JP6406691B2 - Power supply for electromagnet - Google Patents

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Description

本発明は、加速器等で使用される電磁石にパルス状の大電流を供給するための電磁石用電源装置に関する。   The present invention relates to an electromagnet power supply device for supplying a pulsed large current to an electromagnet used in an accelerator or the like.

従来の電磁石用電源装置としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。図７に示すように、特許文献１に記載の電磁石用電源装置１Ｅは、第１電流源２と、第２電流源３と、スイッチング制御部６と、を備えている。   As a conventional electromagnet power supply device, for example, the one described in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 7, the electromagnet power supply device 1 </ b> E described in Patent Document 1 includes a first current source 2, a second current source 3, and a switching control unit 6.

第１電流源２は、第１電圧（例えば、数千Ｖ）を出力する第１充電電源２０と、第１電圧で充電される第１コンデンサ２１と、Ｈブリッジ接続された第１〜第４スイッチング素子２５、２６、２７、２８を含む第１出力部１１０ａと、を備えている。   The first current source 2 includes a first charging power source 20 that outputs a first voltage (for example, several thousand volts), a first capacitor 21 that is charged with the first voltage, and first to fourth H-bridge connected. And a first output unit 110 a including switching elements 25, 26, 27, and 28.

第１出力部１１０ａは、第１コンデンサ２１の一端に接続された第１入力端ａと、第１コンデンサ２１の他端に接続された第２入力端ｂと、第１スイッチング素子２５および第２スイッチング素子２６の接続点に接続された第１出力端ｃと、第３スイッチング素子２７および第４スイッチング素子２８の接続点に接続された第２出力端ｄと、を有している。第１スイッチング素子２５および第４スイッチング素子２８は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワー半導体素子であり、第２スイッチング素子２６および第３スイッチング素子２７は、ダイオードである。また、第１スイッチング素子２５および第４スイッチング素子２８の制御端子であるゲートは、適当な駆動回路２９を介してスイッチング制御部６に接続されている。   The first output unit 110 a includes a first input terminal “a” connected to one end of the first capacitor 21, a second input terminal “b” connected to the other end of the first capacitor 21, the first switching element 25, and the second The first output terminal c is connected to the connection point of the switching element 26, and the second output terminal d is connected to the connection point of the third switching element 27 and the fourth switching element 28. The first switching element 25 and the fourth switching element 28 are power semiconductor elements such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), and the second switching element 26 and the third switching element 27 are diodes. The gates that are the control terminals of the first switching element 25 and the fourth switching element 28 are connected to the switching control unit 6 via an appropriate drive circuit 29.

第２電流源３は、第２電圧（例えば、百数十Ｖ）を出力する第２充電電源３０と、第２電圧で充電される第２コンデンサ３１と、第２電圧よりも低い第３電圧（例えば、１００Ｖ）を出力する第３充電電源３２と、第３電圧で充電される第３コンデンサ３３と、第３コンデンサ３３に直列接続された整流素子３４と、Ｈブリッジ接続された第５〜第８スイッチング素子３５、３６、３７、３８を含む第２出力部１１０ｂと、を備えている。   The second current source 3 includes a second charging power source 30 that outputs a second voltage (for example, hundreds of tens of volts), a second capacitor 31 that is charged with the second voltage, and a third voltage that is lower than the second voltage. (For example, 100 V), a third charging power source 32, a third capacitor 33 charged with a third voltage, a rectifying element 34 connected in series to the third capacitor 33, and a fifth to fifth H-bridge connected And a second output unit 110b including eighth switching elements 35, 36, 37, and 38.

第２出力部１１０ｂは、第２コンデンサ３１の一端および整流素子３４のカソードに接続された第３入力端ｅと、第２コンデンサ３１の他端および第３コンデンサ３３の他端に接続された第４入力端ｆと、第５スイッチング素子３５および第６スイッチング素子３６の接続点に接続された第３出力端ｇと、第７スイッチング素子３７および第８スイッチング素子３８の接続点に接続された第４出力端ｈと、を有している。第５スイッチング素子３５および第８スイッチング素子３８は、ＩＧＢＴ等のパワー半導体素子であり、第６スイッチング素子３６および第７スイッチング素子３７は、ダイオードである。また、第５スイッチング素子３５および第８スイッチング素子３８の制御端子であるゲートは、適当な駆動回路３９を介してスイッチング制御部６に接続されている。   The second output unit 110 b includes a third input terminal e connected to one end of the second capacitor 31 and the cathode of the rectifying element 34, a second input terminal connected to the other end of the second capacitor 31 and the other end of the third capacitor 33. 4th input terminal f, 3rd output terminal g connected to the connection point of the 5th switching element 35 and the 6th switching element 36, and 1st connection connected to the connection point of the 7th switching element 37 and the 8th switching element 38. 4 output ends h. The fifth switching element 35 and the eighth switching element 38 are power semiconductor elements such as IGBTs, and the sixth switching element 36 and the seventh switching element 37 are diodes. Further, the gates which are control terminals of the fifth switching element 35 and the eighth switching element 38 are connected to the switching control unit 6 via an appropriate drive circuit 39.

第１電流源２の第１出力端ｃおよび第２電流源３の第４出力端ｈは、電磁石４００に接続されている。また、第１電流源２の第２出力端ｄおよび第２電流源３の第３出力端ｇは、直接接続されている。   The first output terminal c of the first current source 2 and the fourth output terminal h of the second current source 3 are connected to the electromagnet 400. The second output terminal d of the first current source 2 and the third output terminal g of the second current source 3 are directly connected.

電磁石用電源装置１Ｅの動作は、図８に示すように、Ｉ〜ＩＶの４つのフェイズに分かれている。   The operation of the electromagnet power supply device 1E is divided into four phases I to IV as shown in FIG.

時刻ｔ０よりも前のフェイズＩは、準備時のフェイズである。フェイズＩでは、スイッチング制御部６が、第１スイッチング素子２５、第４スイッチング素子２８、第５スイッチング素子３５および第８スイッチング素子３８を非導通状態（ＯＦＦ状態）にし、第１充電電源２０、第２充電電源３０および第３充電電源３２が、不図示の充電制御部の制御下で、それぞれ第１コンデンサ２１、第２コンデンサ３１および第３コンデンサ３３の充電を行う。フェイズＩでは、第１電流源２および第２電流源３から電磁石４００に向けて電磁石電流Ｉが供給されることはない（図８（Ｃ）参照）。 Phase I of before the time t 0 is the phase at the time of preparation. In Phase I, the switching control unit 6 switches the first switching element 25, the fourth switching element 28, the fifth switching element 35, and the eighth switching element 38 to the non-conducting state (OFF state), and the first charging power source 20, The second charging power source 30 and the third charging power source 32 charge the first capacitor 21, the second capacitor 31, and the third capacitor 33, respectively, under the control of a charging control unit (not shown). In Phase I, the electromagnet current I is not supplied from the first current source 2 and the second current source 3 toward the electromagnet 400 (see FIG. 8C).

時刻ｔ０〜ｔ１のフェイズＩＩは、電流立ち上げ時のフェイズである。フェイズＩＩでは、スイッチング制御部６が、第８スイッチング素子３８を非導通状態にしたまま、第１スイッチング素子２５、第４スイッチング素子２８および第５スイッチング素子３５を非導通状態から導通状態（ＯＮ状態）に切り替える。これにより、第１コンデンサ２１の第１放電電流が、電磁石電流Ｉとして電磁石４００に供給される。その結果、電磁石電圧が第１コンデンサ２１の充電電圧（数千Ｖ）まで上昇し（図８（Ａ）参照）、電磁石電流Ｉが頂部（数十ｋＡ）まで立ち上げられる（図８（Ｃ）参照）。 Phase II at times t 0 to t 1 is a phase at the time of current startup. In Phase II, the switching control unit 6 switches the first switching element 25, the fourth switching element 28, and the fifth switching element 35 from the non-conductive state to the conductive state (ON state) while the eighth switching element 38 is in the non-conductive state. ). As a result, the first discharge current of the first capacitor 21 is supplied to the electromagnet 400 as the electromagnet current I. As a result, the electromagnet voltage rises to the charging voltage (several thousand volts) of the first capacitor 21 (see FIG. 8A), and the electromagnet current I rises to the top (several tens of kA) (FIG. 8C). reference).

時刻ｔ１〜ｔ２のフェイズＩＩＩは、電流維持時のフェイズである。フェイズＩＩＩでは、スイッチング制御部６が、第１スイッチング素子２５および第５スイッチング素子３５を導通状態にしたまま、第４スイッチング素子２８を導通状態から非導通状態に切り替え、第８スイッチング素子３８を非導通状態から導通状態に切り換える。これにより、まず第２コンデンサ３１の第２放電電流が電磁石電流Ｉとして電磁石４００に供給され、第２コンデンサ３１の両端の電圧は、第２放電電流の放出とともに第２電圧（百数十Ｖ）から比較的急な勾配（第１の傾き）で低下していき、電磁石電圧も同じ傾きで低下していく（図８（Ｂ）参照）。 Phase III at times t 1 to t 2 is a phase during current maintenance. In Phase III, the switching control unit 6 switches the fourth switching element 28 from the conducting state to the non-conducting state while keeping the first switching element 25 and the fifth switching element 35 in the conducting state, and switches the eighth switching element 38 to the non-conducting state. Switch from conducting state to conducting state. Thereby, first, the second discharge current of the second capacitor 31 is supplied to the electromagnet 400 as the electromagnet current I, and the voltage across the second capacitor 31 is the second voltage (hundreds of tens of volts) along with the discharge of the second discharge current. The voltage decreases with a relatively steep gradient (first gradient), and the electromagnet voltage also decreases with the same gradient (see FIG. 8B).

そして、第２コンデンサ３１の両端の電圧が第３電圧を下回ると、整流素子３４が導通状態となり、第２コンデンサ３１の第２放電電流と同じ経路を通って第３コンデンサ３３の第３放電電流も電磁石４００に供給され始める。第２コンデンサ３１の両端の電圧および第３コンデンサ３３の両端の電圧は、第２および第３放電電流の放出とともに第１の傾きよりも緩やかな勾配（第２の傾き）で低下していく（図８（Ｂ）参照）。その結果、頂部における電磁石電流Ｉの電流値が一定に維持される（図８（Ｃ）および（Ｄ）参照）。   When the voltage across the second capacitor 31 falls below the third voltage, the rectifying element 34 becomes conductive, and the third discharge current of the third capacitor 33 passes through the same path as the second discharge current of the second capacitor 31. Begins to be supplied to the electromagnet 400. The voltage at both ends of the second capacitor 31 and the voltage at both ends of the third capacitor 33 decrease with a gentler slope (second slope) than the first slope as the second and third discharge currents are released ( (See FIG. 8B). As a result, the current value of the electromagnet current I at the top is kept constant (see FIGS. 8C and 8D).

時刻ｔ２〜ｔ３のフェイズＩＶは、電流立ち下げ時のフェイズである。フェイズＩＶでは、スイッチング制御部６が、第１スイッチング素子２５、第４スイッチング素子２８、第５スイッチング素子３５を非導通状態にし、第８スイッチング素子３８を導通状態にする。これにより、第１電流源２および第２電流源３による新たな電磁石電流Ｉの供給が停止するとともに、電磁石４００に生じる逆起電圧（−数千Ｖ）による回生電流が第１コンデンサ２１に回生される。その結果、電磁石電流Ｉが立ち下げられる（図８（Ｃ）参照）。 Phase IV at times t 2 to t 3 is a phase at the time of current fall. In Phase IV, the switching control unit 6 turns off the first switching element 25, the fourth switching element 28, and the fifth switching element 35, and puts the eighth switching element 38 in a conducting state. As a result, the supply of the new electromagnet current I by the first current source 2 and the second current source 3 is stopped, and the regenerative current due to the counter electromotive voltage (−several thousand volts) generated in the electromagnet 400 is regenerated to the first capacitor 21. Is done. As a result, the electromagnet current I falls (see FIG. 8C).

以上のように、電磁石用電源装置１Ｅによれば、頂部における電磁石電流Ｉの電流値が一定に保たれた理想的なパルス状電流を電磁石４００に供給することができる。   As described above, according to the electromagnet power supply device 1 </ b> E, an ideal pulse current in which the current value of the electromagnet current I at the top is kept constant can be supplied to the electromagnet 400.

特開２０１２−２４３５０３号公報JP 2012-243503 A

しかしながら、従来の電磁石用電源装置１Ｅは、第１電流源２がＨブリッジ接続された４つのスイッチング素子２５、２６、２７、２８を含む第１出力部１１０ａを備えており、第２電流源３もＨブリッジ接続された４つのスイッチング素子３５、３６、３７、３８を含む第２出力部１１０ｂを備えているので、回路構成が複雑になり、スイッチングノイズが増大するという問題があった。   However, the conventional electromagnet power supply device 1E includes the first output unit 110a including the four switching elements 25, 26, 27, and 28 in which the first current source 2 is H-bridge connected, and the second current source 3 Since the second output unit 110b including the four switching elements 35, 36, 37, and 38 connected in an H-bridge is provided, there is a problem that the circuit configuration becomes complicated and switching noise increases.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、回路構成を簡素化しつつ、スイッチングノイズを低減することができる電磁石用電源装置を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said situation, The place made into the subject is providing the power supply device for electromagnets which can reduce a switching noise, simplifying a circuit structure.

上記課題を解決するために、本発明に係る電磁石用電源装置は、電磁石にパルス状電流を供給する電磁石用電源装置であって、出力部および出力部に接続された第１コンデンサを備え、第１電圧で充電された第１コンデンサの第１放電電流を出力部を介して電磁石に供給することによりパルス状電流を頂部まで立ち上げる機能と、電磁石の逆起電圧による回生電流を出力部を介して第１コンデンサに回生させることによりパルス状電流を頂部から立ち下げる機能と、を有する第１電流源と、第１コンデンサに対して並列となるように出力部に接続された第２コンデンサを含む１以上のコンデンサを備え、第１電圧よりも低い第２電圧で充電された第２コンデンサの第２放電電流を出力部を介して電磁石に供給することにより、立ち上げ後のパルス状電流を頂部において維持する機能を有する第２電流源と、を備え、第１電流源は、前記第１コンデンサに逆電圧が印加されるのを規制する電圧規制手段を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, an electromagnet power supply device according to the present invention is an electromagnet power supply device that supplies a pulsed current to an electromagnet, and includes an output unit and a first capacitor connected to the output unit, The function of raising the pulsed current to the top by supplying the first discharge current of the first capacitor charged with one voltage to the electromagnet through the output unit, and the regenerative current due to the back electromotive force of the electromagnet through the output unit A first current source having a function of causing the first capacitor to regenerate the pulsed current from the top, and a second capacitor connected to the output unit so as to be parallel to the first capacitor By supplying a second discharge current of a second capacitor charged with a second voltage lower than the first voltage to the electromagnet via the output unit, the power supply after the start-up is provided. Includes a second current source having a function of maintaining the focal current at the top, a first current source, characterized in that it comprises a voltage regulating means for restraining the reverse voltage is applied to the first capacitor And

この構成によれば、第２電流源が出力部を備えていないので、従来の電磁石用電源装置と比較して回路構成を簡素化することができ、パルス状電流（電磁石電流）に対するスイッチングノイズの影響を低減することができる。さらに、この構成によれば、電圧規制手段により第１コンデンサを逆電圧から保護することができる。
According to this configuration, since the second current source does not include the output unit, the circuit configuration can be simplified as compared with the conventional electromagnet power supply device, and switching noise with respect to the pulse current (electromagnet current) can be reduced. The influence can be reduced. Furthermore, according to this configuration, the first capacitor can be protected from the reverse voltage by the voltage regulating means.

なお、本発明における「接続」とは、直接的に接続されている場合だけでなく、スイッチング素子や抵抗器等の他の部材を介して間接的に接続されている場合も含むものとする。   The “connection” in the present invention includes not only the case of being directly connected but also the case of being indirectly connected through another member such as a switching element or a resistor.

上記電磁石用電源装置では、第２電流源は、第１コンデンサに対して並列となるように出力部に接続された第３コンデンサをさらに備え、第２放電電流および第２電圧以下の第３電圧で充電された第３コンデンサの第３放電電流を出力部を介して電磁石に供給することにより、立ち上げ後のパルス状電流を頂部において維持することが好ましい。   In the electromagnet power supply device, the second current source further includes a third capacitor connected to the output unit so as to be in parallel with the first capacitor, the second discharge current and a third voltage equal to or lower than the second voltage. It is preferable to maintain the pulsed current after the start-up at the top by supplying the third discharge current of the third capacitor charged in step 1 to the electromagnet via the output.

この構成によれば、第２電流源から電磁石に第２放電電流のみを供給する場合と比べて、パルス状電流の頂部における変動を抑制することができる。   According to this structure, the fluctuation | variation in the peak part of a pulse-like electric current can be suppressed compared with the case where only a 2nd discharge current is supplied to an electromagnet from a 2nd current source.

上記電磁石用電源装置では、第２コンデンサおよび第３コンデンサと出力部とを接続する経路に介装されたスイッチ手段と、スイッチ手段を制御する制御部と、をさらに備え、制御部は、パルス状電流の立ち下げの途中でスイッチ手段を導通状態にすることにより、回生電流を少なくとも第２コンデンサに回生させることが好ましい。   The electromagnet power supply apparatus further includes switch means interposed in a path connecting the second capacitor and the third capacitor and the output section, and a control section for controlling the switch means, and the control section has a pulse shape. It is preferable to regenerate the regenerative current in at least the second capacitor by bringing the switch means into a conducting state during the fall of the current.

この構成によれば、回生電流の回生先が第１コンデンサのみの場合と比べて、パルス状電流のゼロクロス時における振動を抑制することができる。   According to this configuration, it is possible to suppress vibration at the time of zero crossing of the pulsed current as compared with the case where the regeneration current is regenerated only by the first capacitor.

上記電磁石用電源装置では、第２コンデンサおよび第３コンデンサと出力部とを接続する経路に介装された電流規制手段を有し、電流規制手段は、出力部から第２コンデンサおよび第３コンデンサに向かって流れる電流を規制することが好ましい。   The electromagnet power supply device includes current regulating means interposed in a path connecting the second capacitor and the third capacitor and the output section, and the current regulating means is connected from the output section to the second capacitor and the third capacitor. It is preferable to regulate the current flowing in the direction.

この構成によれば、第１電流源から第２コンデンサおよび第３コンデンサに向かって流れる電流を規制することができるので、上記スイッチ手段により回生電流のみを第１電流源から第２コンデンサおよび第３コンデンサに向かって流すことができる一方、上記スイッチ手段を省略して回路構成をより簡素化することもできる。   According to this configuration, since the current flowing from the first current source toward the second capacitor and the third capacitor can be regulated, only the regenerative current is transferred from the first current source to the second capacitor and the third capacitor by the switch means. While the current can flow toward the capacitor, the switch means can be omitted to further simplify the circuit configuration.

本発明によれば、回路構成を簡素化しつつ、スイッチングノイズを低減可能な電磁石用電源装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power supply apparatus for electromagnets which can reduce switching noise can be provided, simplifying a circuit structure.

本発明の第１実施形態に係る電磁石用電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the power supply device for electromagnets concerning a 1st embodiment of the present invention. 第１実施形態に係る電磁石用電源装置の動作を示す図であって、（Ａ）は電流立ち上げ時、（Ｂ）は電流維持時の図である。It is a figure which shows operation | movement of the power supply apparatus for electromagnets which concerns on 1st Embodiment, Comprising: (A) is a figure at the time of electric current starting, (B) is a figure at the time of an electric current maintenance. 第１実施形態に係る電磁石用電源装置の電流立ち下げ時の動作を示す図であって、（Ａ）は第１コンデンサに回生電流を回生させる場合、（Ｂ）は第１および第２コンデンサに回生電流を回生させる場合の図である。It is a figure which shows the operation | movement at the time of electric current fall of the power supply device for electromagnets which concerns on 1st Embodiment, Comprising: (A) makes a 1st capacitor regenerate a regenerative current, (B) makes a 1st and 2nd capacitor | condenser It is a figure in the case of regenerating a regenerative current. 本発明の第２実施形態に係る電磁石用電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the power supply device for electromagnets concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る電磁石用電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the power supply apparatus for electromagnets concerning 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態に係る電磁石用電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the power supply apparatus for electromagnets concerning 4th Embodiment of this invention. 従来の電磁石用電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the conventional electromagnet power supply device. 従来の電磁石用電源装置の波形図であって、（Ａ）は電磁石電圧の全体波形図、（Ｂ）は（Ａ）の拡大波形図、（Ｃ）は電磁石電流の全体波形図、（Ｄ）は（Ｃ）の拡大波形図である。It is a wave form diagram of the conventional power supply device for electromagnets, (A) is a whole wave form figure of electromagnet voltage, (B) is an enlarged wave form figure of (A), (C) is a whole wave form figure of electromagnet current, (D) FIG. 4 is an enlarged waveform diagram of (C).

以下、添付図面を参照して、本発明に係る電磁石用電源装置の実施形態について説明する。   Embodiments of a power supply device for an electromagnet according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

［第１実施形態］
図１に、本発明の第１実施形態に係る電磁石用電源装置１Ａを示す。電磁石用電源装置１Ａは、電磁石４００にパルス状の大電流である電磁石電流Ｉを供給するためのもので、同図に示すように、第１電流源１００Ａと、第２電流源２００Ａと、本発明の制御部に相当するスイッチング制御部３０１と、充電制御部３０２と、を備えている。 [First Embodiment]
FIG. 1 shows an electromagnet power supply device 1A according to a first embodiment of the present invention. The electromagnet power supply device 1A is for supplying an electromagnet current I, which is a large pulsed current, to the electromagnet 400. As shown in the drawing, the first current source 100A, the second current source 200A, A switching control unit 301 corresponding to the control unit of the invention and a charging control unit 302 are provided.

第１電流源１００Ａは、第１充電電源１０１と、第１コンデンサ１０２と、スイッチング素子１０３と、ダイオード１０４と、Ｈブリッジ接続された第１〜第４スイッチング素子１１１、１１２、１１３、１１４を含む出力部１１０と、を備えている。   The first current source 100A includes a first charging power source 101, a first capacitor 102, a switching element 103, a diode 104, and first to fourth switching elements 111, 112, 113, and 114 that are H-bridge connected. And an output unit 110.

第１コンデンサ１０２は、一端が電源保護用の抵抗器を介して第１充電電源１０１の一端に接続され、他端が第１充電電源１０１の他端に接続されている。第１コンデンサ１０２は、充電制御部３０２の制御下の第１充電電源１０１により、第１電圧（例えば、数千Ｖ）まで充電される。   One end of the first capacitor 102 is connected to one end of the first charging power supply 101 via a resistor for protecting the power supply, and the other end is connected to the other end of the first charging power supply 101. The first capacitor 102 is charged to a first voltage (for example, several thousand volts) by the first charging power source 101 under the control of the charging control unit 302.

スイッチング素子１０３は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワー半導体素子である。スイッチング素子１０３は、制御端子であるゲートが駆動回路１０５を介してスイッチング制御部３０１に接続され、電流路の一端であるコレクタが第１コンデンサ１０２の一端に接続され、電流路の他端であるエミッタが出力部１１０の第１入力端ａに接続されている。   The switching element 103 is a power semiconductor element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The switching element 103 has a gate that is a control terminal connected to the switching control unit 301 via the drive circuit 105, a collector that is one end of the current path is connected to one end of the first capacitor 102, and the other end of the current path. The emitter is connected to the first input terminal a of the output unit 110.

ダイオード１０４は、アノードがスイッチング素子１０３のエミッタに接続され、カソードがスイッチング素子１０３のコレクタに接続されている。   The diode 104 has an anode connected to the emitter of the switching element 103 and a cathode connected to the collector of the switching element 103.

出力部１１０は、スイッチング素子１０３を介して第１コンデンサ１０２の一端に接続された第１入力端ａと、第１コンデンサ１０２の他端に接続された第２入力端ｂと、第１スイッチング素子１１１および第２スイッチング素子１１２の接続点に接続された第１出力端ｃと、第３スイッチング素子１１３および第４スイッチング素子１１４の接続点に接続された第２出力端ｄと、を有している。   The output unit 110 includes a first input terminal a connected to one end of the first capacitor 102 via the switching element 103, a second input terminal b connected to the other end of the first capacitor 102, and a first switching element. A first output terminal c connected to a connection point between the first switching element 111 and the second switching element 112; and a second output terminal d connected to a connection point between the third switching element 113 and the fourth switching element 114. Yes.

第１スイッチング素子１１１および第４スイッチング素子１１４は、ＩＧＢＴ等のパワー半導体素子であり、第２スイッチング素子１１２および第３スイッチング素子１１３は、ダイオードである。第１スイッチング素子１１１および第４スイッチング素子１１４の制御端子であるゲートは、それぞれ駆動回路１１５および駆動回路１１６を介してスイッチング制御部３０１に接続されている。   The first switching element 111 and the fourth switching element 114 are power semiconductor elements such as IGBTs, and the second switching element 112 and the third switching element 113 are diodes. Gates that are control terminals of the first switching element 111 and the fourth switching element 114 are connected to the switching control unit 301 via the drive circuit 115 and the drive circuit 116, respectively.

第１出力端ｃは、電磁石４００の一端に接続され、第２出力端ｄは、電磁石４００の他端に接続されている。   The first output end c is connected to one end of the electromagnet 400, and the second output end d is connected to the other end of the electromagnet 400.

また、第１電流源１００Ａは、本発明の電圧規制手段に相当する逆電圧保護ダイオード１２０と、本発明のスイッチ手段に相当するスイッチング素子１３１と、本発明の電流規制手段に相当するダイオード１３２と、をさらに備えている。   The first current source 100A includes a reverse voltage protection diode 120 corresponding to the voltage regulating means of the present invention, a switching element 131 corresponding to the switching means of the present invention, and a diode 132 corresponding to the current regulating means of the present invention. , Is further provided.

逆電圧保護ダイオード１２０は、第１コンデンサ１０２に印加される逆電圧を規制するためのもので、アノードが出力部１１０の第２入力端ｂに接続され、カソードが出力部１１０の第１入力端ａに接続されている。   The reverse voltage protection diode 120 is for regulating the reverse voltage applied to the first capacitor 102, and has an anode connected to the second input terminal b of the output unit 110 and a cathode connected to the first input terminal of the output unit 110. connected to a.

スイッチング素子１３１は、ＩＧＢＴ等のパワー半導体素子である。スイッチング素子１３１は、制御端子であるゲートが駆動回路１３３を介してスイッチング制御部３０１に接続され、電流路の一端であるコレクタが出力部１１０の第１入力端ａに接続され、電流路の他端であるエミッタが第２電流源２００Ａの第３出力端ｅに接続されている。   The switching element 131 is a power semiconductor element such as an IGBT. The switching element 131 has a gate that is a control terminal connected to the switching control unit 301 via the drive circuit 133, a collector that is one end of the current path is connected to the first input terminal a of the output unit 110, and other current paths. The emitter which is an end is connected to the third output end e of the second current source 200A.

ダイオード１３２は、アノードがスイッチング素子１３１のエミッタに接続され、カソードがスイッチング素子１３１のコレクタに接続されている。   The diode 132 has an anode connected to the emitter of the switching element 131 and a cathode connected to the collector of the switching element 131.

第２電流源２００Ａは、第２充電電源２０１と、第２コンデンサ２０２と、第３充電電源２０３と、第３コンデンサ２０４と、整流素子２０５と、スイッチング素子２０６と、を備えている。また、第２電流源２００Ａは、スイッチング素子１３１を介して出力部１１０の第１入力端ａに接続された第３出力端ｅと、出力部１１０の第２入力端ｂに接続された第４出力端ｆと、を有している。   The second current source 200 </ b> A includes a second charging power source 201, a second capacitor 202, a third charging power source 203, a third capacitor 204, a rectifying element 205, and a switching element 206. The second current source 200 </ b> A includes a third output terminal e connected to the first input terminal a of the output unit 110 via the switching element 131 and a fourth output terminal connected to the second input terminal b of the output unit 110. And an output end f.

第２コンデンサ２０２は、一端が電源保護用の抵抗器を介して第２充電電源２０１の一端に接続され、他端が第２充電電源２０１の他端に接続されている。第２コンデンサ２０２は、充電制御部３０２の制御下の第２充電電源２０１により、第１電圧よりも低い第２電圧（例えば、百数十Ｖ）まで充電される。   One end of the second capacitor 202 is connected to one end of the second charging power source 201 via a resistor for protecting the power source, and the other end is connected to the other end of the second charging power source 201. The second capacitor 202 is charged to a second voltage (for example, hundreds of tens V) lower than the first voltage by the second charging power source 201 under the control of the charging control unit 302.

第３コンデンサ２０４は、一端が電源保護用の抵抗器を介して第３充電電源２０３の一端に接続され、他端が第３充電電源２０３の他端に接続されている。第３コンデンサ２０４は、充電制御部３０２の制御下の第３充電電源２０３により、第２電圧以下の第３電圧（例えば、約１００Ｖ）まで充電される。   One end of the third capacitor 204 is connected to one end of the third charging power source 203 via a resistor for protecting the power source, and the other end is connected to the other end of the third charging power source 203. The third capacitor 204 is charged to a third voltage equal to or lower than the second voltage (for example, about 100 V) by the third charging power source 203 under the control of the charging control unit 302.

整流素子２０５は、ダイオードである。整流素子２０５は、アノードが第３コンデンサ２０４の一端に接続され、カソードが第３出力端ｅに接続されるように、第３コンデンサ２０４の一端と第３出力端ｅとの間に介装されている。   The rectifying element 205 is a diode. The rectifying element 205 is interposed between one end of the third capacitor 204 and the third output end e so that the anode is connected to one end of the third capacitor 204 and the cathode is connected to the third output end e. ing.

スイッチング素子２０６は、ＩＧＢＴ等のパワー半導体素子である。スイッチング素子２０６は、制御端子であるゲートが駆動回路２０７を介してスイッチング制御部３０１に接続され、電流路の一端であるコレクタが第３出力端ｅに接続され、電流路の他端であるエミッタが第３コンデンサ２０４の一端に接続されている。   The switching element 206 is a power semiconductor element such as an IGBT. The switching element 206 has a gate that is a control terminal connected to the switching control unit 301 via the drive circuit 207, a collector that is one end of the current path is connected to the third output end e, and an emitter that is the other end of the current path. Is connected to one end of the third capacitor 204.

結局、電磁石用電源装置１Ａでは、第１コンデンサ１０２、第２コンデンサ２０２および第３コンデンサ２０４が互いに並列となるように、第１コンデンサ１０２、第２コンデンサ２０２および第３コンデンサ２０４を第１電流源１００Ａの出力部１１０に接続している。このため、電磁石用電源装置１Ａによれば、図７に示す従来の電磁石用電源装置１Ｅと比較して回路構成を簡素化することができ、第２電流源２００Ａが出力部を備えていない分、電磁石電流Ｉに対するスイッチングノイズの影響を低減することができる。   Eventually, in the electromagnet power supply device 1A, the first capacitor 102, the second capacitor 202, and the third capacitor 204 are connected to the first current source so that the first capacitor 102, the second capacitor 202, and the third capacitor 204 are parallel to each other. It is connected to the output unit 110 of 100A. Therefore, according to the electromagnet power supply device 1A, the circuit configuration can be simplified as compared with the conventional electromagnet power supply device 1E shown in FIG. 7, and the second current source 200A does not include an output unit. The influence of switching noise on the electromagnet current I can be reduced.

次に、図２および図３を参照して、電磁石用電源装置１Ａの動作について説明する。電磁石用電源装置１Ａの動作は、従来の電磁石用電源装置１Ｅと同様に、準備時のフェイズ、電流立ち上げ時のフェイズ（図２（Ａ）参照）、電流維持時のフェイズ（図２（Ｂ）参照）、電流立ち下げ時のフェイズ（図３（Ａ）および（Ｂ）参照）に分かれている。   Next, the operation of the electromagnet power supply device 1A will be described with reference to FIGS. The operation of the electromagnet power supply device 1A is similar to the conventional electromagnet power supply device 1E in the phase during preparation, the phase during current startup (see FIG. 2A), and the phase during current maintenance (FIG. 2B). )), And the phase when the current falls (see FIGS. 3A and 3B).

準備時のフェイズでは、スイッチング制御部３０１が、第１スイッチング素子１１１、第４スイッチング素子１１４、スイッチング素子１０３、１３１、２０６を非導通状態（ＯＦＦ状態）にする。そして、第１充電電源１０１、第２充電電源２０１および第３充電電源２０３が、充電制御部３０２の制御下で、それぞれ第１コンデンサ１０２、第２コンデンサ２０２および第３コンデンサ２０４の充電を行う。   In the phase at the time of preparation, the switching control unit 301 sets the first switching element 111, the fourth switching element 114, and the switching elements 103, 131, and 206 to a non-conduction state (OFF state). Then, the first charging power source 101, the second charging power source 201, and the third charging power source 203 charge the first capacitor 102, the second capacitor 202, and the third capacitor 204, respectively, under the control of the charging control unit 302.

第１コンデンサ１０２は、第１充電電源１０１によって両端の電圧が第１電圧（例えば、数千Ｖ）になるまで充電される。第２コンデンサ２０２は、第２充電電源２０１によって両端の電圧が第１電圧よりも低い第２電圧（例えば、百数十Ｖ）になるまで充電される。第３コンデンサ２０４は、第３充電電源２０３によって両端の電圧が第２電圧以下の第３電圧（例えば、約１００Ｖ）になるまで充電される。   The first capacitor 102 is charged by the first charging power supply 101 until the voltage at both ends becomes the first voltage (for example, several thousand volts). The second capacitor 202 is charged by the second charging power source 201 until the voltage at both ends becomes a second voltage (for example, hundreds of tens V) lower than the first voltage. The third capacitor 204 is charged by the third charging power source 203 until the voltage at both ends reaches a third voltage (for example, about 100 V) equal to or lower than the second voltage.

また、準備時のフェイズでは、第１電流源１００Ａおよび第２電流源２００Ａと電磁石４００とが電気的に切り離された状態となっているので、第１電流源１００Ａおよび第２電流源２００Ａから電磁石４００に電磁石電流Ｉが供給されることはない。   In the phase at the time of preparation, the first current source 100A, the second current source 200A, and the electromagnet 400 are in a state of being electrically disconnected, so the electromagnet from the first current source 100A and the second current source 200A. No electromagnet current I is supplied to 400.

図２（Ａ）に示す電流立ち上げ時のフェイズでは、スイッチング制御部３０１が、第１スイッチング素子１１１、第４スイッチング素子１１４、スイッチング素子１０３を導通状態（ＯＮ状態）にし、かつスイッチング素子１３１、２０６を非導通状態にする。   In the phase at the time of starting up the current shown in FIG. 2A, the switching control unit 301 makes the first switching element 111, the fourth switching element 114, and the switching element 103 conductive (ON state), and the switching element 131, 206 is turned off.

これにより、同図に示すように、第１コンデンサ１０２→スイッチング素子１０３→第１入力端ａ→第１スイッチング素子１１１→第１出力端ｃ→電磁石４００→第２出力端ｄ→第４スイッチング素子１１４→第２入力端ｂ→第１コンデンサ１０２の経路で第１コンデンサ１０２の第１放電電流が流れる。その結果、電磁石電圧が第１コンデンサ１０２の充電電圧（数千Ｖ）まで上昇し、電磁石電流Ｉが頂部まで立ち上げられる。   Thereby, as shown in the figure, first capacitor 102 → switching element 103 → first input terminal a → first switching element 111 → first output terminal c → electromagnet 400 → second output terminal d → fourth switching element The first discharge current of the first capacitor 102 flows through the path 114 → second input terminal b → first capacitor 102. As a result, the electromagnet voltage rises to the charging voltage (several thousand volts) of the first capacitor 102, and the electromagnet current I is raised to the top.

図２（Ｂ）に示す電流維持時のフェイズでは、スイッチング制御部３０１が、第１スイッチング素子１１１および第４スイッチング素子１１４を導通状態にし、かつスイッチング素子１０３、１３１、２０６を非導通状態にする。   In the current maintaining phase shown in FIG. 2B, the switching control unit 301 sets the first switching element 111 and the fourth switching element 114 to the conductive state and sets the switching elements 103, 131, and 206 to the non-conductive state. .

これにより、ダイオード１３２のカソード側の電圧がアノード側の電圧を下回りダイオード１３２が導通状態となるので、第２コンデンサ２０２→第３出力端ｅ→ダイオード１３２→第１入力端ａ→第１スイッチング素子１１１→第１出力端ｃ→電磁石４００→第２出力端ｄ→第４スイッチング素子１１４→第２入力端ｂ→第４出力端ｆ→第２コンデンサ２０２の経路で第２コンデンサ２０２の第２放電電流が流れる。このとき、第２コンデンサ２０２の両端の電圧は、第２放電電流の放出とともに第２電圧（百数十Ｖ）から比較的急な勾配（第１の傾き）で低下していき、電磁石電圧も同じ傾きで低下していく。   As a result, the voltage on the cathode side of the diode 132 becomes lower than the voltage on the anode side, and the diode 132 becomes conductive. Therefore, the second capacitor 202 → the third output terminal e → the diode 132 → the first input terminal a → the first switching element. 111 → first output terminal c → electromagnet 400 → second output terminal d → fourth switching element 114 → second input terminal b → fourth output terminal f → second discharge of the second capacitor 202 through the path of the second capacitor 202 Current flows. At this time, the voltage across the second capacitor 202 decreases with a relatively steep slope (first slope) from the second voltage (hundreds of tens of volts) with the release of the second discharge current, and the electromagnet voltage also increases. Decreasing at the same slope.

そして、第２コンデンサ２０２の両端の電圧が第３電圧（約１００Ｖ）を下回るまで低下すると、整流素子２０５が導通状態となり、図２（Ｂ）に示すように、第２放電電流と同じ経路で第３コンデンサ２０４の第３放電電流も電磁石４００に供給される。このとき、第２コンデンサ２０２の両端の電圧および第３コンデンサ２０４の両端の電圧は、第２放電電流および第３放電電流の放出とともに、第１の傾きよりも小さい第２の傾きで低下していき、電磁石電圧も同じ傾きで低下していく。その結果、頂部における電磁石電流Ｉの電流値が一定に維持される。   Then, when the voltage across the second capacitor 202 decreases until it falls below the third voltage (about 100 V), the rectifying element 205 becomes conductive, and as shown in FIG. 2 (B), along the same path as the second discharge current. The third discharge current of the third capacitor 204 is also supplied to the electromagnet 400. At this time, the voltage at both ends of the second capacitor 202 and the voltage at both ends of the third capacitor 204 decrease with a second slope smaller than the first slope as the second discharge current and the third discharge current are released. The electromagnet voltage also decreases with the same slope. As a result, the current value of the electromagnet current I at the top is kept constant.

なお、第１の傾きは、第２コンデンサ２０２の静電容量値により調整することができ、第２の傾きは、第２コンデンサ２０２および第３コンデンサ２０４の静電容量値により調整することができる。具体的には、第２コンデンサ２０２の静電容量値を大きくすることで第１の傾きを小さくし、静電容量値を小さくすることで第１の傾きを大きくすることができる。同様に、第２コンデンサ２０２および第３コンデンサ２０４の総静電容量値を大きくすることで第２の傾きを小さくし、総静電容量値を小さくすることで第２の傾きを大きくすることができる。また、傾きが切り替わるタイミングは、第２電圧および第３電圧の電圧差により調整することができる。具体的には、切り替えのタイミングを遅らせたい場合は、上記電圧差を大きくすればよい。反対に、早期に切り替えを行いたい場合は、上記電圧差を小さくすればよい。   The first slope can be adjusted by the capacitance value of the second capacitor 202, and the second slope can be adjusted by the capacitance values of the second capacitor 202 and the third capacitor 204. . Specifically, the first slope can be reduced by increasing the capacitance value of the second capacitor 202, and the first slope can be increased by reducing the capacitance value. Similarly, the second inclination can be reduced by increasing the total capacitance value of the second capacitor 202 and the third capacitor 204, and the second inclination can be increased by reducing the total capacitance value. it can. In addition, the timing at which the inclination is switched can be adjusted by the voltage difference between the second voltage and the third voltage. Specifically, when it is desired to delay the switching timing, the voltage difference may be increased. On the other hand, if it is desired to switch at an early stage, the voltage difference may be reduced.

図３（Ａ）に示す電流立ち下げ時のフェイズでは、スイッチング制御部３０１が、第１スイッチング素子１１１、第４スイッチング素子１１４、スイッチング素子１０３、１３１、２０６を非導通状態にする。   In the phase at the time of current fall illustrated in FIG. 3A, the switching control unit 301 puts the first switching element 111, the fourth switching element 114, and the switching elements 103, 131, and 206 into a non-conduction state.

これにより、第２放電電流および第３放電電流の供給が停止するとともに、電磁石４００には、第１充電電源１０１の出力電圧（第１電圧）とほぼ同じ大きさの逆起電圧Ｖ１（−数千Ｖ）が生じることとなる。その結果、図３（Ａ）に示すように、電磁石４００→第２出力端ｄ→ダイオード１１３→第１入力端ａ→ダイオード１０４→第１コンデンサ１０２→第２入力端ｂ→ダイオード１１２→第１出力端ｃ→電磁石４００の経路で電磁石４００の逆起電圧Ｖ１による回生電流が流れ、電磁石電流Ｉが、比較的急な勾配（第３の傾き）で低下していく。 As a result, the supply of the second discharge current and the third discharge current is stopped, and the electromagnet 400 has a back electromotive voltage V 1 (−) having the same magnitude as the output voltage (first voltage) of the first charging power supply 101. Several thousand volts) will be generated. As a result, as shown in FIG. 3A, electromagnet 400 → second output terminal d → diode 113 → first input terminal a → diode 104 → first capacitor 102 → second input terminal b → diode 112 → first regenerative current flows due to the counter electromotive voltage V 1 of the electromagnet 400 in the path of the output terminal c → electromagnet 400, the electromagnet current I, decreases at a relatively steep gradient (third inclination).

また、電流立ち下げ時のフェイズでは、第２コンデンサ２０２に回生電流を回生させることもできる。この場合、図３（Ｂ）に示すように、スイッチング制御部３０１は、第１スイッチング素子１１１、第４スイッチング素子１１４、スイッチング素子１０３、２０６を非導通状態にし、かつスイッチング素子１３１を導通状態にする。   Further, in the phase when the current falls, the regenerative current can be regenerated in the second capacitor 202. In this case, as shown in FIG. 3B, the switching control unit 301 puts the first switching element 111, the fourth switching element 114, and the switching elements 103 and 206 into a non-conducting state and puts the switching element 131 into a conducting state. To do.

これにより、電磁石４００には、第２充電電源２０１の出力電圧（第２電圧）とほぼ同じ大きさの逆起電圧Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）が生じることとなる。その結果、図３（Ｂ）に示すように、電磁石４００→第２出力端ｄ→ダイオード１１３→第１入力端ａ→ダイオード１０４→第１コンデンサ１０２→第２入力端ｂ→ダイオード１１２→第１出力端ｃ→電磁石４００の経路で電磁石４００の逆起電圧Ｖ２による回生電流が流れるとともに、電磁石４００→第２出力端ｄ→ダイオード１１３→第１入力端ａ→スイッチング素子１３１→第３出力端ｅ→第２コンデンサ２０２→第４出力端ｆ→第２入力端ｂ→ダイオード１１２→第１出力端ｃ→電磁石４００の経路で電磁石４００の逆起電圧Ｖ２による回生電流が流れ、電磁石電流Ｉが第３の傾きよりも小さい第４の傾きで低下していく。このため、電磁石電流Ｉがゼロになる直前に、第１コンデンサ１０２および第２コンデンサ２０２に回生電流を回生させることで、電磁石電流Ｉのゼロクロス時における振動を抑制することができる。 As a result, the back electromotive voltage V 2 (V 2 <V 1 ) of approximately the same magnitude as the output voltage (second voltage) of the second charging power supply 201 is generated in the electromagnet 400. As a result, as shown in FIG. 3B, electromagnet 400 → second output terminal d → diode 113 → first input terminal a → diode 104 → first capacitor 102 → second input terminal b → diode 112 → first with a regenerative current flows due to the counter electromotive voltage V 2 of the electromagnet 400 in the path of the output terminal c → electromagnet 400, the electromagnet 400 → second output terminal d → diode 113 → first input terminal a → switching element 131 → the third output terminal e → regenerative current flows due to the counter electromotive voltage V 2 of the electromagnet 400 in the path of the second capacitor 202 → the fourth output terminal f → second input terminal b → diode 112 → first output terminal c → electromagnet 400, the electromagnet current I Decreases at a fourth inclination smaller than the third inclination. For this reason, the vibration at the time of the zero crossing of the electromagnet current I can be suppressed by causing the first capacitor 102 and the second capacitor 202 to regenerate the regenerative current immediately before the electromagnet current I becomes zero.

以上のように、電磁石用電源装置１Ａによれば、従来の電磁石用電源装置１Ｅと同程度以上の理想的なパルス状の電磁石電流Ｉを電磁石４００に供給することができ、しかも、従来の電磁石用電源装置１Ｅよりも回路構成を簡素化することができる。   As described above, according to the electromagnet power supply device 1A, an ideal pulsed electromagnet current I equal to or higher than that of the conventional electromagnet power supply device 1E can be supplied to the electromagnet 400, and the conventional electromagnet The circuit configuration can be simplified as compared with the power supply device 1E.

［第２実施形態］
図４に、本発明の第２実施形態に係る電磁石用電源装置１Ｂを示す。電磁石用電源装置１Ｂは、第２電流源２００Ａの代わりに第２電流源２００Ｂを備えていること以外、第１実施形態に係る電磁石用電源装置１Ａと共通している。 [Second Embodiment]
FIG. 4 shows a power supply device 1B for an electromagnet according to a second embodiment of the present invention. The electromagnet power supply device 1B is common to the electromagnet power supply device 1A according to the first embodiment except that the electromagnet power supply device 1B includes the second current source 200B instead of the second current source 200A.

第２電流源２００Ｂでは、第２充電電源２０１の他端が第３充電電源２０３の一端に接続されているので、第２コンデンサ２０２は、第２充電電源２０１および第３充電電源２０３により充電される。すなわち、準備時のフェイズにおいて、第２コンデンサ２０２は、第３コンデンサ２０４よりも高い電圧まで確実に充電される。   In the second current source 200B, since the other end of the second charging power source 201 is connected to one end of the third charging power source 203, the second capacitor 202 is charged by the second charging power source 201 and the third charging power source 203. The That is, in the phase during preparation, the second capacitor 202 is reliably charged to a voltage higher than that of the third capacitor 204.

したがって、電磁石用電源装置１Ｂでは、電流維持時のフェイズにおいて、第２コンデンサ２０２の放電と第３コンデンサ２０４の放電とが同時に開始されてしまうのを確実に防ぐことができる。   Therefore, in the electromagnet power supply device 1B, it is possible to reliably prevent the discharge of the second capacitor 202 and the discharge of the third capacitor 204 from being started at the same time during the phase when maintaining the current.

［第３実施形態］
図５に、本発明の第３実施形態に係る電磁石用電源装置１Ｃを示す。電磁石用電源装置１Ｃは、第１電流源１００Ａの代わりに第１電流源１００Ｂを備えていること以外、第１実施形態に係る電磁石用電源装置１Ａと共通している。 [Third Embodiment]
FIG. 5 shows an electromagnet power supply device 1C according to a third embodiment of the present invention. The electromagnet power supply device 1C is common to the electromagnet power supply device 1A according to the first embodiment except that the electromagnet power supply device 1C includes the first current source 100B instead of the first current source 100A.

第１電流源１００Ｂは、第１電流源１００Ａに備えられているスイッチング素子１３１およびダイオード１３２の代わりに、本発明の電流規制手段に相当するダイオード１４０を備えている。ダイオード１４０は、アノードが第３出力端ｅに接続され、かつカソードが第１入力端ａに接続されており、第１入力端ａから第３出力端ｅに流れる電流を規制する。   The first current source 100B includes a diode 140 corresponding to the current regulating means of the present invention, instead of the switching element 131 and the diode 132 provided in the first current source 100A. The diode 140 has an anode connected to the third output terminal e and a cathode connected to the first input terminal a, and regulates a current flowing from the first input terminal a to the third output terminal e.

電磁石用電源装置１Ｃでは、第２コンデンサ２０２に回生電流を回生させることはできないものの、第１実施形態に係る電磁石用電源装置１Ａよりも回路構成を簡素化することができ、スイッチングノイズを低減することができる。   In the electromagnet power supply device 1C, although the regenerative current cannot be regenerated in the second capacitor 202, the circuit configuration can be simplified and the switching noise can be reduced as compared with the electromagnet power supply device 1A according to the first embodiment. be able to.

［第４実施形態］
図６に、本発明の第４実施形態に係る電磁石用電源装置１Ｄを示す。電磁石用電源装置１Ｄは、第１電流源１００Ａおよび第２電流源２００Ａの代わりに第１電流源１００Ｂおよび第２電流源２００Ｂを備えていること以外、第１実施形態に係る電磁石用電源装置１Ａと共通している。 [Fourth Embodiment]
FIG. 6 shows an electromagnet power supply device 1D according to a fourth embodiment of the present invention. The electromagnet power supply device 1D is provided with a first current source 100B and a second current source 200B instead of the first current source 100A and the second current source 200A, and the electromagnet power supply device 1A according to the first embodiment. And in common.

電磁石用電源装置１Ｄによれば、電流維持時のフェイズにおいて、第２コンデンサ２０２の放電と第３コンデンサ２０４の放電とが同時に開始されてしまうのを確実に防ぐことができる。さらに、電磁石用電源装置１Ｄによれば、第２コンデンサ２０２に回生電流を回生させることはできないものの、第１実施形態に係る電磁石用電源装置１Ａよりも回路構成を簡素化することができ、スイッチングノイズを低減することもできる。   According to the electromagnet power supply device 1D, it is possible to reliably prevent the discharge of the second capacitor 202 and the discharge of the third capacitor 204 from being started simultaneously in the phase when maintaining the current. Further, according to the electromagnet power supply device 1D, although the regenerative current cannot be regenerated in the second capacitor 202, the circuit configuration can be simplified compared to the electromagnet power supply device 1A according to the first embodiment, and switching can be performed. Noise can also be reduced.

以上、本発明に係る電磁石用電源装置の第１実施形態〜第４実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。   As mentioned above, although 1st Embodiment-4th Embodiment of the power supply device for electromagnets which concerns on this invention was described, this invention is not limited to said each embodiment.

例えば、上記第１および第２実施形態に係る電磁石用電源装置１Ａ、１Ｂでは、電流立ち下げ時のフェイズにおいて、スイッチング制御部３０１の制御下でスイッチング素子１３１、２０６を導通状態にすることで、第１コンデンサ１０２および第２コンデンサ２０２に加えて第３コンデンサ２０４にも回生電流を回生させることができる。   For example, in the electromagnet power supply devices 1A and 1B according to the first and second embodiments, the switching elements 131 and 206 are turned on under the control of the switching control unit 301 in the phase when the current falls. In addition to the first capacitor 102 and the second capacitor 202, the third capacitor 204 can also regenerate a regenerative current.

上記第１〜第４実施形態に係る電磁石用電源装置１Ａ〜１Ｄでは、準備時のフェイズにおいて、スイッチング制御部３０１がスイッチング素子２０６を非導通状態にしているが、スイッチング素子２０６を導通状態にしてもよい。スイッチング素子２０６を導通状態にした場合、第３コンデンサ２０４は、第２充電電源２０１および第３充電電源２０３によって充電されるので、第３コンデンサ２０４の充電電圧は、第２コンデンサ２０２の充電電圧以上の値となる。   In the electromagnet power supply devices 1A to 1D according to the first to fourth embodiments, the switching control unit 301 sets the switching element 206 in a non-conductive state during the preparation phase. Also good. When the switching element 206 is turned on, the third capacitor 204 is charged by the second charging power source 201 and the third charging power source 203, so that the charging voltage of the third capacitor 204 is equal to or higher than the charging voltage of the second capacitor 202. It becomes the value of.

上記第１〜第４実施形態に係る電磁石用電源装置１Ａ〜１Ｄでは、回路構成をより簡素化させる場合、スイッチング素子２０６を省略することができる。   In the electromagnet power supply devices 1A to 1D according to the first to fourth embodiments, the switching element 206 can be omitted when the circuit configuration is further simplified.

上記第１および第２実施形態では、第１電流源１００Ａがスイッチング素子１３１およびダイオード１３２を備えているが、スイッチング素子１３１およびダイオード１３２は、第２電流源２００Ａ、２００Ｂに備えられていてもよい。同様に、上記第３および第４実施形態では、第１電流源１００Ｂがダイオード１４０を備えているが、ダイオード１４０は、第２電流源２００Ａ、２００Ｂに備えられていてもよい。   In the first and second embodiments, the first current source 100A includes the switching element 131 and the diode 132. However, the switching element 131 and the diode 132 may be included in the second current sources 200A and 200B. . Similarly, in the third and fourth embodiments, the first current source 100B includes the diode 140, but the diode 140 may be included in the second current sources 200A and 200B.

上記各実施形態では、異なる電圧で予め充電された２つのコンデンサ（第２コンデンサ２０２、第３コンデンサ２０４）の放電電流により電磁石電流Ｉの頂部における電流値を一定に維持したが、コンデンサの数を３つ以上にしてもよい。また、電磁石４００に供給する電磁石電流Ｉの頂部における変動をある程度許容できるのであれば、コンデンサの数を１つにしてもよい。すなわち、第２電流源２００Ａ、２００Ｂは、第１コンデンサ１０２に対して並列となるように出力部１１０に接続された第２コンデンサ２０２を含む１以上のコンデンサを備えていればよい。   In each of the above embodiments, the current value at the top of the electromagnet current I is kept constant by the discharge currents of two capacitors (second capacitor 202 and third capacitor 204) precharged with different voltages. Three or more may be used. Further, if the fluctuation at the top of the electromagnet current I supplied to the electromagnet 400 can be allowed to some extent, the number of capacitors may be one. In other words, the second current sources 200 </ b> A and 200 </ b> B only need to include one or more capacitors including the second capacitor 202 connected to the output unit 110 so as to be in parallel with the first capacitor 102.

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 電磁石用電源装置
１００Ａ、１００Ｂ 第１電流源
１０１ 第１充電電源
１０２ 第１コンデンサ
１０３、１３１、２０６ スイッチング素子
１０４ ダイオード
１０５、１１５、１１６、１３３、２０７ 駆動回路
１１０ 出力部
１１１ 第１スイッチング素子
１１２ 第２スイッチング素子（ダイオード）
１１３ 第３スイッチング素子
１１４ 第４スイッチング素子（ダイオード）
１２０ 逆電圧保護ダイオード（電圧規制手段）
１３２、１４０ ダイオード（電流規制手段）
２００Ａ、２００Ｂ 第２電流源
２０１ 第２充電電源
２０２ 第２コンデンサ
２０３ 第３充電電源
２０４ 第３コンデンサ
２０５ 整流素子
３０１ スイッチング制御部（制御部）
３０２ 充電制御部
４００ 電磁石 1A, 1B, 1C, 1D Electromagnet power supply apparatus 100A, 100B First current source 101 First charging power supply 102 First capacitor 103, 131, 206 Switching element 104 Diode 105, 115, 116, 133, 207 Drive circuit 110 Output section 111 1st switching element 112 2nd switching element (diode)
113 3rd switching element 114 4th switching element (diode)
120 Reverse voltage protection diode (voltage regulating means)
132, 140 Diode (current regulating means)
200A, 200B Second current source 201 Second charging power source 202 Second capacitor 203 Third charging power source 204 Third capacitor 205 Rectifier element 301 Switching control unit (control unit)
302 Charge Control Unit 400 Electromagnet

Claims (4)

電磁石にパルス状電流を供給する電磁石用電源装置であって、
出力部および前記出力部に接続された第１コンデンサを備え、第１電圧で充電された前記第１コンデンサの第１放電電流を前記出力部を介して前記電磁石に供給することにより前記パルス状電流を頂部まで立ち上げる機能と、前記電磁石の逆起電圧による回生電流を前記出力部を介して前記第１コンデンサに回生させることにより前記パルス状電流を前記頂部から立ち下げる機能と、を有する第１電流源と、
前記第１コンデンサに対して並列となるように前記出力部に接続された第２コンデンサを含む１以上のコンデンサを備え、前記第１電圧よりも低い第２電圧で充電された前記第２コンデンサの第２放電電流を前記出力部を介して前記電磁石に供給することにより、立ち上げ後の前記パルス状電流を前記頂部において維持する機能を有する第２電流源と、
を備え、
前記第１電流源は、前記第１コンデンサに逆電圧が印加されるのを規制する電圧規制手段を備えた
ことを特徴とする電磁石用電源装置。 An electromagnet power supply device for supplying a pulsed current to an electromagnet,
An output unit and a first capacitor connected to the output unit, wherein the pulsed current is supplied to the electromagnet through the output unit with a first discharge current of the first capacitor charged with a first voltage. And a function of lowering the pulsed current from the top by causing the first capacitor to regenerate a regenerative current due to the back electromotive force of the electromagnet through the output unit. A current source;
One or more capacitors including a second capacitor connected to the output unit so as to be in parallel with the first capacitor, and the second capacitor charged with a second voltage lower than the first voltage. A second current source having a function of maintaining the pulsed current after startup at the top by supplying a second discharge current to the electromagnet through the output unit;
Equipped with a,
The electromagnet power supply apparatus, wherein the first current source includes voltage regulating means for regulating application of a reverse voltage to the first capacitor . 前記第２電流源は、前記第１コンデンサに対して並列となるように前記出力部に接続された第３コンデンサをさらに備え、前記第２放電電流および前記第２電圧以下の第３電圧で充電された前記第３コンデンサの第３放電電流を前記出力部を介して前記電磁石に供給することにより、立ち上げ後の前記パルス状電流を前記頂部において維持する
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁石用電源装置。 The second current source further includes a third capacitor connected to the output unit so as to be in parallel with the first capacitor, and is charged with the second discharge current and a third voltage lower than the second voltage. by supplying the electromagnet has been a third discharge current of said third capacitor via the output unit, wherein the pulsed current after startup to claim 1, characterized in that maintaining in said top Power supply for electromagnets. 前記第２コンデンサおよび前記第３コンデンサと前記出力部とを接続する経路に介装されたスイッチ手段と、
前記スイッチ手段を制御する制御部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記パルス状電流の立ち下げの途中で前記スイッチ手段を導通状態にすることにより、前記回生電流を少なくとも前記第２コンデンサに回生させる
ことを特徴とする請求項２に記載の電磁石用電源装置。 Switch means interposed in a path connecting the second capacitor and the third capacitor and the output unit;
A control unit for controlling the switch means;
Further comprising
3. The electromagnet according to claim 2 , wherein the control unit regenerates the regenerative current in at least the second capacitor by setting the switch unit in a conductive state during the fall of the pulsed current. Power supply. 前記第２コンデンサおよび前記第３コンデンサと前記出力部とを接続する経路に介装された電流規制手段を有し、
前記電流規制手段は、前記出力部から前記第２コンデンサおよび前記第３コンデンサに向かって流れる電流を規制する
ことを特徴とする請求項２または３に記載の電磁石用電源装置。 Current regulating means interposed in a path connecting the second capacitor and the third capacitor and the output unit;
It said current regulating means, an electromagnet power supply device according to claim 2 or 3, characterized in that for regulating the current flowing in the second capacitor and the third capacitor from the output unit.
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