[发明专利]电火花线切割加工机用力矩电动机驱动装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过交流电源驱动力矩电动机的电火花线切割加工机用力矩电动机驱动装置。

背景技术

力矩电动机是最适合在电火花线切割加工机中卷绕或送出线电极的电动机。在电火花线切割加工机中，一般使用在加工过程中或设定过程中线电极不会松弛的力矩电动机，对安装线电极线轴的轴，在线电极的送出方向或相反的方向上赋予适当的转矩。此外，如同在日本特开平7-60552号公报中记载的那样，作为电火花线切割加工机中的力矩电动机的用途，还已知不把已使用的线电极留在回收箱中，而是在线电极排出部设置有通过力矩电动机驱动的线电极回收线轴，一边控制力矩电动机使张力恒定一边能够有效地回收线电极的结构。

线电极的直径一般为0.02mm(最小线电极直径)～0.40mm(最大线电极直径)。在为粗的线电极时，因为线轴大而且重所以惯性大，需要大的转矩。另一方面，在为细的线电极时，线轴小而且轻，所以惯性小，当通过大的转矩拉拽线电极时线电极被切断，所以需要小的转矩。如此，需要根据使用的线电极的直径，把力矩电动机的输出力矩变更为恰当的力矩。

力矩电动机是感应电动机的一种，具有以下的特征：在以向输出轴上产生的转矩相反的方向拉拽的方式进行旋转时，与转速无关，电动机中流过的有效电流值与输出轴上产生的转矩大体处于比例关系。因此，为了得到希望的转矩，需要变更对电动机施加的交流电压值，以便成为与转矩对应的电流值。为了产生从所述最大线电极直径到最小线电极直径所需要的转矩，需要能够将有效电压值变更到电动机额定电压的大约5～100％。

作为变更力矩电动机的交流电压值的电路，以前采用使用了电阻分压方式的驱动电路，近年来采用使用了triac(双向可控硅)方式的驱动电路。

图6是电阻分压方式的力矩电动机驱动电路的概要图。电阻分压方式通过电阻51、52、53、54、55以及单相力矩电动机20对交流电源10的电源电压V1进行分压，并通过继电器61、62、63、64、65进行切换，把不需要的电压施加给电阻。电阻分压方式需要按照对单相力矩电动机20设定的电压，来准备电阻和继电器。因为通过电阻消耗电力，所以需要多个尺寸大的功率电阻，装置变大。此外，具有成本高，功率损失大，当交流电源10的电源电压V1变动时，单相力矩电动机20的输出转矩变动等缺点。

图7是双向可控硅方式的力矩电动机驱动电路的概要图。双向可控硅方式通过变更双向可控硅68的点弧角，来改变对单相力矩电动机20施加的有效电压值来得到希望的转矩。该双向可控硅方式具有以下的优点：功率损失少，能够通过对未图示的点弧角控制电路反馈检测到的电流值，来进行控制，即使在电源电压不同的区域也能够使对力矩电动机施加的电流值与指令值一致。但是，该方式仅能通过交流电源10的商用频率进行控制，特别是在需要小的转矩时点弧角变小，如图9所示，与对单相力矩电动机20施加的电压的接通时间相比，关断时间的比例变得非常大。结果，如图9(b)所示，在单相力矩电动机20中流过的电流的变动增大，一周旋转中的转矩变动增多。

因此，为了抑制双向可控硅方式的转矩变动，考虑为了变更电动机的转速而使用逆变器。逆变器一般用于交流电动机的转速控制，通过变换器把交流电源临时变换为直流，然后通过半导体开关构成的桥接电路把施加给电动机的电压再次变换为交流。决定数Hz～数百Hz的旋转频率，和数十kHz的开关频率，通过在开关频率内使接通/断开半导体开关的占空比变化，能够进行变更电动机的有效电压值的所谓PWM控制。

图8是基于逆变器方式的力矩电动机驱动电路的概要图。在基于逆变器的力矩电动机驱动电路中，通过由第一二极管11、第二二极管12、第三二极管13、第四二极管14构成的二极管桥的变换器对交流电源10的交流电压进行全波整流，并且通过电感线圈70以及大容量的电解电容器72进行平滑变换为直流电压。然后，通过由第一FET15、第二FET16、第三FET17、第四FET18构成的逆变器把直流电压再次变换为交流电压，施加给力矩电动机20。

通过PWM信号生成电路76使PWM信号的接通/断开的占空比变化，以使通过省略了图示的单元检测在电动机中流过的电流而得到的检测电流值与电流指令值一致，由此如图10所示，即使在电源变动时或者在电源电压完全不同的地域(例如200V、220V等)，电流值也能够成为指令值那样，得到希望的转矩。此外，与双向可控硅方式相比，因为能够使断开时间非常短，所以在单相力矩电动机20的绕线中流过的电流变得连续，转矩的变动减少。