
源Ｂ．，Ｂ２と第１および第２スイッチＳＷｌ，ＳＷ２
により構成された充電器であり、両出力端了０１，０２
間に、両直流電源Ｂｌ，Ｂ２がそれぞれ両スイッチＳＷ
ｌ，ＳＷ２を介して逆極性に接続されている。

Ｃｌ，Ｃ２は充電器ＣＨの両出力端子０１，０２間に逆
極性に直列接続された電解コンデンサ等のエネルギ蓄積
用第１および第２コンデンサであり、両コンデンサＣｌ
，Ｃ２が両直流電源Ｂｌ，Ｂ２に交互に充電できるよう
に接続されている。Ｄｌ，Ｄ２はそれぞれ第１および第
２コンデンサＣｌ，Ｃ２に並列に接続された第１および
第２バイパスダイオード、ＳＣは第１ないし第４サイリ
スタＴＨｌ〜ＴＨ４をブリッジ接続して構成されたスイ
ッチ回路であり、交流側端子の両人力側端子１１，１２
が第１および第２コンデンサＣｌ，Ｃ２の直列回路の両
端に接続されている。Ｒ１は両端がスイッチ回路ＳＣの
交流側端子の両出力端子０１″，０２″に接続された誘
導性負荷であり、コイルＬ１のインダクタンスとコイル
Ｌ１の抵抗と配線抵抗等の回路の抵抗ｒ１からなる。つ
ぎに、前記実施例の動作を第５図を参照して説明する。

いま、第１コンデンサＣ１が第１直流電源八により第１
直流電淵膿，の電源電圧ＥＢに充電されているとし、ち
時に第５図ｃ図に示すような点弧パルスにより第１およ
び第２サイリスタＴＨｌ，ＴＨ２を導通させると、第１
コンデンサＣ１の充電電荷が、同ｅ図に示すように、第
１サイリスタＴＨｌ，コィルレ、抵抗ｒ１、第２サイリ
スタＴＨ２および第２コンデンサＣ２を介して放電され
る。

したがつて、負荷Ｒ１のコイルレに、同ｇ図に示すよう
に、ＴＷのパルス幅の電源パルスが供給されるとともに
、同ｆ図に示すように、第２コンデンサ・Ｃ２が第１コ
ンデンサＣ１の放電エネルギにより充電されていき、そ
の両端電圧ＥＣ２は、抵抗ｒ１により消費されたエネル
ギ分Δｅだけ電源電圧ＥＢより低く充電される。そして
、第２コンデンサＣ２の充電が終了すると、コイルレに
発生する逆起電圧により第１および第２サイリスタＴＨ
ｌ，ＴＨ２がターンオフされる。つぎに、ち時に、同ｂ
図に示すように、第２スイッチＳＷ２をオンすると、第
２直流電源Ｂ２により第２コンデンサＣ２が、同ｆ図に
示すようにエネ”ルギΔｅだけ追加充電され、第２コン
デンサＣ２の両端電圧ＥＣ２は電源電圧ＥＢとなる。

そして、Ｔ２時に、同ｂ図に示すように、第２スイッチ
ＳＷ２をオフするとともに、同ｄ図に示すように、第３
および第４サイリスタＴＨ３，ＴＨ４に点弧パルスを印
加してそれぞれ導通させると、第２コンデンサＣ２の充
電電荷が、同ｆ図に示すように、第３サイリスタＴＨ３
、コイルＬ１、抵抗ｒ１、第４サイリスタＴｌｉｌおよ
び第１コンデンサＣ１を介して放電され、同ｇ図に示す
ように、コイルレに電流パルスが供給されるとともに、
同ｅ図に示すように、第１コンデンサＣ１がこの第２コ
ンデンサＣ２の放電エネルギにより充電されていく。そ
して、Ｔ３時に、同ａ図に示すように、第１スイッチＳ
Ｗｌをオンすると、前述と同様に、第１コンデンサＣ１
が電源電圧上Ｂまで追加充電される。以下同様の動作を
繰り返えし、負荷Ｒ１に電流パルスが断続的に供給され
ていく。したがつて、着磁装置に使用する場合、両コン
デンサＣｌ，Ｃ２の定格と着磁作業の状態に応じてパル
ス電流の周期を決定すれは、磁化に対するる電力損失は
回路構成上の抵抗ｒ１分による損失のみで、他の電力は
全て放電されていない方のコンデンサＣｌ，Ｃ２に回収
され、電力エネルギが有効に利用される。ところで、前
記実施例において、もし、第１および第２バイパスダイ
オードＤｌ，Ｄ２が設けられていないとすると、例えば
、第１コンデンサＣ１に第１直流電源２の電源電圧が印
加された時、第２コンデンサＣ２に逆電圧が印加され、
第２コンデンサＣ２が破壊されてしまう。

したがつて、両コンデンサＣｌ，Ｃ２の逆電圧による破
壊を防止するために両バイパスダイオードＤｌ，Ｄ２が
接続されており、逆電圧の印加されるコンデンサＣｌ，
Ｃ２の電圧を、バイパスダイオードＤｌ，Ｄ２の順方向
電圧（約１Ｖ）におさえている。また、前記実施例にお
いて２個のコンデンサＣｌ，Ｃ２を逆極性に直列接続し
ているのは次のような理由による。

すなわち、前記実施例は、負荷Ｒ１として着磁装置の磁
場発生用のコイルＬ１を想定しており、コイルＬ１はＬ
／Ｒが非常に大きいため、放出される電流パルスのパル
ス幅ＴＷが数十Ｍｓ〜数百Ｍｓと比較的大きく、かつ電
流パルス間の時間的インターバルも１秒〜数秒と長くな
る。たとえば、コイルＬ１のインダクタンスが大きいか
ら回路の抵抗ｒ１を無視すれば、パルス電流のパルス中
酊Ｗは、ＴＷ＝πＪＬ（１７・・・（１）の式で示され
、かつパルス電流の最大値１ｐは、Ｉｐ＝ＥＢ×／ｌ・
・・（２）の式で示される。なお、Ｃ″はコンデンサＣ
ｌ，Ｃ２の容量、Ｌは負荷Ｒ１のインダクタンスである
。いま、負荷Ｒ１のインダクタンスＬを？ボ、パルス電
流の最大値１ｐを５０００Ａ１パルス電流のパルス幅貰
を５０ｒｎｓとすれば、前述の式を変形して、 −
．．−ーー。となる。

このよう１条件で使用出来るコンデンサＣｌ，Ｃ２とし
ては、電解コンデンサのような静電容量の大きなものを
使用する方が安価となる。したがつて、電解コンデンサ
を用いるのであるから、２個のコンデンサＣｌ，Ｃ２を
逆極性に直列接続する必要がある。つぎに、第６図につ
いて説明すると、同図は着磁装置を示し、前述のような
磁場発生用コイルレを用いず、筒状の大電流導体１に電
源装置２から大電流を供給して磁場を発生させ、大電流
導体１に磁化すべき材料３を慣通させて材料３を着磁す
る構成になつている。

この着磁装置の場合は、電源装置２の負荷となる大電流
導体１のインダクタンスＬの絶対値が前記実施例のコイ
ルＬ１に比し桁違いに小さくなる。このようにインダク
タンスＬの小さい負荷または磁場発生用コイルのインダ
クタンスＬを著しく小さくした場合は、負荷に供給する
電流パルス幅ＴＷを数十μＳ〜数百μＳとしかつ電流パ
ルス数を前記実施例の場合に比し１秒〜数秒間に×１σ
程度増加すれば、材料を着磁することができる。例えば
、電流パルスの最大値１ｐを５０００Ａ１負荷のインダ
クタンスＬを１０μＨ１電流パルスのパルス幅ＴＷを５
００μＳとすれば、前述の１，２式より、コンデンサの
容量となるｉこのように負荷のインダクタンスＬが小さ
くなり、さらに、電流パルスのパルス幅ＴＷが小さくか
つその周波数が高くなると、電解コンデンサを損傷する
ことになる。そこで、パルス電源装置を第７図に示すよ
うな構成にすればよい。すなわち、同図において、第４
図と同一記号は同一のものを示し、ＣＨ″は充電器であ
り、両出力端子ＣＯｌ，ＣＯ２間にサイリスタからなる
第１および第２直流電源回路ＢＣｌ，ＢＣ２が逆極性に
接続されて構成されている。Ｃ３充電器ＣＨ″の両出力
端子ＣＯｌ，ＣＯ２間に接続された容量の小さい交流コ
ンデンサ、Ｒ２はスイッチ回路ＳＣの両出力端子０１″
，０２″間に接続された負荷であり、前述の大電流導体
のような誘導性負荷Ｌ２と回路構成上の抵抗Ｒ２分から
なる。つぎに、前記実施例の動作について説明する。

基本的動作は第４図の場合と全く同様であり、まず、第
１直流電源回路ＢＣｌのサイリスタを導通させてコンデ
ンサＣ３を図示の充電極性に充電する。そして、コンデ
ンサＣ３の充電が終了したのち、第１および第２サイリ
スタＴＨｌ，ＴＨ２を導通させると、コンデンサＣ３の
充電電荷が放電され、第１直流電源回路ＢＣｌのサイリ
スタがターンオフされ、かつ負荷Ｒ２に電流パルスが供
給されるとともに、この放電エネルギによりコンデンサ
Ｃ３の図示と逆の充電極性に充電されていく。コンデン
サＣ３の図示と逆の充電極性の充電が終了すると、負荷
Ｒ２に生じる逆起電圧により第１および第２サイリスタ
ＴＨｌ，ＴＨ２がターンオフされる。つぎに、第２直流
電源回路ＢＣ２のサイリスタを導通させてコンデンサＣ
３を第２直流電源回路ＢＣ２の電源電圧まで追加充電し
、その後、第３および第４サイリスタＴＨ３，ＴＦＩ４
を導通させてコンデンサＣ３の充電電荷を放電させ、負
荷Ｒ２に電流パルスを供給し、以下前述と同様の動作を
繰り返えす。したがつて、容量の小さい交流コンデンサ
Ｃ３とサイリスタからなる直流電源回路ＢＣｌ，ＢＣ２
により、電流パルスの周波数を大きくしても、高周波で
も使用できる交流コンデンサＣ３が用いられているから
問題がない。以上のように、この発明のパルス電源装置
によると、コンデンサに充電された電荷を、誘導性負荷
の共振現象を利用してパルス放電させるパルス電源装置
において、前記コンデンサの両端に接続され前記コンデ
ンサの充電極性を交互に反転させて充電する充電器と、
交流側端子が前記コンデンサの両端に接続され直流側端
子が前記負荷の両端に接続されサイリスタからなるブリ
ッジ接続のスイッチ回路とを備えたことにより、電力エ
ネルギを有効に利用することができ、電力損失を回路の
抵抗分により消費されるエネルギのみに抑えることがで
き、多大な省電力効果を得ることができる。

さらに、前記コンデンサを互いに逆極性に直列接続した
２個のコンデンサにより構成することにより、一方のコ
ンデンサの放電時に他方のコンデンサを充電できるため
、電流パルスの周波数を大きくすることができる。また
、両コンデンサに、一方のコンデンサの放電時に他方の
コンデンサに逆電圧が生じないようバイパスダイオード
をそれぞれ並列に接続することにより、コンデンサとし
て電解コンデンサを用いた場合も、逆電圧印加によるコ
ンデンサの破壊を防止することができる。

そして、インダクタンスの小さな誘導性負荷に電流パル
スを供給する場合、コンデンサとして容量の小さな１個
の交流コンデンサに、コンデンサの充電極性を交互に反
転させて充電する充電器を接続し、コンデンサの一方の
極から負荷に供給された放電エネルギをコンデンサの他
方の極に回収する構成であるから、電力エネルギを有効
に利用できるとともに、容量が小さくかつ高周波に耐え
る交流コンデンサを用いることができるため、電流パル
スの周波数をさらに大きくすることができる。

特に、この発明のパルス電源装置は、鉄等の材料に磁化
力を与えて永久磁石等を作る着磁装置に適用すれば、電
流パルスの周波数を大きくすることができるため、永久
磁石等の生産能力を格段に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の電源装置の結線図、第３図
は第１図および第２図の時間との電流の関係図、第４図
はこの発明の１実施例の結線図、第５図は第４図の各部
の動作および動作電圧を示し、同ａおよびｂ図は第１お
よび第２スイッチのオンオフを示す図、同Ｃ図は第１お
よび第２サイリスタに印加される点弧信号の波形図、同
ｄ図は第３および第４サイリスタに印加される点弧信号
の波形図、同ｅおよびｆ図は第１および第２コンデンサ
の両端電圧の波形図、同ｇ図は負荷に・印加される電流
パルスの波形図、第６図はパルス電源装置の適用される
着磁装置の概略図、第７図は第６図に適用されるこの発
明の他の実施例の結線図である。 ＣＨ，ＣＨ″・・・充電器、Ｃｌ，Ｃ２，Ｃ３・・・コ
ンデンサ、ＳＣ・・・スイッチ回路、Ｒｌ，Ｒ２・・・
負荷。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コンデンサに充電された電荷を、誘導性負荷に共振
   現象を利用してパルス放電させるパルス電源装置におい
   て、前記コンデンサの両端に接続され前記コンデンサの
   充電極性を交互に反転させて充電する充電器と、交流側
   端子が前記コンデンサの両端に接続され直流側端子が前
   記負荷の両端に接続されサイリスタからなるブリッジ接
   続のスイッチ回路とを備えたことを特徴とするパルス電
   源装置。 ２ コンデンサに充電された電荷を、誘導性負荷に共振
   現象を利用してパルス放電させるパルス電源装置におい
   て、前記コンデンサを互いに逆極性に直列接続した２個
   のコンデンサにより構成し、前記両コンデンサの直列回
   路の両端に接続され前記両コンデンサを交互に充電する
   充電器と、交流側端子が前記コンデンサの両端に接続さ
   れ直流側端子が前記負荷の両端に接続されサイリスタか
   らなるブリッジ接続のスイッチ回路とを備えたことを特
   徴とするパルス電源装置。 ３ コンデンサに充電された電荷を、誘導性負荷に共振
   現象を利用してパルス放電させるパルス電源装置におい
   て、前記コンデンサを互いに逆極性に直列接続した２個
   のコンデンサにより構成し、前記両コンデンサの直列回
   路の両端に接続され前記両コンデンサを交互に充電する
   充電器と、交流側端子が前記コンデンサの両端に接続さ
   れ直流側端子が前記負荷の両端に接続されサイリスタか
   らなるブリッジ接続のスイッチ回路と、前記コンデンサ
   にそれぞれ並列に接続され前記一方のコンデンサの放電
   時に前記他方のコンデンサに逆電圧を生じさせないバイ
   パスダイオードとを備えたことを特徴とするパルス電源
   装置。