(57)【要約】【課題】  従来の交流アーク溶接機は、リアクトルの主巻線に加え補助巻線を付加し、補助巻線に電流を通電しインダクタンス値を小さくしてスタートを良くしていた。【解決手段】  直流電源回路と、インバータ回路とインバータ回路の出力を変換する主変圧器と、２次整流回路の出力を平滑するリアクトルと、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子からなる極性切換回路と、極性切換回路を駆動させる極性切換駆動回路と、溶接ワイヤ送給モータを駆動する送給モータ駆動回路と、溶接開始信号が入力されると送給モータ駆動回路を制御しワイヤが被溶接物に接触するまで第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を導通しリアクトルに飽和電流を通電し、ワイヤが被溶接物に接触すると第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を交互に導通するように極性切換駆動回路を制御する主制御回路と、を備えた交流アーク溶接機である。【選択図】図１
2010075944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源を整流し直流電圧を出力する直流電源回路と、前記直流電圧を高周波交流電圧に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力をアーク加工に適した高周波交流電圧に変換する主変圧器と、前記主変圧器の出力を整流する２次整流回路と、前記整流された出力を平滑するリアクトルと、前記リアクトルの出力を電極プラス極性と電極マイナス極性とに切り換えてアーク負荷に供給する第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子からなる極性切換回路と、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を導通する極性切換駆動回路と、溶接ワイヤを被溶接物へ送給する溶接ワイヤ送給モータと、溶接ワイヤ送給モータを駆動する送給モータ駆動回路と、溶接開始信号が入力すると前記送給モータ駆動回路を制御し前記溶接ワイヤが前記被溶接物に接触するまで前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を同時に導通し前記リアクトルに飽和電流を通電するように前記極性切換駆動回路を制御し、続いて前記溶接ワイヤが前記被溶接物に接触すると前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互に導通するように前記極性切換駆動回路を制御する主制御回路と、を備えたことを特徴とする交流アーク溶接機。
【請求項２】
前記リアクトルと前記第２スイッチング素子との間に飽和電流検出回路を設け、前記主制御回路は、前記溶接ワイヤが送給を開始し前記被溶接物に接触するまで前記飽和電流検出回路によって検出した飽和電流検出信号の値に応じて前記リアクトルの飽和電流を定電流制御すること、を特徴とする請求項１記載の交流アーク溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流アーク溶接機において、溶接ワイヤが被溶接物に接触してアークスタートを行うときのスタート改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流アーク溶接機は、アークスタート時にリアクトルを飽和状態にしインダクタンス値を小さくして、アークスタートの改善を行っていた。
【０００３】
図４は、従来技術の交流アーク溶接機の電気接続図である。
図４に示す補助巻線付可飽和リアクトルＤＷＬは、図示省略の主巻線Ｎｍに加えて補助巻線Ｎｃを付加した可飽和リアクトルであり、この補助巻線Ｎｃは、定電流電源ＣＣ及び補助電源スイッチング素子ＴＲ３から成る補助電源ＰＣに接続される。定電流電源ＣＣからは補助巻線付可飽和リアクトルＤＷＬが飽和状態になる補助巻線電流Ｉｃを通電する。
【０００４】
図４に示す補助巻線付可飽和リアクトルＤＷＬの主巻線Ｎｍには、溶接電流が通電し、補助巻線Ｎｃには補助巻線電流が通電する。そして、巻数比Ｎｍ：Ｎｃは、例えば、１：１〜１：５程度である。
【０００５】
つぎに、動作について説明する。
図４に示す溶接開始信号Ｔｓが入力されると、溶接ワイヤは初期送給速度での送給が開始される。同時に、補助電源スイッチング素子ＴＲ３がオンされて補助電源ＰＣから補助巻線Ｎｃに補助巻線電流Ｉｃが通電する。この電流値は、Ｉｃ・Ｎｃ＞Ｉｔ・Ｎｍとなり補助巻線付可飽和リアクトルが飽和状態になる値である。
【０００６】
図４に示す溶接ワイヤＷＷが被溶接物Ｍに接触すると、溶接電圧Ｖｄは無負荷電圧から短絡電圧（略零電圧）へと変化する。このとき補助電源対応主制御回路ＳＣＰは、溶接電圧Ｖｄが略零電圧になると溶接ワイヤＷＷが被溶接物Ｍに接触したと判別して、補助巻線電流Ｉｃの通電を停止する。このときに、補助巻線付可飽和リアクトルＤＷＬは、補助巻線電流Ｉｃの通電によって飽和状態にあるためインダクタンス値が小さくなり、スタート電流の上昇率が非常に大きくなる。この結果、アークが容易に発生し交流アーク溶接へと移行する。
【０００７】
上述より、リアクトルに主巻線Ｎｍに加えて補助巻線Ｎｃを付加した可飽和リアクトルを使用し、アークのスタート性を良くしていた。（例えば、特許文献１の消耗電極アーク溶接電源）
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−４３７６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図４に示す従来の交流アーク溶接機は、アークスタートの改善を行うために、リアクトルの主巻線に加えて補助巻線を付加して可飽和リアクトルとし、定電流電源ＣＣ及び補助電源スイッチング素子ＴＲ３から成る補助電源ＰＣを設け、アークスタート時に定電流電源ＣＣからリアクトルの補助巻線に飽和状態になる補助巻線電流Ｉｃを通電し、リアクトルを飽和させインダクタンス値を小さくした状態でアークスタートを行い、アークスタートの改善をはかっていた。
しかし、上記の方法では、リアクトルの構成が複雑になると共に補助電源回路も必要となり価格の低下の妨げとなっていた。
【００１０】
そこで、本発明では、複雑な構成を有するリアクトルを必要としない交流アーク溶接機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明は、商用交流電源を整流し直流電圧を出力する直流電源回路と、前記直流電圧を高周波交流電圧に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力をアーク加工に適した高周波交流電圧に変換する主変圧器と、前記主変圧器の出力を整流する２次整流回路と、前記整流された出力を平滑するリアクトルと、前記リアクトルの出力を電極プラス極性と電極マイナス極性とに切り換えてアーク負荷に供給する第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子からなる極性切換回路と、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を導通する極性切換駆動回路と、溶接ワイヤを被溶接物へ送給する溶接ワイヤ送給モータと、溶接ワイヤ送給モータを駆動する送給モータ駆動回路と、溶接開始信号が入力されると前記送給モータ駆動回路を制御し前記溶接ワイヤが前記被溶接物に接触するまで前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を同時導通して前記リアクトルに飽和電流を通電するように前記極性切換駆動回路を制御し、続いて前記溶接ワイヤが前記被溶接物に接触すると前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互に導通するように前記極性切換駆動回路を制御する主制御回路と、を備えたことを特徴とする交流アーク溶接機である。
【００１２】
第２の発明は、前記リアクトルと前記第２スイッチング素子との間に飽和電流検出回路を設け、前記主制御回路は、前記溶接ワイヤが送給を開始し前記被溶接物に接触するまで前記飽和電流検出回路によって検出した飽和電流検出信号の値に応じて前記リアクトルの飽和電流を定電流制御すること、を特徴とする請求項１記載の交流アーク溶接機である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の交流アーク溶接機では、溶接開始時に極性切換駆動回路を制御して第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を同時に導通し、リアクトルに飽和電流を通電しリアクトルを飽和させる。続いて、溶接ワイヤが被溶接物に接触したとき極性切換駆動回路を制御して第１スイッチング素子又は前記第２スイッチング素子のどちらか一方を導通してアークスタートを行うと、リアクトルのインダクタンス値が小さい状態でアークスタートが行われるために、スタート電流が急峻に増加しアークスタートが改善される。
更に、リアクトルの主巻線に加えて補助巻線を付加した可飽和リアクトル、定電流電源及び補助電源スイッチング素子から成る補助電源を必要としないために、製品の小型化及び価格の低減が可能となる。
【００１４】
第２の発明では、飽和電流を所定の値で定電流制御することにより、リアクトルを精度良く飽和状態にでき、よりアークスタートの改善がはかられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施形態１に係る交流アーク溶接機の電気接続図である。
同図において、直流電源回路は、１次整流回路ＤＲ１及び平滑コンデンサＣ４によって形成され、商用交流電源を整流及び平滑して直流電圧を出力する。
【００１６】
インバータ回路ＩＮＶは、図示省略の相対向する４つのスイッチング素子からフルブリッジを形成し、直流電圧を高周波交流電圧に変換して出力する。
【００１７】
主変圧器ＩＮＴは、インバータ回路ＩＮＶによって変換された高周波交流電圧をアーク加工に適した高周波交流電圧に変換し、主変圧器ＩＮＴの出力側に三端子を設けて中間端子を零出力とし、一方の端子を正出力とし他方の端子を負出力として高周波交流電圧を出力する。２次整流回路は、第１ダイオードＤ１から第４ダイオードＤ４で形成され、前記正出力と前記負出力とを入力し整流して正電圧と負電圧を生成する。
【００１８】
極性切換回路は、第１スイッチング素子ＴＲ１と第２スイッチング素子ＴＲ２とで、ハーフ・ブリッジを形成し、第１スイッチング素子ＴＲ１は、電極プラス極性に切り換えて２次整流回路からの正電圧をアーク負荷に電力を供給し、第２スイッチング素子ＴＲ２は、電極マイナス極性に切り換えて負電圧をアーク負荷に電力を供給する。
【００１９】
主制御回路ＳＣは、溶接開始信号Ｔｓに応じて出力電流検出回路ＩＤによって検出された出力電流検出信号Ｉｄの値と出力電流設定回路ＩＲによって設定された所定の出力電流設定値Ｉｒとの比較に基づいて主制御信号Ｓｃのパルス幅をＰＷＭ制御すると共に、極性切換駆動回路ＣＫを制御する極性駆動信号Ｃｋを出力する。
【００２０】
また、主制御回路ＳＣは、出力電圧検出回路ＶＤによって検出された出力電圧検出信号Ｖｄの値と出力電圧設定回路ＶＲによって設定された所定の出力電圧設定値Ｖｒとの比較に基づいて溶接ワイヤ送給モータＶＭの回転数を制御する溶接ワイヤ送給信号Ｖｍを出力する。送給モータ駆動回路ＭＤは、溶接ワイヤ送給信号Ｖｍを送給モータ駆動信号Ｍｄに変換して溶接ワイヤ送給モータＶＭを駆動する。
【００２１】
極性切換駆動回路ＣＫは、極性駆動信号Ｃｋに応じて第１スイッチング素子ＴＲ１及び第２スイッチング素子ＴＲ２を駆動させる第１スイッチング素子駆動信号Ｔｒ１及び第２スイッチング素子駆動信号Ｔｒ２を出力する。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態１の動作を説明するための波形タイミング図である。
図２において、同図（Ａ）の波形は、溶接開始信号Ｔｓを示し、同図（Ｂ）の波形は、出力電圧検出信号Ｖｄを示し、同図（Ｃ）の波形は、出力電流検出信号Ｉｄを示し、同図（Ｄ）の波形は、第１スイッチング素子駆動信号Ｔｒ１を示し、同図（Ｅ）の波形は、第２スイッチング素子駆動信号Ｔｒ２を示し、同図（Ｆ）の波形は、溶接ワイヤ送給信号Ｖｍを示し、同図（Ｇ）の波形は、アーク長Ｌｗを示す。
【００２３】
次に、図２の波形タイミング図を用いて本発明の実施形態１の動作について説明する。  図２（Ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、溶接開始信号Ｔｓが主制御回路ＳＣに入力されると主制御回路ＳＣは、極性切換駆動回路ＣＫを制御し、同図（Ｄ）に示す第１スイッチング素子駆動信号Ｔｒ１と第２スイッチング素子駆動信号Ｔｒ２とを同時に出力すると共に、同図（Ｆ）に示す初期の溶接ワイヤ送給信号Ｖｍを出力する。
【００２４】
時刻ｔ＝ｔ１において、図１に示す第１スイッチング素子ＴＲ１及び第２スイッチング素子ＴＲ２が同時に導通し、リアクトルＤＬは飽和電流（例えば、１００Ａ）を通電すると共に溶接ワイヤ送給モータＶＭは初期の溶接ワイヤ送給信号Ｖｍの値Ｖｍｉに基づいて溶接ワイヤＷＷを被溶接物Ｍに送給を開始する。
【００２５】
時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２において、第１スイッチング素子ＴＲ１及び第２スイッチング素子ＴＲ２は導通し、リアクトルＤＬに飽和電流を通電して飽和状態にすると共に送給装置のモータＶＭは初期の溶接ワイヤ送給信号Ｖｍの値Ｖｍｉに基づいて溶接ワイヤＷＷの送給を継続する。
【００２６】
時刻ｔ＝ｔ２において、主制御回路ＳＣは、出力電圧検出回路ＶＤによって検出された出力電圧検出信号Ｖｄの値が略零になると溶接ワイヤＷＷが被溶接物Ｍに接触したと判別し、図２（Ｅ）に示す第２スイッチング素子駆動信号Ｔｒ２の出力を停止し、第２スイッチング素子ＴＲ２を遮断する。
【００２７】
時刻ｔ＝ｔ２において、溶接ワイヤＷＷが被溶接物Ｍに接触すると第１スイッチング素子ＴＲ１を介して図２（Ｃ）に示すスタート電流Ｉｓの通電を開始する。
【００２８】
時刻ｔ＝ｔ２〜ｔ３において、溶接ワイヤＷＷが被溶接物Ｍに接触しているとき主制御回路ＳＣは、インバータ回路ＩＮＶを制御してスタート電流Ｉｓを制御する。このとき、リアクトルＤＬは、飽和電流を通電によって飽和状態にあるために、スタート電流Ｉｓの上昇率は非常に高くなり、アークが発生しやすくなる。
【００２９】
時刻ｔ＝ｔ３において、アークが発生し出力電圧検出信号Ｖｄの値Ｖｐが図示省略の所定の基準電圧値Ｖｒｆより大きくなると、主制御回路ＳＣは、アークが発生したと判別してスタート電流Ｉｓから。例えば、電極プラス極性の定常の電流Ｉｐに移行し小アークから通常のアークへと移行する。
【００３０】
時刻ｔ＝ｔ３において、図２に示す小アークが発生すると、初期の溶接ワイヤ送給信号Ｖｍの値Ｖｍｉから定常の値Ｖｍｕに変更する。
【００３１】
時刻ｔ＝ｔ４において、第１スイッチング素子ＴＲ１は遮断すると共に第２スイッチング素子ＴＲ２は導通し、電極プラス極性から電極マイナス極性へと切換わり電極マイナス極性の定常の電流Ｉｎに移行する。そして、以後は所定の周期で電極の極性が切換わり交流アークの発生を継続する。
【００３２】
上述より、溶接開始時に極性切換駆動回路ＣＫは、第１スイッチング素子ＴＲ１と第２スイッチング素子ＴＲ２とを同時に導通し、リアクトルに飽和電流を通電して飽和させ、続いて、溶接ワイヤＷＷが被溶接物Ｍに接触したときに、例えば、第２スイッチング素子ＴＲ２を遮断し第１スイッチング素子ＴＲ１を導通してアークスタートを行うと、リアクトルのインダクタンス値が小さい状態でアークスタートが行われるために、スタート電流が急峻に増加されアークスタートが良くなる。また、上記において、第２スイッチング素子ＴＲ２を遮断し第１スイッチング素子ＴＲ１を導通する電極プラス極性でアークスタートを行ったが、逆に第１スイッチング素子ＴＲ１を遮断し第２スイッチング素子ＴＲ２を導通する電極マイナス極性でアークスタートを行ってもよい。
【００３３】
図３は、実施形態２に係る交流アーク溶接機の電気接続図であり、同図において、図１に示す交流アーク溶接機の電気接続図と同一符号の構成物は、同一動作を行うので説明は省略し、符号の相違する構成物についてのみ説明する。
【００３４】
図２に示す時刻ｔ＝ｔ１において、図１に示す第１スイッチング素子ＴＲ１及び第２スイッチング素子ＴＲ２が同時に導通し、リアクトルＤＬは飽和電流（例えば、１００Ａ）を通電すると共に溶接ワイヤ送給モータＶＭは初期の溶接ワイヤ送給信号Ｖｍの値Ｖｍｉに基づいて溶接ワイヤＷＷを被溶接物Ｍに送給を開始する。
【００３５】
図３に示す飽和電流検出回路ＩＤ２は、リアクトルＤＬと第２スイッチング素子ＴＲ２との間に設けられ、リアクトルＤＬの飽和電流を検出して飽和電流検出信号Ｉｄ２として出力する。
【００３６】
図２に示す時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２において、主制御回路ＳＣは、図示省略の飽和電流設定回路によって設定された所定の飽和電流設定値と、飽和電流検出回路ＩＤ２によって検出される飽和電流検出信号Ｉｄ２の値とに基づいて、リアクトルＤＬに通電する飽和電流を定電流制御する。
【００３７】
図２に示す時刻ｔ＝ｔ２において、主制御回路ＳＣは、出力電圧検出回路ＶＤによって検出された出力電圧検出信号Ｖｄの値が略零になると溶接ワイヤが被溶接物に接触したと判別しリアクトルＤＬに通電する飽和電流の定電流制御を終了すると共に、図２（Ｅ）に示す第２スイッチング素子駆動信号Ｔｒ２の出力を停止し第２スイッチング素子ＴＲ２を遮断する。
【００３８】
時刻ｔ＝ｔ２において、溶接ワイヤＷＷが被溶接物Ｍに接触すると第１スイッチング素子ＴＲ１を介して図２（Ｃ）に示すスタート電流Ｉｓの通電を開始する。そして、以後は上述と同一動作を行うので説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態１に係る交流アーク溶接機の電気接続図である。
【図２】実施形態１の動作を説明するための波形タイミング図である。
【図３】実施形態２に係る交流アーク溶接機の電気接続図である。
【図４】従来技術の交流アーク溶接機の電気接続図である。
【符号の説明】
【００４０】
ＡＣ        交流商用電圧
ＣＫ        極性切換駆動回路
Ｃｋ        極性切換駆動信号
Ｃ１        平滑コンデンサ
Ｄ１        第１ダイオード
Ｄ２        第２ダイオード
Ｄ３        第３ダイオード
Ｄ４        第４ダイオード
ＤＲ１      １次整流回路
ＤＲ２      ２次整流回路
ＤＬ        リアクトル
ＩＫ        インバータ駆動回路
Ｉｋ        インバータ駆動信号
ＩＤ        出力電流検出回路
Ｉｄ        出力電流検出信号
ＩＤ２      第2の出力電流検出回路
Ｉｄ        第2の出力電流検出信号
ＩＲ        出力電流設定回路
ＩＮＶ      インバータ回路
ＩＮＴ      主変圧器
Ｍ          被加工物
ＭＤ        送給モータ駆動回路
Ｍｄ        送給モータ駆動信号
ＳＣ        主制御回路
Ｓｃ        出力制御信号
ＳＣＫ      極性切換対応主制御回路
ＴＨ        トーチ
ＴＲ１      第1スイッチング素子
ＴＲ２      第２スイッチング素子
Ｔｒ１      第1スイッチング素子駆動信号
Ｔｒ２      第２スイッチング素子駆動信号
ＶＤ        出力電圧検出回路
ＶＭ        溶接ワイヤ送給モータ
Ｖｍ        溶接ワイヤ送給信号
ＶＲ        出力電圧設定回路
ＷＷ        電極（溶接ワイヤ）            
【図１】
2010075944.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010075944.tif 000005
【図４】
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