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JP7761982B2 - electromagnetic power supply - Google Patents
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JP7761982B2 - electromagnetic power supply - Google Patents

electromagnetic power supply

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JP7761982B2 JP2022086625A JP2022086625A JP7761982B2 JP 7761982 B2 JP7761982 B2 JP 7761982B2 JP 2022086625 A JP2022086625 A JP 2022086625A JP 2022086625 A JP2022086625 A JP 2022086625A JP 7761982 B2 JP7761982 B2 JP 7761982B2
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Description

本発明の実施形態は、電磁石電源装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to an electromagnetic power supply device.

ステップ状に変化する電流パターンに応じた電流を電磁石に供給する電圧形電力変換装置の電磁石電源装置が知られている。こうした電磁石電源装置において、2つのチョッパ回路を直列に接続することが行われている。一方のチョッパ回路は、電流指令値がステップ状に変化する期間に動作する。このチョッパ回路は、例えば、フォーシング回路などと呼ばれる。他方のチョッパ回路は、電流指令値が一定の期間に動作する。このチョッパ回路は、例えば、フラット維持回路などと呼ばれる。 Electromagnet power supplies for voltage-source power conversion devices are known that supply an electromagnet with a current that corresponds to a current pattern that changes in a stepwise manner. In such electromagnet power supplies, two chopper circuits are connected in series. One chopper circuit operates during the period when the current command value changes in a stepwise manner. This chopper circuit is called, for example, a forcing circuit. The other chopper circuit operates during the period when the current command value is constant. This chopper circuit is called, for example, a flat maintenance circuit.

このように、直列に接続された2つのチョッパ回路を設けることにより、電流指令値の変化に対する負荷電流の高い応答性を得ることができるとともに、一定の電流指令値に対して負荷電流を高精度に制御することができる。こうした電磁石電源装置は、例えば、医療用のスキャニング電磁石などに用いられる。 In this way, by providing two chopper circuits connected in series, it is possible to obtain high responsiveness of the load current to changes in the current command value, and to control the load current with high precision relative to a constant current command value. Such electromagnet power supply units are used, for example, in medical scanning electromagnets.

フォーシング回路は、電流指令値がステップ状に変化する期間の時に、電圧を出力する出力動作を行い、電流指令値が一定の期間の時に、出力側を導通(バイパス)させて電圧の出力を停止する停止動作を行う。 The forcing circuit performs an output operation to output voltage during the period when the current command value changes in a step-like manner, and performs a stopping operation to stop voltage output by making the output side conductive (bypass) during the period when the current command value remains constant.

フォーシング回路は、目標電流値と現在の出力電流値との差分を表す電流偏差が、閾値以下となった際に、出力動作から停止動作に切り替える。この際、電流偏差のサンプリング時間に起因するジッターなどにより、フォーシング回路の出力動作から停止動作への切り替えのタイミングが安定せず、電磁石に供給する出力電流の安定性が低下してしまう可能性がある。 The forcing circuit switches from output operation to stopping operation when the current deviation, which represents the difference between the target current value and the current output current value, falls below a threshold. At this time, jitter caused by the sampling time of the current deviation can cause the timing of the forcing circuit's switch from output operation to stopping operation to be unstable, which could reduce the stability of the output current supplied to the electromagnet.

このため、電磁石電源装置では、出力電流の安定性をより向上できるようにすることが望まれる。 For this reason, it is desirable to further improve the stability of the output current in electromagnetic power supplies.

特開平1-279311号公報Japanese Patent Application Publication No. 1-279311

本発明の実施形態は、出力電流の安定性をより向上できる電磁石電源装置を提供する。 Embodiments of the present invention provide an electromagnetic power supply device that can further improve the stability of the output current.

本発明の実施形態によれば、電磁石と接続され、ステップ状に変化する電流パターンに応じた電流を前記電磁石に供給する主回路部と、前記電磁石に流れる電流を検出する電流検出器と、前記電流パターンの入力を受け、入力された前記電流パターンと、前記電流検出器の検出結果と、を基に、前記主回路部の動作を制御する制御部と、を備え、前記主回路部は、前記電流パターンがステップ状に変化する期間に動作するフォーシング回路と、前記フォーシング回路と直列に接続され、前記電流パターンが一定の期間に動作するフラット維持回路と、を有し、前記制御部は、前記電流パターンがステップ状に変化する期間の時に、電圧を出力する出力動作を前記フォーシング回路に行わせるとともに、前記電流パターンが一定の期間の時に、出力側を導通させて前記電圧の出力を停止する停止動作を前記フォーシング回路に行わせ、前記電流パターンの表す目標電流値と前記電流検出器によって検出された現在の出力電流値との差分を表す電流偏差の現在値を所定のサンプリング周期で取得し、前記電流偏差の現在値を取得する毎に、前記電流偏差の現在値と、所定の閾値と、前記電流偏差の変化率と、を基に、前記電流偏差の前記所定の閾値への到達時間を計算し、前記フォーシング回路に前記出力動作を行わせた後、次の前記電流偏差の現在値の取得までに前記電流偏差が前記所定の閾値に到達する場合に、前記電流偏差の現在値の取得のタイミングから計算した前記到達時間の経過したタイミングにおいて、前記フォーシング回路を前記出力動作から前記停止動作に切り替える電磁石電源装置が提供される。 According to an embodiment of the present invention, there is provided a main circuit section connected to an electromagnet and supplying a current to the electromagnet according to a current pattern that changes stepwise, a current detector that detects the current flowing through the electromagnet, and a control section that receives an input of the current pattern and controls the operation of the main circuit section based on the input current pattern and the detection result of the current detector, wherein the main circuit section has a forcing circuit that operates during a period when the current pattern changes stepwise, and a flat maintaining circuit that is connected in series with the forcing circuit and operates during a period when the current pattern is constant, and the control section causes the forcing circuit to perform an output operation that outputs a voltage during a period when the current pattern changes stepwise, and causes the output side to be conductive during a period when the current pattern is constant. and causes the forcing circuit to perform a stopping operation to stop output of the voltage by switching the current pattern to a target current value , acquires a current deviation representing the difference between a target current value represented by the current pattern and the current output current value detected by the current detector at a predetermined sampling period, calculates a time for the current deviation to reach the predetermined threshold based on the current value of the current deviation, a predetermined threshold, and a rate of change of the current deviation each time the current value of the current deviation is acquired, and after causing the forcing circuit to perform the output operation, if the current deviation reaches the predetermined threshold before the next acquisition of the current value of the current deviation, switches the forcing circuit from the output operation to the stopping operation at a timing when the arrival time calculated from the timing of acquisition of the current value of the current deviation has elapsed .

本発明の実施形態によれば、出力電流の安定性をより向上できる電磁石電源装置が提供される。 Embodiments of the present invention provide an electromagnetic power supply device that can further improve the stability of the output current.

実施形態に係る電磁石電源装置を模式的に表す回路図である。1 is a circuit diagram schematically illustrating an electromagnetic power supply device according to an embodiment. 主回路部を模式的に表す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram schematically illustrating a main circuit section. 図3(a)及び図3(b)は、制御部の動作の一例を模式的に表すグラフである。3A and 3B are graphs that schematically show an example of the operation of the control unit. 制御部の動作の一例を模式的に表すグラフである。10 is a graph schematically illustrating an example of the operation of the control unit. 制御部の動作の一例を模式的に表すグラフである。10 is a graph schematically illustrating an example of the operation of the control unit. 制御部の参考の動作の一例を模式的に表すグラフである。10 is a graph schematically showing an example of a reference operation of a control unit.

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Each embodiment will be described below with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between parts, etc. are not necessarily the same as those in reality. Furthermore, even when the same part is shown, the dimensions and ratios may be different depending on the drawing.
In the present specification and the drawings, elements similar to those described above with reference to the previous drawings are designated by the same reference numerals, and detailed descriptions thereof will be omitted as appropriate.

図1は、実施形態に係る電磁石電源装置を模式的に表す回路図である。
図1に表したように、電磁石電源装置10は、主回路部12と、制御部14と、を備える。主回路部12は、負荷である電磁石2と接続され、ステップ状に変化する電流パターンに応じた電流を電磁石2に供給する。主回路部12は、電流の供給により、電磁石2を動作させる。主回路部12は、例えば、電圧形の電力変換装置である。制御部14は、主回路部12の動作を制御する。制御部14は、より詳しくは、主回路部12による電磁石2への電流の供給の動作を制御する。
FIG. 1 is a circuit diagram that schematically illustrates an electromagnetic power supply device according to an embodiment.
As shown in Fig. 1, the electromagnet power supply device 10 includes a main circuit unit 12 and a control unit 14. The main circuit unit 12 is connected to an electromagnet 2, which is a load, and supplies a current to the electromagnet 2 according to a current pattern that changes stepwise. The main circuit unit 12 operates the electromagnet 2 by supplying the current. The main circuit unit 12 is, for example, a voltage-type power conversion device. The control unit 14 controls the operation of the main circuit unit 12. More specifically, the control unit 14 controls the operation of the main circuit unit 12 to supply current to the electromagnet 2.

主回路部12は、フォーシング回路16と、フラット維持回路18と、を有する。フラット維持回路18は、フォーシング回路16と直列に接続されている。フォーシング回路16は、電流パターン(電流指令値)がステップ状に変化する期間に動作する。フラット維持回路18は、電流パターン(電流指令値)が一定の期間に動作する。 The main circuit section 12 has a forcing circuit 16 and a flat maintenance circuit 18. The flat maintenance circuit 18 is connected in series with the forcing circuit 16. The forcing circuit 16 operates during periods when the current pattern (current command value) changes stepwise. The flat maintenance circuit 18 operates during periods when the current pattern (current command value) is constant.

フォーシング回路16の出力側には、例えば、リアクトル21、22が設けられる。フラット維持回路18の出力側には、例えば、リアクトル23、24が設けられる。リアクトル21~24は、例えば、リプル平滑用のリアクトルである。フラット維持回路18は、例えば、リアクトル22、23を介してフォーシング回路16と直列に接続される。フォーシング回路16及びフラット維持回路18(主回路部12)は、リアクトル21、24を介して電磁石2と接続される。 For example, reactors 21 and 22 are provided on the output side of the forcing circuit 16. For example, reactors 23 and 24 are provided on the output side of the flat maintenance circuit 18. Reactors 21 to 24 are, for example, reactors for smoothing ripple. The flat maintenance circuit 18 is connected in series with the forcing circuit 16 via reactors 22 and 23, for example. The forcing circuit 16 and flat maintenance circuit 18 (main circuit section 12) are connected to the electromagnet 2 via reactors 21 and 24.

電磁石電源装置10は、例えば、直流電源30と、直流電源40と、をさらに備える。フォーシング回路16は、負荷である電磁石2と接続されるとともに、直流電源30と接続されている。フォーシング回路16は、直流電源30から供給された直流電圧の電磁石2への供給、及び供給の停止を切り替えることにより、電磁石2に供給する電流をステップ状に変化させる動作を行う。主回路部12から電磁石2に供給する電流は、フォーシング回路16が直流電圧を出力している状態の時に、ステップ状に変化する。 The electromagnet power supply device 10 further includes, for example, a DC power supply 30 and a DC power supply 40. The forcing circuit 16 is connected to the electromagnet 2, which is a load, and also to the DC power supply 30. The forcing circuit 16 operates to change the current supplied to the electromagnet 2 in a step-like manner by switching between supplying and stopping the DC voltage supplied from the DC power supply 30 to the electromagnet 2. The current supplied from the main circuit unit 12 to the electromagnet 2 changes in a step-like manner when the forcing circuit 16 is outputting a DC voltage.

直流電源30は、例えば、変圧器31と、整流器32と、リアクトル33と、コンデンサ34と、を有する。整流器32は、変圧器31を介して交流電源4と接続されている。整流器32は、交流電源4から供給された交流電力を整流し、整流電力に変換する。リアクトル33及びコンデンサ34は、整流器32によって変換された整流電力を平滑化し、直流電力に変換する。これにより、直流電源30は、直流電力をフォーシング回路16に供給する。 The DC power supply 30 includes, for example, a transformer 31, a rectifier 32, a reactor 33, and a capacitor 34. The rectifier 32 is connected to the AC power supply 4 via the transformer 31. The rectifier 32 rectifies the AC power supplied from the AC power supply 4 and converts it into rectified power. The reactor 33 and capacitor 34 smooth the rectified power converted by the rectifier 32 and convert it into DC power. In this way, the DC power supply 30 supplies DC power to the forcing circuit 16.

フラット維持回路18は、負荷である電磁石2と接続されるとともに、直流電源40と接続されている。フラット維持回路18は、直流電源40から供給された直流電圧の電磁石2への供給、及び供給の停止を切り替えることにより、電磁石2に供給する電流を電流パターンの表す電流指令値に応じた一定の電流となるように制御する。 The flat maintenance circuit 18 is connected to the electromagnet 2, which serves as a load, and also to a DC power supply 40. The flat maintenance circuit 18 controls the current supplied to the electromagnet 2 to be a constant current according to the current command value represented by the current pattern by switching between supplying and stopping the DC voltage supplied from the DC power supply 40 to the electromagnet 2.

直流電源40は、例えば、変圧器41と、整流器42と、リアクトル43と、コンデンサ44と、を有する。直流電源40の構成は、直流電源30の構成と同様であるから、詳細な説明は省略する。これにより、直流電源40は、直流電力をフラット維持回路18に供給する。 The DC power supply 40 includes, for example, a transformer 41, a rectifier 42, a reactor 43, and a capacitor 44. The configuration of the DC power supply 40 is similar to that of the DC power supply 30, so a detailed description will be omitted. As a result, the DC power supply 40 supplies DC power to the flat maintenance circuit 18.

なお、直流電源30、40の構成は、上記に限ることなく、フォーシング回路16及びフラット維持回路18に直流電力を供給可能な任意の構成でよい。また、電磁石電源装置10は、必ずしも直流電源30、40を備えなくてもよい。フォーシング回路16及びフラット維持回路18は、外部の直流電源から直流電力の供給を受けてもよい。 The configuration of the DC power supplies 30, 40 is not limited to the above, and any configuration that can supply DC power to the forcing circuit 16 and the flat maintenance circuit 18 may be used. Furthermore, the electromagnet power supply device 10 does not necessarily have to include the DC power supplies 30, 40. The forcing circuit 16 and the flat maintenance circuit 18 may receive DC power from an external DC power supply.

図2は、主回路部を模式的に表す回路図である。
図2に表したように、フォーシング回路16は、フルブリッジ接続された4つのスイッチング素子50a~50dと、4つのスイッチング素子50a~50dのそれぞれに逆並列に接続された4つの整流素子52a~52dと、を有する。
FIG. 2 is a circuit diagram schematically showing the main circuit section.
As shown in FIG. 2, the forcing circuit 16 has four full-bridge-connected switching elements 50a to 50d and four rectifying elements 52a to 52d connected in anti-parallel to the four switching elements 50a to 50d, respectively.

同様に、フラット維持回路18は、フルブリッジ接続された4つのスイッチング素子54a~54dと、4つのスイッチング素子54a~54dのそれぞれに逆並列に接続された4つの整流素子56a~56dと、を有する。 Similarly, the flat maintenance circuit 18 has four full-bridge-connected switching elements 54a-54d and four rectifying elements 56a-56d connected in anti-parallel to each of the four switching elements 54a-54d.

フォーシング回路16及びフラット維持回路18は、換言すれば、チョッパ回路である。フォーシング回路16は、換言すれば、第1チョッパ回路であり、フラット維持回路18は、換言すれば、第2チョッパ回路である。 The forcing circuit 16 and the flat maintenance circuit 18 are, in other words, chopper circuits. The forcing circuit 16 is, in other words, the first chopper circuit, and the flat maintenance circuit 18 is, in other words, the second chopper circuit.

フォーシング回路16では、上側(ハイサイド側)のスイッチング素子50aと、下側(ローサイド側)のスイッチング素子50cと、の接続点、及び上側のスイッチング素子50bと、下側のスイッチング素子50dと、の接続点が、それぞれ一対の出力点16a、16bとなる。同様に、フラット維持回路18では、上側のスイッチング素子54aと、下側のスイッチング素子54cと、の接続点、及び上側のスイッチング素子54bと、下側のスイッチング素子54dと、の接続点が、それぞれ一対の出力点18a、18bとなる。 In the forcing circuit 16, the connection point between the upper (high-side) switching element 50a and the lower (low-side) switching element 50c, and the connection point between the upper switching element 50b and the lower switching element 50d, respectively, form a pair of output points 16a and 16b. Similarly, in the flat maintenance circuit 18, the connection point between the upper switching element 54a and the lower switching element 54c, and the connection point between the upper switching element 54b and the lower switching element 54d, respectively, form a pair of output points 18a and 18b.

フラット維持回路18の出力点18aは、リアクトル22、23を介してフォーシング回路16の出力点16bと接続される。これにより、フラット維持回路18の出力側が、フォーシング回路16の出力側と直列に接続される。フォーシング回路16の出力点16aは、リアクトル21を介して電磁石2の一端と接続される。フラット維持回路18の出力点18bは、リアクトル24を介して電磁石2の他端と接続される。これにより、直列に接続されたフォーシング回路16及びフラット維持回路18の出力側が、電磁石2と接続され、フォーシング回路16及びフラット維持回路18から出力された電力が、電磁石2に供給される。 Output point 18a of flat maintenance circuit 18 is connected to output point 16b of forcing circuit 16 via reactors 22 and 23. This connects the output side of flat maintenance circuit 18 in series with the output side of forcing circuit 16. Output point 16a of forcing circuit 16 is connected to one end of electromagnet 2 via reactor 21. Output point 18b of flat maintenance circuit 18 is connected to the other end of electromagnet 2 via reactor 24. This connects the output sides of forcing circuit 16 and flat maintenance circuit 18, which are connected in series, with electromagnet 2, and power output from forcing circuit 16 and flat maintenance circuit 18 is supplied to electromagnet 2.

各スイッチング素子50a~50d、54a~54dは、一対の主端子と、制御端子と、を有する。各スイッチング素子50a~50d、54a~54dは、制御端子に入力された電圧に応じて、一対の主端子間に電流を流すオン状態と、一対の主端子間に流れる電流を遮断するオフ状態と、を切り替える。なお、オフ状態は、主端子間に流れる電流を完全に遮断する状態に限ることなく、主回路部12の動作に影響が無い範囲の微弱な電流が主端子間に流れる状態でもよい。オン状態は、換言すれば、主端子間に電流が流れる第1状態であり、オフ状態は、換言すれば、主端子間に電流が流れる第1状態よりも小さい第2状態である。 Each switching element 50a-50d, 54a-54d has a pair of main terminals and a control terminal. Depending on the voltage input to the control terminal, each switching element 50a-50d, 54a-54d switches between an ON state, in which current flows between the pair of main terminals, and an OFF state, in which current is blocked between the pair of main terminals. The OFF state does not necessarily have to be a state in which current flow between the main terminals is completely blocked, but may also be a state in which a weak current flows between the main terminals to the extent that it does not affect the operation of the main circuit unit 12. The ON state is, in other words, a first state in which current flows between the main terminals, and the OFF state is, in other words, a second state in which current flows between the main terminals in a smaller amount than in the first state.

各スイッチング素子50a~50d、54a~54dには、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの自励式の半導体スイッチング素子が用いられる。但し、各スイッチング素子50a~50d、54a~54dは、これに限ることなく、オン状態及びオフ状態の切り替えを制御可能な任意のスイッチング素子でよい。 Each of the switching elements 50a-50d, 54a-54d is a self-excited semiconductor switching element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). However, the switching elements 50a-50d, 54a-54d are not limited to this and may be any switching element that can be controlled to switch between an on state and an off state.

フルブリッジ回路のフォーシング回路16及びフラット維持回路18では、各スイッチング素子50a~50d、54a~54dのスイッチングにより、電磁石2に供給する電流の向きを制御することができる。但し、フォーシング回路16及びフラット維持回路18の構成は、上記に限ることなく、電磁石2に対してステップ状に変化する電流パターンに応じた電流を適切に供給することが可能な任意の構成でよい。 In the forcing circuit 16 and flat maintenance circuit 18 of the full-bridge circuit, the direction of the current supplied to the electromagnet 2 can be controlled by switching each of the switching elements 50a-50d, 54a-54d. However, the configuration of the forcing circuit 16 and flat maintenance circuit 18 is not limited to the above, and any configuration can be used that can appropriately supply current to the electromagnet 2 in accordance with the step-like changing current pattern.

制御部14は、各スイッチング素子50a~50d、54a~54dのそれぞれの制御端子と接続され、各スイッチング素子50a~50d、54a~54dのそれぞれのオン状態及びオフ状態の切り替えを制御することにより、フォーシング回路16及びフラット維持回路18の動作を制御する。 The control unit 14 is connected to the control terminals of each of the switching elements 50a-50d, 54a-54d, and controls the operation of the forcing circuit 16 and the flat maintenance circuit 18 by controlling the switching between the on and off states of each of the switching elements 50a-50d, 54a-54d.

制御部14は、フォーシング回路16の各スイッチング素子50a~50dのそれぞれのオン状態及びオフ状態の切り替えを制御することにより、電磁石2に供給する電流をステップ状に変化させる動作を制御する。 The control unit 14 controls the switching between the on and off states of each of the switching elements 50a to 50d in the forcing circuit 16, thereby controlling the operation of changing the current supplied to the electromagnet 2 in a stepwise manner.

また、制御部14は、電流パターンがステップ状に変化する期間の時に、電圧を出力する出力動作をフォーシング回路16に行わせるとともに、電流パターンが一定の期間の時に、出力側を導通(バイパス)させて電圧の出力を停止する停止動作をフォーシング回路16に行わせる。出力動作は、換言すれば、フォーシング動作である。 In addition, the control unit 14 causes the forcing circuit 16 to perform an output operation that outputs a voltage during a period in which the current pattern changes stepwise, and also causes the forcing circuit 16 to perform a stop operation that stops the voltage output by making the output side conductive (bypass) during a period in which the current pattern is constant. The output operation is, in other words, a forcing operation.

この例では、上側のスイッチング素子50a、50bをオン状態とし、下側のスイッチング素子50c、50dをオフ状態とするか、反対に、上側のスイッチング素子50a、50bをオフ状態とし、下側のスイッチング素子50c、50dをオン状態とすることにより、一対の出力点16a、16bの間を導通させた状態とすることができる。 In this example, the pair of output points 16a, 16b can be brought into a conductive state by turning on the upper switching elements 50a, 50b and turning off the lower switching elements 50c, 50d, or conversely, turning off the upper switching elements 50a, 50b and turning on the lower switching elements 50c, 50d.

制御部14は、フラット維持回路18の各スイッチング素子54a~54dのそれぞれのオン状態及びオフ状態の切り替えを制御することにより、電流パターンが一定の期間の時に、電磁石2に供給する電流を電流パターンに応じた一定の電流となるように制御する。制御部14は、例えば、各スイッチング素子54a~54dのそれぞれのオン状態及びオフ状態を高速に切り替えることにより、電磁石2に供給する電流を電流パターンに応じた一定の電流となるように制御する。制御部14は、例えば、フラット維持回路18に対してACR(Auto Current Regulator)制御を行うことにより、電磁石2に供給する電流を電流パターンに応じた一定の電流となるように制御する。 The control unit 14 controls the on/off switching of each of the switching elements 54a-54d of the flat maintenance circuit 18, thereby controlling the current supplied to the electromagnet 2 to be a constant current corresponding to the current pattern when the current pattern is for a fixed period. The control unit 14 controls the current supplied to the electromagnet 2 to be a constant current corresponding to the current pattern, for example, by quickly switching the on/off states of each of the switching elements 54a-54d. The control unit 14 controls the current supplied to the electromagnet 2 to be a constant current corresponding to the current pattern, for example, by performing ACR (Auto Current Regulator) control on the flat maintenance circuit 18.

図1に表したように、電磁石電源装置10は、電流検出器60をさらに備える。電流検出器60は、電磁石2に流れる電流を検出し、検出結果を制御部14に入力する。 As shown in FIG. 1, the electromagnet power supply device 10 further includes a current detector 60. The current detector 60 detects the current flowing through the electromagnet 2 and inputs the detection result to the control unit 14.

図3(a)及び図3(b)は、制御部の動作の一例を模式的に表すグラフである。
図3(a)は、制御部14に入力される電流パターンの一例、及び主回路部12から電磁石2に供給される出力電流の一例を模式的に表している。図3(b)は、図3(a)の破線で囲んだ部分を拡大して表している。
3A and 3B are graphs that schematically show an example of the operation of the control unit.
Fig. 3(a) schematically shows an example of a current pattern input to the control unit 14 and an example of an output current supplied from the main circuit unit 12 to the electromagnet 2. Fig. 3(b) shows an enlarged view of the area surrounded by the dashed line in Fig. 3(a).

図3(a)及び図3(b)に表したように、制御部14には、ステップ状に変化する電流パターンが入力される。電流パターンは、例えば、上位のコントローラなどから通信を介して制御部14に随時入力される。換言すれば、制御部14は、上位のコントローラなどの外部機器と通信を行うことにより、外部機器から電流パターンの入力を受ける。電流パターンは、換言すれば、電磁石2に供給する電流の大きさを表す電流指令値である。制御部14は、換言すれば、外部機器と通信を行うことにより、外部機器から電流指令値の入力を受ける。 As shown in Figures 3(a) and 3(b), a current pattern that changes stepwise is input to the control unit 14. The current pattern is input to the control unit 14 as needed, for example, from a higher-level controller via communication. In other words, the control unit 14 receives the current pattern input from an external device such as a higher-level controller by communicating with the external device. The current pattern is, in other words, a current command value that indicates the magnitude of the current to be supplied to the electromagnet 2. In other words, the control unit 14 receives the current command value input from the external device by communicating with the external device.

電流パターン(電流指令値)は、例えば、制御部14に予め入力しておき、制御部14の記憶部や、制御部14に接続された別の記憶部などに記憶させておいてもよい。制御部14への電流パターンの入力方法は、上記に限ることなく、制御部14に対して電流パターンを適切に入力可能な任意の方法でよい。 The current pattern (current command value) may be input to the control unit 14 in advance and stored in a memory unit of the control unit 14 or in another memory unit connected to the control unit 14, for example. The method of inputting the current pattern to the control unit 14 is not limited to the above, and any method that can appropriately input the current pattern to the control unit 14 may be used.

制御部14は、入力された電流パターンと、電流検出器60の検出結果と、を基に、主回路部12(フォーシング回路16及びフラット維持回路18)の動作を制御する。 The control unit 14 controls the operation of the main circuit unit 12 (forcing circuit 16 and flat maintenance circuit 18) based on the input current pattern and the detection results of the current detector 60.

制御部14は、電流パターンが一定の期間においては、出力側を導通させる停止動作をフォーシング回路16に行わせるとともに、電流検出器60の検出結果を基に、電磁石2に供給する電流が電流パターンに応じた一定の電流となるように、フラット維持回路18の動作を制御する。 The control unit 14 causes the forcing circuit 16 to perform a stop operation to turn on the output side during periods when the current pattern is constant, and controls the operation of the flat maintenance circuit 18 based on the detection results of the current detector 60 so that the current supplied to the electromagnet 2 is a constant current according to the current pattern.

図3(a)に表したように、電磁石2に供給する電流の極性を変化させる場合、制御部14は、電磁石2に対して正の極性の電流を供給する場合と、電磁石2に対して負の極性の電流を供給する場合と、で、フラット維持回路18から出力する電圧の極性を変化させる。 As shown in Figure 3(a), when changing the polarity of the current supplied to the electromagnet 2, the control unit 14 changes the polarity of the voltage output from the flat maintenance circuit 18 depending on whether a positive polarity current is supplied to the electromagnet 2 or a negative polarity current is supplied to the electromagnet 2.

図4は、制御部の動作の一例を模式的に表すグラフである。
図3(a)、図3(b)、及び図4に表したように、制御部14は、電流パターンがステップ状に変化した際に、電圧を出力する出力動作をフォーシング回路16に行わせる。制御部14は、電磁石2に供給する電流が電流パターンよりも低い場合と、電磁石2に供給する電流が電流パターンよりも高い場合と、で、フォーシング回路16から出力する電圧の極性を変化させる。制御部14は、例えば、電磁石2に対して供給している電流が電流パターンよりも低く、電磁石2に供給する電流を目標電流値に向けて上昇させる場合に、フォーシング回路16から正の極性の電圧を出力させる。そして、制御部14は、例えば、電磁石2に対して供給している電流が電流パターンよりも高く、電磁石2に供給する電流を目標電流値に向けて低下させる場合に、フォーシング回路16から負の極性の電圧を出力させる。
FIG. 4 is a graph schematically showing an example of the operation of the control unit.
3A, 3B, and 4, the control unit 14 causes the forcing circuit 16 to perform an output operation to output a voltage when the current pattern changes stepwise. The control unit 14 changes the polarity of the voltage output from the forcing circuit 16 when the current supplied to the electromagnet 2 is lower than the current pattern and when the current supplied to the electromagnet 2 is higher than the current pattern. For example, when the current supplied to the electromagnet 2 is lower than the current pattern and the current supplied to the electromagnet 2 is to be increased toward a target current value, the control unit 14 causes the forcing circuit 16 to output a voltage of positive polarity. On the other hand, when the current supplied to the electromagnet 2 is higher than the current pattern and the current supplied to the electromagnet 2 is to be decreased toward a target current value, the control unit 14 causes the forcing circuit 16 to output a voltage of negative polarity.

なお、フォーシング回路16に出力動作を行わせる場合、フラット維持回路18は、電磁石2に供給する電流を一定に制御する動作を継続させてもよいし、出力側を導通させる停止動作を行わせてもよい。 When the forcing circuit 16 is caused to perform an output operation, the flat maintenance circuit 18 may continue to control the current supplied to the electromagnet 2 to a constant level, or may perform a stop operation to keep the output side conductive.

図3(b)及び図4では、フォーシング回路16に出力動作を行わせるフォーシングオン期間を矢線の(1)の期間、フラット維持回路18に電流を一定に制御する動作を行わせるフラット動作期間を矢線の(2)の期間で表している。なお、図3(b)では、電流パターンの変化のタイミングからフォーシング回路16を動作させるタイミングまでの応答遅れを考慮し、フォーシングオン期間の開始のタイミングを電流パターンの変化のタイミングよりも少し遅らせた状態で図示している。 In Figures 3(b) and 4, the forcing-on period during which the forcing circuit 16 performs output operation is represented by the period indicated by arrow (1), and the flat operation period during which the flat maintenance circuit 18 performs operation to control the current to a constant level is represented by the period indicated by arrow (2). Note that in Figure 3(b), the timing of the start of the forcing-on period is shown slightly delayed from the timing of the change in the current pattern, taking into account the response delay between the timing of the change in the current pattern and the timing of the operation of the forcing circuit 16.

制御部14は、フォーシング回路16に出力動作を行わせた後、電流パターンの表す目標電流値と電流検出器60によって検出された現在の出力電流値との差分を表す電流偏差が、所定の閾値に到達するタイミングで、フォーシング回路16を出力動作から停止動作に切り替える。換言すれば、制御部14は、電流偏差が所定の閾値に到達するタイミングで、フォーシングオン期間からフラット動作期間に切り替える。制御部14は、換言すれば、電磁石2に供給される電流が目標電流値に到達するタイミングで、フォーシング回路16を出力動作から停止動作に切り替える。 After causing the forcing circuit 16 to perform an output operation, the control unit 14 switches the forcing circuit 16 from an output operation to a stop operation when the current deviation, which represents the difference between the target current value represented by the current pattern and the current output current value detected by the current detector 60, reaches a predetermined threshold. In other words, the control unit 14 switches from the forcing-on period to the flat operation period when the current deviation reaches a predetermined threshold. In other words, the control unit 14 switches the forcing circuit 16 from an output operation to a stop operation when the current supplied to the electromagnet 2 reaches the target current value.

閾値は、目標電流値に応じて偏差0に設定してもよいし、フォーシング回路16の動作の遅れなどにともなう電流偏差のオーバーシュート(アンダーシュート)などを考慮し、早めに停止動作に切り替えるように設定してもよい。例えば、図4に表したように、フォーシング回路16を出力動作から停止動作に切り替える際に、電流偏差を所定の範囲内に収めることが求められる場合がある。所定の範囲は、例えば、定格電流値の±0.1%以内の範囲である。定格電流値とは、フォーシング回路16が出力動作を行った時に電磁石2に供給される電流である。このような場合には、電流偏差のオーバーシュートなどを考慮し、電流偏差が所定の範囲内に収まるように、閾値を適宜設定すればよい。 The threshold value may be set to zero deviation based on the target current value, or may be set to switch to a stopping operation early, taking into account overshoot (undershoot) of the current deviation due to delays in the operation of the forcing circuit 16. For example, as shown in Figure 4, when switching the forcing circuit 16 from output operation to stopping operation, it may be necessary to keep the current deviation within a specified range. The specified range is, for example, within ±0.1% of the rated current value. The rated current value is the current supplied to the electromagnet 2 when the forcing circuit 16 performs an output operation. In such cases, the threshold value may be set appropriately, taking into account overshoot of the current deviation, so that the current deviation falls within the specified range.

図5は、制御部の動作の一例を模式的に表すグラフである。
図5に表したように、制御部14は、所定のサンプリング周期で電流偏差の現在値を取得する。換言すれば、制御部14は、所定のサンプリング周期で電磁石2に流れる電流の検出値を電流検出器60から取得する。制御部14は、例えば、所定のサンプリング周期で電磁石2に流れる電流の検出値を電流検出器60から取得し、電流検出器60から電流の検出値を取得する毎に、電流の検出値と目標電流値との差分を計算することにより、所定のサンプリング周期で電流偏差の現在値を取得する。制御部14は、例えば、次の式により、電流偏差の現在値を計算する。
電流偏差の現在値=目標電流値-電流検出値
FIG. 5 is a graph schematically showing an example of the operation of the control unit.
5, the control unit 14 acquires the current deviation value at a predetermined sampling period. In other words, the control unit 14 acquires the detected value of the current flowing through the electromagnet 2 from the current detector 60 at a predetermined sampling period. The control unit 14 acquires the detected value of the current flowing through the electromagnet 2 from the current detector 60 at a predetermined sampling period, for example, and acquires the current deviation value at the predetermined sampling period by calculating the difference between the detected current value and the target current value each time the control unit 14 acquires the detected current value from the current detector 60. The control unit 14 calculates the current deviation value at the predetermined sampling period, for example, using the following formula:
Current deviation = target current value - detected current value

制御部14は、電流偏差の現在値を取得する毎に、電流偏差の現在値と、閾値と、電流偏差の変化率と、を基に、電流偏差の閾値への到達時間を計算する。制御部14は、例えば、次の式により、閾値到達時間を計算する。
閾値到達時間=(電流偏差の現在値-閾値)÷電流偏差の変化率
Each time the control unit 14 acquires the current deviation's current value, the control unit 14 calculates the time required for the current deviation to reach the threshold value based on the current deviation's current value, the threshold value, and the rate of change of the current deviation. The control unit 14 calculates the threshold value arrival time using, for example, the following formula.
Time to reach threshold = (current deviation current value - threshold) ÷ rate of change of current deviation

例えば、電流偏差の現在値が2Aで、閾値が1Aで、電流偏差の変化率が1A/μsであったとする。この場合、(2A-1A)÷1A/μs=1μsと閾値への到達時間を計算することができる。 For example, suppose the current current deviation is 2A, the threshold is 1A, and the rate of change of the current deviation is 1A/μs. In this case, the time to reach the threshold can be calculated as (2A - 1A) ÷ 1A/μs = 1μs.

なお、電流偏差の現在値は、電流パターンが増加する場合か減少する場合か、及び電磁石2に電流を供給する向き(電流の極性)に応じて符号が変化する可能性がある。このため、電流偏差の現在値は、より詳しくは、電流偏差の絶対値である。同様に、電流偏差の変化率も、電流パターンが増加する場合か減少する場合かによって、符号が変化する可能性がある。電流偏差の変化率は、より詳しくは、電流偏差の変化の傾きの絶対値である。 The sign of the current value of the current deviation may change depending on whether the current pattern is increasing or decreasing, and the direction in which current is supplied to electromagnet 2 (current polarity). Therefore, the current value of the current deviation is, more specifically, the absolute value of the current deviation. Similarly, the sign of the rate of change of the current deviation may also change depending on whether the current pattern is increasing or decreasing. More specifically, the rate of change of the current deviation is the absolute value of the slope of the change in the current deviation.

制御部14は、図5に表したように、フォーシング回路16に出力動作を行わせた後、次の電流偏差の現在値の取得までに電流偏差が所定の閾値に到達する場合に、電流偏差の現在値の取得のタイミングから計算した到達時間の経過したタイミングにおいて、フォーシング回路16を出力動作から停止動作に切り替える。 As shown in FIG. 5, after causing the forcing circuit 16 to perform an output operation, if the current deviation reaches a predetermined threshold before the next acquisition of the current value of the current deviation, the control unit 14 switches the forcing circuit 16 from an output operation to a stop operation at the timing when the arrival time calculated from the timing of acquisition of the current value of the current deviation has elapsed.

主回路部12から電磁石2に出力する出力電圧をV、主回路部12から電磁石2に出力する出力電流をi、電磁石2のインダクタンス成分をL、電磁石2の抵抗成分をR、電磁石2に出力する出力電流iの変化率をdi/dtとする時、出力電圧Vは、次の式で表すことができる。なお、フォーシング回路16が出力動作を行っている場合、出力電圧Vは、換言すれば、フォーシング回路16の出力電圧である。
V=L・di/dt+R・i
上記の式を変形させると、変化率di/dtは、次の式で表すことができる。すなわち、電流偏差の変化率は、次の式で求めることができる。
di/dt=(V-R・i)/L
When the output voltage output from the main circuit unit 12 to the electromagnet 2 is V, the output current output from the main circuit unit 12 to the electromagnet 2 is i, the inductance component of the electromagnet 2 is L, the resistance component of the electromagnet 2 is R, and the rate of change of the output current i output to the electromagnet 2 is di/dt, the output voltage V can be expressed by the following equation. Note that when the forcing circuit 16 is performing an output operation, the output voltage V is, in other words, the output voltage of the forcing circuit 16.
V=L・di/dt+R・i
By modifying the above equation, the rate of change di/dt can be expressed by the following equation: That is, the rate of change of the current deviation can be obtained by the following equation.
di/dt=(VR・i)/L

出力電圧V、出力電流i、インダクタンス成分L、及び抵抗成分Rは、電磁石電源装置10の設計値として取得可能である。従って、電流偏差の変化率は、上記の式によって予め計算した所定の値とすることができる。制御部14は、例えば、内部の記憶部、あるいは配線などを介して接続された外部の記憶部に、予め計算された電流偏差の変化率を記憶し、記憶した電流偏差の変化率を基に、閾値到達時間の計算を行う。 The output voltage V, output current i, inductance component L, and resistance component R can be obtained as design values for the electromagnet power supply unit 10. Therefore, the rate of change of the current deviation can be a predetermined value calculated in advance using the above formula. The control unit 14 stores the pre-calculated rate of change of the current deviation, for example, in an internal memory unit or an external memory unit connected via wiring, and calculates the threshold arrival time based on the stored rate of change of the current deviation.

このように、電流偏差の変化率は、フォーシング回路16の出力電圧に依存する。換言すれば、電流偏差の変化率は、直流電源30の出力電圧に依存する。電磁石電源装置10においては、フォーシングオン期間の時間(出力電流をステップ状に変化させる時間)が予め決められている場合がある。この場合、電流偏差の変化率は、予め決められたフォーシングオン期間の時間に応じて決定される。換言すれば、フォーシング回路16の出力電圧、及び直流電源30の出力電圧は、予め決められたフォーシングオン期間の時間に応じて決定される。フォーシングオン期間の時間は、例えば、励磁速度などと呼ばれる場合もある。 In this way, the rate of change of the current deviation depends on the output voltage of the forcing circuit 16. In other words, the rate of change of the current deviation depends on the output voltage of the DC power supply 30. In the electromagnetic power supply 10, the duration of the forcing-on period (the time during which the output current is changed in steps) may be predetermined. In this case, the rate of change of the current deviation is determined according to the duration of the predetermined forcing-on period. In other words, the output voltage of the forcing circuit 16 and the output voltage of the DC power supply 30 are determined according to the duration of the predetermined forcing-on period. The duration of the forcing-on period is sometimes referred to as, for example, the excitation speed.

なお、電流偏差の変化率は、例えば、前回の電流偏差の現在値、今回の電流偏差の現在値、及びサンプリング周期を基に、電流偏差の現在値を取得する毎に、計算によって求めてもよい。すなわち、電流偏差の変化率は、電流偏差の現在値を取得する毎に、次の式によって求めてもよい。
電流偏差の変化率=(前回の電流偏差の現在値-今回の電流偏差の現在値)/サンプリング周期
The rate of change of the current deviation may be calculated based on the previous current deviation value, the current current deviation value, and the sampling period, each time the current current deviation value is acquired. That is, the rate of change of the current deviation may be calculated using the following formula each time the current current deviation value is acquired.
Current deviation change rate = (current deviation value from previous time - current deviation value from this time) / sampling period

但し、電流検出器60によって検出する電流偏差の現在値には、計測誤差などにともなうノイズが重畳する可能性がある。このため、電流偏差の変化率は、出力電圧V、出力電流i、インダクタンス成分L、及び抵抗成分Rを基に予め計算した所定値とすることが好適である。これにより、例えば、計測誤差などの影響を抑制し、電流偏差の閾値への到達時間をより適切に計算することができる。さらには、制御部14の演算負荷を軽減させることもできる。 However, there is a possibility that noise due to measurement errors may be superimposed on the current value of the current deviation detected by the current detector 60. For this reason, it is preferable to set the rate of change of the current deviation to a predetermined value calculated in advance based on the output voltage V, output current i, inductance component L, and resistance component R. This makes it possible, for example, to suppress the effects of measurement errors and more appropriately calculate the time it takes for the current deviation to reach the threshold value. Furthermore, it is also possible to reduce the computational load on the control unit 14.

図6は、制御部の参考の動作の一例を模式的に表すグラフである。
図6に表した例では、制御部14が、フォーシング回路16に出力動作を行わせた後、電流偏差の現在値を取得する毎に、取得した電流偏差の現在値が閾値に到達したか否かを判定し、閾値に到達したと判定したことに応じて、フォーシング回路16を出力動作から停止動作に切り替えている。
FIG. 6 is a graph schematically showing an example of a reference operation of the control unit.
In the example shown in FIG. 6 , after the control unit 14 causes the forcing circuit 16 to perform an output operation, each time the control unit 14 acquires the current value of the current deviation, it determines whether the acquired current value of the current deviation has reached a threshold value, and switches the forcing circuit 16 from an output operation to a stop operation in response to determining that the threshold value has been reached.

図6に表した参考の動作では、図6に表したように、電流偏差のサンプリング周期に起因するジッターにより、フォーシング回路16を出力動作から停止動作に切り替えるタイミングが、電流偏差の現在値が閾値に到達した停止動作に切り替えるべきタイミング(オフすべき点)よりも遅れてしまう可能性がある。換言すれば、参考の動作では、フォーシング回路16を出力動作から停止動作に切り替えるタイミングが、電流偏差のサンプリングのタイミングから次の電流偏差のサンプリングのタイミングまでの間の範囲においてバラついてしまう可能性がある。 In the reference operation shown in FIG. 6, as shown in FIG. 6, due to jitter caused by the sampling period of the current deviation, the timing at which the forcing circuit 16 switches from output operation to stopped operation may be delayed from the timing at which it should switch to stopped operation (the point at which it should be turned off) when the current value of the current deviation reaches the threshold value. In other words, in the reference operation, the timing at which the forcing circuit 16 switches from output operation to stopped operation may vary within the range from the timing at which the current deviation is sampled to the timing at which the next current deviation is sampled.

このように、参考の動作では、フォーシング回路16を出力動作から停止動作に切り替えるタイミング(フォーシングオフのタイミング)が安定せず、これにともなって、出力動作から停止動作に切り替える際の電流偏差のオーバーシュートの挙動が安定しない可能性がある。例えば、フォーシング回路16の出力動作から停止動作への切り替えの際に、電流偏差が、例えば、定格電流値の±0.1%以内の範囲などに設定される所定の範囲内に収まらなくなってしまう可能性がある。 As such, in the reference operation, the timing at which the forcing circuit 16 switches from output operation to stop operation (forcing-off timing) is unstable, and as a result, the behavior of the overshoot in the current deviation when switching from output operation to stop operation may be unstable. For example, when the forcing circuit 16 switches from output operation to stop operation, the current deviation may not fall within a predetermined range, such as ±0.1% of the rated current value.

例えば、図3(a)に表したように、電流パターンの変化の周期(フォーシングオン期間から次のフォーシングオン期間までの周期)が、数十kHz以上の比較的高い周期となり、フォーシングオン期間の時間も、数μs程度と短い時間とすることが求められる場合がある。このような場合に、電流偏差の現在値を取得するサンプリング周期が、1μs程度に設定されていると、電流偏差の変化に対してサンプリング周期が長くなってしまい、上記のフォーシング回路16を出力動作から停止動作に切り替えるタイミングのバラつきの問題が顕著になってしまう。参考の動作では、電流パターンの変化の周期が高い場合に、電流偏差がフォーシングオフの際に所定の範囲内に収まらなくなる可能性が高くなってしまう。 For example, as shown in Figure 3(a), there are cases where the cycle of the current pattern change (the cycle from one forcing-on period to the next) is relatively high, at tens of kHz or more, and the duration of the forcing-on period is required to be short, on the order of a few microseconds. In such a case, if the sampling cycle for acquiring the current value of the current deviation is set to about 1 microsecond, the sampling cycle becomes long relative to the change in current deviation, and the problem of variation in the timing at which the forcing circuit 16 is switched from output operation to stop operation becomes pronounced. In the reference operation, if the cycle of the current pattern change is high, there is a high possibility that the current deviation will not fall within the specified range when forcing is off.

対策として、電流偏差の現在値を取得するサンプリング周期を高くすることも考えられる。しかしながら、制御部14において、電流偏差の現在値の高い分解能を維持しつつ、サンプリング周期を高くしようとすると、制御部14の構成が複雑になってしまう。例えば、ADコンバータなどの部品を新規に開発しなければならず、制御部14の製造コストの増加などを招いてしまう。 One possible solution is to increase the sampling period for acquiring the current current deviation value. However, if the control unit 14 attempts to increase the sampling period while maintaining high resolution of the current current deviation value, the configuration of the control unit 14 would become more complex. For example, new components such as AD converters would have to be developed, which would increase the manufacturing costs of the control unit 14.

これに対し、本実施形態に係る電磁石電源装置10では、制御部14が、電流偏差の現在値を取得する毎に、電流偏差の現在値と、閾値と、電流偏差の変化率と、を基に、電流偏差の閾値への到達時間を計算し、フォーシング回路16に出力動作を行わせた後、次の電流偏差の現在値の取得までに電流偏差が所定の閾値に到達する場合に、電流偏差の現在値の取得のタイミングから計算した到達時間の経過したタイミングにおいて、フォーシング回路16を出力動作から停止動作に切り替える。 In contrast, in the electromagnet power supply device 10 according to this embodiment, each time the control unit 14 acquires the current value of the current deviation, it calculates the time it takes for the current deviation to reach the threshold value based on the current value of the current deviation, the threshold value, and the rate of change of the current deviation. After causing the forcing circuit 16 to perform an output operation, if the current deviation reaches the predetermined threshold value before the next acquisition of the current value of the current deviation, it switches the forcing circuit 16 from output operation to stop operation when the calculated arrival time has elapsed since the acquisition of the current value of the current deviation.

これにより、フォーシング回路16を出力動作から停止動作に切り替えるタイミングを安定させ、出力動作から停止動作に切り替える際の電流偏差のオーバーシュートの挙動も安定させることができる。例えば、フォーシング回路16の出力動作から停止動作への切り替えの際に、電流偏差を所定の範囲内に適切に収めることができる。 This stabilizes the timing at which the forcing circuit 16 switches from output operation to stop operation, and also stabilizes the overshoot behavior of the current deviation when switching from output operation to stop operation. For example, when the forcing circuit 16 switches from output operation to stop operation, the current deviation can be appropriately kept within a specified range.

従って、電磁石2に供給する出力電流の安定性をより向上できる電磁石電源装置10を提供することができる。例えば、電流パターンの変化の周期が高い場合においても、サンプリング周期を高くする必要を抑制し、比較的簡単な構成で出力電流の安定性を向上させることができる。 As a result, it is possible to provide an electromagnet power supply unit 10 that can further improve the stability of the output current supplied to the electromagnet 2. For example, even when the current pattern changes frequently, it is possible to reduce the need to increase the sampling period and improve the stability of the output current with a relatively simple configuration.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments may be embodied in a variety of other forms, and various omissions, substitutions, and modifications may be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their variations are within the scope and spirit of the invention, and are also included in the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.

2…電磁石、 4…交流電源、 10…電磁石電源装置、 12…主回路部、 14…制御部、 16…フォーシング回路、 18…フラット維持回路、 21~24…リアクトル、 30、40…直流電源、 31、41…変圧器、 32、42…整流器、 33、43…リアクトル、 34、44…コンデンサ、 50a~50d、54a~54d…スイッチング素子、 52a~52d、56a~56d…整流素子、 60…電流検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2...Electromagnet, 4...AC power supply, 10...Electromagnet power supply device, 12...Main circuit section, 14...Control section, 16...Forcing circuit, 18...Flat maintenance circuit, 21-24...Reactor, 30, 40...DC power supply, 31, 41...Transformer, 32, 42...Rectifier, 33, 43...Reactor, 34, 44...Capacitor, 50a-50d, 54a-54d...Switching element, 52a-52d, 56a-56d...Rectifying element, 60...Current detector

Claims (3)

電磁石と接続され、ステップ状に変化する電流パターンに応じた電流を前記電磁石に供給する主回路部と、
前記電磁石に流れる電流を検出する電流検出器と、
前記電流パターンの入力を受け、入力された前記電流パターンと、前記電流検出器の検出結果と、を基に、前記主回路部の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記主回路部は、
前記電流パターンがステップ状に変化する期間に動作するフォーシング回路と、
前記フォーシング回路と直列に接続され、前記電流パターンが一定の期間に動作するフラット維持回路と、
を有し、
前記制御部は、前記電流パターンがステップ状に変化する期間の時に、電圧を出力する出力動作を前記フォーシング回路に行わせるとともに、前記電流パターンが一定の期間の時に、出力側を導通させて前記電圧の出力を停止する停止動作を前記フォーシング回路に行わせ、前記電流パターンの表す目標電流値と前記電流検出器によって検出された現在の出力電流値との差分を表す電流偏差の現在値を所定のサンプリング周期で取得し、前記電流偏差の現在値を取得する毎に、前記電流偏差の現在値と、所定の閾値と、前記電流偏差の変化率と、を基に、前記電流偏差の前記所定の閾値への到達時間を計算し、前記フォーシング回路に前記出力動作を行わせた後、次の前記電流偏差の現在値の取得までに前記電流偏差が前記所定の閾値に到達する場合に、前記電流偏差の現在値の取得のタイミングから計算した前記到達時間の経過したタイミングにおいて、前記フォーシング回路を前記出力動作から前記停止動作に切り替える電磁石電源装置。
a main circuit section connected to the electromagnet and supplying a current to the electromagnet according to a current pattern that changes stepwise;
a current detector for detecting a current flowing through the electromagnet;
a control unit that receives the current pattern and controls the operation of the main circuit unit based on the input current pattern and the detection result of the current detector;
Equipped with
The main circuit section includes:
a forcing circuit that operates during a period in which the current pattern changes stepwise;
a flat-maintaining circuit connected in series with the forcing circuit, the flat-maintaining circuit operating for a fixed period of time;
and
the control unit causes the forcing circuit to perform an output operation to output a voltage when the current pattern is changing stepwise, and causes the forcing circuit to perform a stop operation to make an output side conductive and stop the output of the voltage when the current pattern is in a fixed period ; acquires a present value of a current deviation that represents a difference between a target current value represented by the current pattern and a present output current value detected by the current detector at a predetermined sampling period; and each time the present value of the current deviation is acquired, calculates a time period for the current deviation to reach the predetermined threshold based on the present value of the current deviation, a predetermined threshold, and a rate of change of the current deviation; and after causing the forcing circuit to perform the output operation, if the current deviation reaches the predetermined threshold before the next acquisition of the present value of the current deviation, switches the forcing circuit from the output operation to the stop operation at a timing when the arrival time calculated from the timing of acquisition of the present value of the current deviation has elapsed .
フォーシング回路とフラット維持回路とを有し、ステップ状に変化する目標電流値に応じた電流を電磁石に供給する主回路部と、
前記電磁石に流れる電流を検出する電流検出器と、
前記目標電流値と、前記電流検出器が検出した電流値と、を基に、前記主回路部の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記目標電流値が変化すると、前記フォーシング回路を制御し、前記電磁石に流れる電流が前記目標電流値となるように電圧を出力させ、
前記目標電流値と前記電流検出器が検出した電流値との差分である電流偏差を所定のサンプリング周期で取得し、
前記電流偏差を取得する毎に、前記電流偏差と、所定の閾値と、前記電流偏差の変化率と、に基づいて、前記電流偏差が前記所定の閾値に達する時間を計算し、
次のサンプリング周期に至るまでに前記電流偏差が前記所定の閾値に達する場合に、前記電流偏差の取得のタイミングから計算した前記所定の閾値に達する前記時間の経過したタイミングにおいて、前記フォーシング回路からの電圧の出力を停止させ、
前記フォーシング回路からの電圧の出力を停止させると、前記フラット維持回路を制御し、前記目標電流値が変化するまで、前記目標電流値に基づいて前記磁石に一定の電流を供給させる電磁石電源装置。
a main circuit section having a forcing circuit and a flat maintaining circuit, and supplying a current to the electromagnet according to a target current value that changes stepwise;
a current detector for detecting a current flowing through the electromagnet;
a control unit that controls the operation of the main circuit unit based on the target current value and the current value detected by the current detector;
Equipped with
The control unit
When the target current value changes, the forcing circuit is controlled to output a voltage so that the current flowing through the electromagnet becomes the target current value;
acquiring a current deviation, which is a difference between the target current value and the current value detected by the current detector, at a predetermined sampling period;
each time the current deviation is acquired, a time required for the current deviation to reach the predetermined threshold is calculated based on the current deviation, a predetermined threshold, and a rate of change of the current deviation;
If the current deviation reaches the predetermined threshold value before the next sampling period, stopping the output of voltage from the forcing circuit at the timing when the time calculated from the timing of acquiring the current deviation has elapsed until the current deviation reaches the predetermined threshold value ;
an electromagnet power supply device that, when the output of voltage from the forcing circuit is stopped, controls the flat maintaining circuit to supply a constant current to the magnet based on the target current value until the target current value changes.
前記制御部は、前記主回路部から前記電磁石に出力する出力電圧と、前記主回路部から前記電磁石に出力する出力電流と、前記電磁石のインダクタンス成分と、前記電磁石の抵抗成分と、に基づいて予め計算された前記電流偏差の変化率を用い、前記電流偏差が前記所定の閾値に達するまでの時間計算する請求項1又は2に記載の電磁石電源装置。 3. The electromagnet power supply device according to claim 1, wherein the control unit calculates a time until the current deviation reaches the predetermined threshold value by using a rate of change of the current deviation that is calculated in advance based on an output voltage output from the main circuit unit to the electromagnet, an output current output from the main circuit unit to the electromagnet, an inductance component of the electromagnet, and a resistance component of the electromagnet.
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