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JPH11320260A - 放電加工機用電源およびその制御方法 - Google Patents

放電加工機用電源およびその制御方法

Info

Publication number
JPH11320260A
JPH11320260A JP10137626A JP13762698A JPH11320260A JP H11320260 A JPH11320260 A JP H11320260A JP 10137626 A JP10137626 A JP 10137626A JP 13762698 A JP13762698 A JP 13762698A JP H11320260 A JPH11320260 A JP H11320260A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
current
output
discharge
power supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP10137626A
Other languages
English (en)
Inventor
Hirotaka Azuma
洋孝 東
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HIGASHI HODEN KK
Original Assignee
HIGASHI HODEN KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HIGASHI HODEN KK filed Critical HIGASHI HODEN KK
Priority to JP10137626A priority Critical patent/JPH11320260A/ja
Priority to US09/674,255 priority patent/US6710279B1/en
Priority to PCT/JP1999/001292 priority patent/WO1999056905A1/ja
Priority to AU32777/99A priority patent/AU3277799A/en
Publication of JPH11320260A publication Critical patent/JPH11320260A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H1/00Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
    • B23H1/02Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges
    • B23H1/022Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges for shaping the discharge pulse train
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H2300/00Power source circuits or energization
    • B23H2300/20Relaxation circuit power supplies for supplying the machining current, e.g. capacitor or inductance energy storage circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】低電圧大電流出力を前提とする1つのスイッチ
ング電源のみで、放電加工制御を容易にする高電圧をも
発生できる小型軽量化された放電加工機用電源を得る。 【構成】出力電圧と出力電流を検出し、出力電流を電圧
に変換した電圧と出力電圧との和の電圧もしくはその積
の電圧をフライバック型スイッチング回路にフィードバ
ックして出力電圧と出力電流が負の比例直線関係もしく
は反比例の関係となるように制御し、かつ出力電流を制
限する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は放電加工機の電源に関す
るものであり、さらに詳しくは、放電加工機用電源装置
の小型化および軽量化ならびにあらゆるタイプの放電用
断続エネルギ供給部に応用できる電源に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】放電加工機の電源としては、従来は商用
交流電源を低周波トランスで変圧して整流器を経由して
抵抗で電流を制限し、極間に供給する方式が大半であっ
た。近年、商用交流電源を直接整流してスイッチング回
路によりパルス高周波に変換して、パルス幅制御により
所望の電圧もしくは電流を得て放電加工機の電源とする
技術が開発され、出力容量に対して小型で、軽量かつ高
効率の高周波トランスが使えるため、電源装置全体が小
型化軽量化できるようになった。また出力電流を制限
し、特に定常放電電圧以下でトランスに許容値以上の電
流が流れないようにすることにより、制限抵抗を軽減も
しくは不要にできる技術も開発された。このような従来
技術の典型的な例としては、特開昭54−2595、特
開昭57−138526、特公昭57−4452、特開
平05−208316などがある。特公昭57−445
2では放電用断続エネルギ供給部自身をスイッチング素
子で構成して放電電流の制限を行っているが、無負荷電
圧から放電開始電圧までの間の電流と電圧の関係を積極
的に制御しているものではない。また特開昭54−25
95および特開昭57−138526では放電用断続エ
ネルギ供給部自身をスイッチング素子で構成し、放電電
流制限をしている。特開平05−208316ではスイ
ッチング素子を2段に使用して前段を直流電源供給用、
後段を放電用断続エネルギ供給部として利用して、かつ
放電電流を制限している。また特開昭54−16408
6では放電用断続エネルギ供給部としてコンデンサを使
い、その前段をスイッチング素子で電源供給している。
【0003】また、通常の定電圧スイッチング電源に電
流制限を設けたのみでは放電加工に対しては次のような
欠点がある。それは、放電開始である極間の絶縁破壊を
容易にし、サーボによる制御を安定し、いわゆる定常放
電を維持するためには高い無負荷電圧が要求されるの
で、通常のスイッチング電源を応用する場合、この高い
無負荷電圧を得るための電源設計をする必要があり、こ
のことは電源全体として最大消費電力のより大きい設定
をしなければならず、トランスを含めた電源の小型化軽
量化の妨げとなっていた。この問題を解決する従来技術
として特開昭54−62595、特開昭56−1638
30、特公昭57−4452、特開平05−28573
0などがあるが、これらの従来技術はいずれも高電圧用
電源と低電圧用電源を組み合わせたものであり、電源回
路が複数必要なため、さらなる小型化軽量化の妨げとな
っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】放電加工機用電源は上
記の従来技術により、かなりの小型化または軽量化もし
くは高効率化が図られてきたが、さらに小型化軽量化で
きることは重要である。本発明者は低電圧大電流を前提
とするスイッチング電源のみで、定常放電制御の容易な
高電圧をも発生できる特性を有する制御回路を見いだ
し、より小型で軽量化され、かつ効率的な放電加工機用
電源を提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決する手段】本発明者は鋭意検討の結果、上
記課題を解決するには、直流電源からスイッチング回路
による高周波パルス化および高周波トランスによる変圧
ならびに整流器による直流を電源とする放電加工機の電
源供給装置において、前記スイッチング回路がフライバ
ック方式であり、かつ放電用断続エネルギ供給部への出
力電圧と出力電流の関係が、前記出力電圧が無負荷電圧
から放電開始電圧±25Vまでの範囲においては、概ね
負の比例直線の関係で変化する制御回路または前記出力
電圧と前記出力電流が概ね反比例の関係で変化する制御
回路により前記スイッチング回路を制御すれば解決でき
ることを見いだした。
【0006】また本発明者は、上記解決策の具体的な制
御方法として、スッチング回路制御方法として、放電用
断続エネルギ供給部への出力電圧および出力電流を検出
して前記出力電圧値と、前記出力電流値を電圧に変換し
たものとの和の電圧もしくは積の電圧を、あらかじめ設
定した基準電圧と比較して、その差が一定となるように
スイッチング回路を制御すれば解決できることを見いだ
した。
【0007】また本発明者は、上記の制御回路に、既に
公知であるあらかじめ設定した値に電流を制限する出力
電流制限回路を組み合わせることにより、さらに電源の
小型化軽量化に寄与できることを見いだした。
【0008】ここでの放電用断続エネルギ供給部とは、
電気エネルギを極間へ断続的に供給する機能を持つ要素
をいい、例えば、コンデンサ、コンデンサとコイル、発
振回路とトランジスタまたはFET、もしくはサイリス
タなどを組み合わせたものなどのスイッチング回路をい
う。またここでの出力電圧とは、放電用断続エネルギ供
給部へ供給される電圧をいい、出力電流とは高周波整流
部と放電用断続エネルギ供給部間を流れる電流をいう。
出力電圧および出力電流は、放電用断続エネルギ供給部
のインピーダンスが大きくなければ、いわゆる極間電圧
ならびに放電電流にほぼ等しい。さらにここでの出力電
圧および出力電流は、共にいわゆる平均電圧および平均
電流のことを意味するものである。
【0009】一般に放電加工におけるいわゆる定常放電
電圧範囲は、加工液および電極材の種類により変化する
が、40V±15V程度であるので、出力高周波トラン
スの巻き線比としては約40V近辺で最大効率となる巻
き線比のものを使用することが望ましい。しかしながら
通常のトランスの概念からすると、例えば140Vの入
力電圧から40Vの出力電圧を得る巻き線比の高周波ト
ランスを使い180Vの出力電圧を得るのは困難と思わ
れるが、本発明ではスイッチング回路の方式としてフラ
イバック型を用いるため、巻き数比に関係なく入力電圧
より高い二次電圧を発生させることが容易にできる。フ
ライバック型は高周波トランスの極性反転を前提とし、
スイッチングトランジスタのオフ時に二次電圧が発生す
るので、スイッチングのオン、オフの時間の割合を調整
することにより、かなり広範囲の任意の高電圧を発生さ
せることができるものである。
【0010】放電電流を制限する技術は公知の技術であ
り、本発明でも電流制限する電流値は高周波トランスの
許容電流値以下のその近辺の値としてこの従来技術を応
用することができる。無負荷電圧から放電開始電圧近辺
までの間の出力電圧と出力電流の関係が負の直線比例す
る関係もしくは反比例する関係であればよいが、その関
係は完全に厳密なものでなくてもよい。図1に本発明
の、出力電圧と出力電流の関係を、縦軸に電圧、横軸に
電流をとり、従来技術との相違を含めグラフにより示し
た。例えば本発明の出力電圧と、出力電流を電圧に変換
してその和の電圧と、あらかじめ設定した基準電圧との
差が一定となるようスイッチング回路を制御して負の直
線比例させる場合(図1の実線VO −A−M)、いくら
か上に凸の曲線の関係となってもよい。しかしながらあ
まり極端になると本来必要とした低電流時に高電圧であ
る関係からはずれるので好ましくない(図1の点線VO
−A’−M)。一方、本発明の出力電圧と、出力電流を
電圧に変換した電圧との積の電圧を、あらかじめ設定し
た基準電圧との差が一定となるようスイッチング回路を
制御して反比例させる場合(図1の実線VO −B−M)
については、極端に双曲線に近い関係であっても実質的
に高電圧が発生していれば、必要とする機能を発揮でき
るので問題なく利用できる(図1の点線VO −B’−
M)。
【0011】出力電圧が、出力電流と負の直線比例もし
くは反比例をし始める電圧としては、放電開始電圧の近
辺であればよい。しかしながらこの範囲電圧を高くする
と本来の電源の小型軽量化の趣旨に反して容量の大きい
電源が必要となるので好ましくない。また逆にこの範囲
電圧を低くしすぎると定常放電域での電流値が下がるの
で好ましくない。小型軽量化の成果を期待できる制御の
電圧電圧としては放電開始電圧±25Vまでの範囲が好
ましい(図1のC部)。
【0012】なお図1の一点鎖線Fは、従来の低電圧大
電流のスイッチング電源と高電圧小電流のスイッチング
電源を組み合わせた場合の出力電圧と出力電流の関係を
示している。また従来の低周波トランスを使用して極間
電圧と放電電流の間に負の直線比例関係を得るには制限
抵抗を必要とし、極間短絡ないしはそれに近い極間抵抗
の小さい場合には、電流制限をしない限り大電流が流
れ、それに対応するには大容量のトランスや大容量の制
限抵抗を必要とするので電源装置が大がかりになってい
たのである。
【0013】出力電圧と、出力電流を電圧に変換した電
圧との和の電圧をあらかじめ設定した基準電圧と比較し
てその差の電圧が一定になるようスイッチング回路を制
御して負の直線比例の電圧−電流関係を得る機構は以下
の通りである。まず、無負荷状態では電流がゼロなの
で、設定する基準電圧を所望の無負荷電圧とする。放電
を開始して電流が流れれば上記和の電圧は基準電圧を超
えるので、電流を電圧に変換した電圧分のフィードバッ
クがかかり、その分T↓o↓nを短くして出力電圧を下
げるスイッチングが働いて出力電圧が降下する。その傾
向は電流が増加するに従い、出力電圧を下げる負の比例
の関係を維持する。電圧の和を得るには加算演算回路用
OPアンプを利用するのが好ましいが、加算演算ができ
れば他の回路でもよい。
【0014】また出力電圧と、出力電流を電圧に変換し
た電圧との積の電圧をあらかじめ設定した基準電圧と比
較してその差の電圧が一定になるようスイッチング回路
を制御して反比例の電圧−電流関係を得る機構は以下の
通りである。出力電圧と、出力電流を電圧に変換した電
圧を積算演算回路により入力して積に相当する電圧を得
る。積算演算回路としては積算演算用OPアンプを利用
するのが好ましいが、積算演算できれば、他の回路でも
よい。無負荷状態では消費電力はゼロなので、設定する
基準電圧を所望の無負荷電圧とする。放電が開始され、
電流が流れて上記の積の電圧が基準電圧を超えると、超
えた分の電圧のフィードバックがかかり、その分T↓o
↓nを短くして出力電圧を下げるスイッチング回路が働
いて出力電圧が降下する。さらに電流が増加するとさら
に出力電圧を下げる反比例の関係を維持する。
【0015】電流制限回路は別に設け、これはOPアン
プまたは三端子レギュレータなどを利用した回路でよ
い。出力電圧が電流制限を開始する電圧以下になれば電
流制限回路が稼動するように設定をしておく。電流制限
を開始する出力電圧は検出電流を電圧に変換する時の抵
抗値を変えることなどにより任意に設定できる。
【0016】本発明は、放電用断続エネルギ供給部の要
素がコンデンサまたはコンデンサとインダクタンスの組
み合わせ、またはトランジスタ、サイリスタ、FETな
どと発振回路との組み合わせなどスイッチング回路のい
ずれの要素の場合でも応用できるものである。
【0017】
【作用】本発明における出力電圧と出力電流を検出し前
記電流を電圧に変換した電圧と前記出力電圧との和の電
圧または積の電圧をあらかじめ設定した基準電圧と比較
してその差を一定とするようにフライバック型スイッチ
ング回路を制御する手段によれば、低電圧大電流を前提
としたスイッチイング電源回路1つで、放電加工に好都
合な高電圧をも発生する。
【0018】
【実施例】以下、図面に示した実施例に基づいて本発明
を詳細に説明する。図2は本発明の概略ブロック図であ
り、商用交流電源を整流した直流電源またはバッテリな
どの直流電源201より、前段にスイッチング制御用I
C211、スイッチング駆動回路212、スイッチング
トランジスタTr、高周波トランス213を備えたフラ
イバック型スイッチング回路部210、および出力電圧
検出回路221、出力電流の検出および電圧変換回路2
22、加算演算回路223、電流制限比較減算回路22
4、電流制限設定回路225、基準電圧回路226、電
圧制御比較減算回路227からなるフィードバック回路
部220、および高周波整流部230、ならびに放電用
断続エネルギ供給部240を経て極間250に直流ない
しはパルスの電源を供給する本発明の構成を示してい
る。
【0019】本発明のフライバック型スイッチング回路
部210は、前段にフィードバックされた電圧を入力し
てその値に応じてT↓o↓nおよびT↓o↓f↓fのパ
ルス幅を制御するスイッチング制御用IC211、スイ
ッチング用トランジスタTrを駆動するドライバ回路部
212、スイッチングトランジスタTr、高周波トラン
ス213より構成されるのが好ましい。スイッチング用
トランジスタTrは必要電流量に応じて複数並列に増加
してもよい。
【0020】本発明のフィードバック部220は、出力
電圧として放電用断続エネルギ供給部より前段の高周波
整流後の電圧を電圧測定用抵抗により取りだす電圧検出
回路用OPアンプ221と、出力電流として高周波トラ
ンと放電用断続エネルギ供給部の間の電流測定用抵抗に
より取りだし、電圧に変換する電流検出用OPアンプ2
22と、それらを加算する加算演算用OPアンプ223
と、可変抵抗で設定した基準電圧226との比較減算を
行う電圧比較減算用OPアンプ227と、あらかじめ設
定した制限電流値225との電流比較減算用OPアンプ
224からなり、スイッチング制御用IC211へフィ
ードバックされる構成が好ましい。なおこの実施例では
一定とする差の電圧はゼロと設定し、負の比例関係を開
始する電圧の一方は電流制限を開始する電圧とした。
【0021】本発明に適応する高周波トランス213
は、その許容電流値が設定した制限電流値より大きく、
一次側と二次側の巻き線比が、必要または供給できる一
次側の最低無負荷電圧(一般には約85V)に対し、定
常放電電圧の最大値(一般には約65V)になる巻き線
比(85/65)近辺にすることが、トランスの変換効
率の点から好ましい。
【0022】本発明に適応する高周波整流部230につ
いては、特に限定するものはなく、通常に使用される高
周波用ダイオードと平滑用のコンデンサを使用して、必
要に応じてインダクタを直列に加えてもよい。また、放
電用断続エネルギ供給部240についても特に限定する
ものはなく、コンデンサ、コンデンサとコイル、発振回
路とトランジスタまたはFET、もしくはサイリスタな
どを組み合わせたものなどのスイッチング回路のいずれ
でもよく、放電後に瞬間的にゼロとなる放電用電荷を断
続的に電極と被加工物間に供給できる機能を有していれ
ばよい。この実施例ではコンデンサを放電用断続エネル
ギ供給部として機能させている。
【0023】次に本発明の別の実施例として、出力電圧
と出力電流を検出し、前記電流を電圧に変換した電圧と
前記出力電圧との積の電圧をあらかじめ設定した基準電
圧との差が一定になるようフライバック型スイッチング
回路部210を制御して無負荷電圧から放電開始電圧±
25Vまでの間の、出力電圧と出力電流が反比例する関
係を得るには、フィードバック部220の加算演算OP
アンプ223を積算用OPアンプに置き換えるのみで、
上記の和の場合のフィードバック部と同じでよい。また
他のブロックについても同様である。
【0024】本発明の放電加工用電源1つで所望の電源
容量が不足する場合は、放電用断続エネルギ供給部に対
して本発明の放電加工用機電源を単純に複数個並列に接
続することで対応可能である。また上記の和または積の
電圧を利用する制御回路のいずれか1つで、複数の本発
明のスイッチング回路部210を制御して対応すること
も可能である。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、約100Vの商用交流
電源を整流して得られた直流電源より約180Vの無負
荷電圧を出力することができ、出力容量250VAの放
電加工機用電源を体積で約1000立方cm、重量で約1
Kgで製作することができた。従来のトランスおよび制
限抵抗の組み合わせ技術では体積で約4000立方cm、
重量で約10Kgであり、また従来の高電圧および低電
圧の2電源を組み合わせた技術では体積で約2000立
方cm、重量で約2Kgであるので、一段と軽量小型化さ
れた電源を提供できるものである。さらに無負荷電圧1
80V、出力許容電流5Aの電源を製作する場合、従来
のトランスと制限抵抗の組み合わせでは900VAに対
応する各回路要素が必要であるのに対し、本発明では2
50VAに対応する各回路要素で構成できるのでより効
率的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の出力電圧と出力電流の関係と、比較例
として従来の技術の内、高電圧用と低電圧用スイッチン
グ電源を組み合わせた場合の関係を示したグラフであ
る。
【図2】本発明の構成回路の概略ブロック図である。
【符号の説明】
VO 無負荷電圧 Vs 放電開始電圧 Is 設定制限電流値 M 電流制限開始電圧 201 直流電源 210 フライバック型スイッチング回路部 211 スイッチング回路制御用IC 212 スイッチング駆動回路 213 高周波トランス部 220 フィードバック回路部 221 出力電圧検出OPアンプ 222 出力電流検出および電圧変換OPアンプ 223 加算演算(または積算演算)OPアンプ 224 電流制限比較減算OPアンプ 225 制限電流値設定回路 226 基準電圧値設定回路 227 電圧比較減算OPアンプ 230 高周波整流部 240 放電用断続エネルギ供給部 250 極間 Tr スイッチングトランジスタ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源からスイッチング回路による高
    周波パルス化および高周波トランスによる変圧ならびに
    整流器による直流を電源とする放電加工機の電源供給装
    置において、前記スイッチング回路がフライバック方式
    であり、かつ放電用断続エネルギ供給部への出力電圧と
    出力電流の関係が、前記出力電圧が無負荷電圧から放電
    開始電圧±25Vまでの範囲においては、概ね負の比例
    直線の関係で変化する制御回路または前記出力電圧と前
    記出力電流が概ね反比例の関係で変化する制御回路によ
    り前記スイッチング回路を制御することを特徴とする放
    電加工機用電源。
  2. 【請求項2】 放電用断続エネルギ供給部への出力電圧
    および出力電流を検出して前記出力電圧値と、前記出力
    電流値を電圧に変換したものとの和の電圧をあらかじめ
    設定した基準電圧と比較して、その差が一定となるよう
    にスイッチング回路を制御することを特徴とする請求項
    1の放電加工機用電源の制御方法。
  3. 【請求項3】 放電用断続エネルギ供給部への出力電圧
    および出力電流を検出して前記出力電圧値と、前記出力
    電流値を電圧に変換したものとの積の電圧をあらかじめ
    設定した基準電圧と比較して、その差が一定となるよう
    にスイッチング回路を制御することを特徴とする請求項
    1の放電加工機用電源の制御方法。
  4. 【請求項4】 放電用断続エネルギ供給部への出力電流
    をあらかじめ設定した電流値以下に制限する制御回路を
    有し、かつ請求項2もしくは請求項3の制御方法により
    制御することを特徴とする請求項1の放電加工機用電
    源。
JP10137626A 1998-04-30 1998-04-30 放電加工機用電源およびその制御方法 Withdrawn JPH11320260A (ja)

Priority Applications (4)

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JP10137626A JPH11320260A (ja) 1998-04-30 1998-04-30 放電加工機用電源およびその制御方法
US09/674,255 US6710279B1 (en) 1998-04-30 1999-03-15 Power supply for electric spark machine and method for controlling the same
PCT/JP1999/001292 WO1999056905A1 (fr) 1998-04-30 1999-03-15 Alimentation electrique pour machine d'electro-erosion et procede de commande de celle-ci
AU32777/99A AU3277799A (en) 1998-04-30 1999-03-15 Power supply for electric spark machine and method for controlling the same

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JPH11320260A true JPH11320260A (ja) 1999-11-24

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ID=15203065

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JP10137626A Withdrawn JPH11320260A (ja) 1998-04-30 1998-04-30 放電加工機用電源およびその制御方法

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JP (1) JPH11320260A (ja)
AU (1) AU3277799A (ja)
WO (1) WO1999056905A1 (ja)

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