(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を有する充電回路と、
１次巻線と２次巻線とを有する溶接トランスと、
入力電力が前記充電回路を介して供給されるコンデンサと、
直列に接続される前記１次巻線と前記コンデンサとに並列に接続される放電用スイッチング素子と、
前記１次巻線と並列に接続されるバイパス用スイッチング素子と、
前記溶接トランスの前記２次巻線に並列に接続される溶接電極と、
前記バイパス用スイッチング素子にオン信号を与えずに前記充電回路を通じて供給される前記入力電力によって前記１次巻線にリセット用の電流を流して前記溶接トランスをリセット許容状態にしてから、前記充電回路を通じて供給される前記入力電力によって前記バイパス用スイッチング素子を介して前記コンデンサを充電させるように前記バイパス用スイッチング素子にオン信号を与える制御回路と、
を備えることを特徴とするコンデンサ式溶接機。
【請求項２】
前記制御回路は、前記溶接トランスが前記リセット許容状態となって前記バイパス用スイッチング素子を介して前記充電回路からの電流を流し始めるときは、前記充電回路の前記スイッチング素子が前記リセット許容状態となる前に前記溶接トランスの前記１次巻線を通じて電流を流していたときの最大のオン時間幅よりも短いオン時間幅で導通させるように前記充電回路内の前記スイッチング素子を制御することを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ式溶接機。
【請求項３】
前記制御回路は、前記１次巻線を通じて流れる電流によって充電される前記コンデンサの電圧がリセット判断電圧設定値以上になると、もしくは前記１次巻線を通じて流れる電流がリセット判断電流設定値以上になると、又は、前記コンデンサの電圧とそれより前の前記コンデンサ電圧との差分電圧がリセット判断電圧設定値以上になると、もしくは前記１次巻線を通じて流れる電流とそれより前の前記１次巻線を通じて流れる電流の差分電流がリセット判断電流設定値以上になると、又は、前記１次巻線を通じて流れる電流が流れ始めてから所定時間経過すると、前記溶接トランスが前記リセット許容状態になったものとして前記バイパス用スイッチング素子にオン信号を与えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコンデンサ式溶接機。
【請求項４】
スイッチング素子を有する充電回路と、
１次巻線と２次巻線とを有する溶接トランスと、
入力電力が前記充電回路を介して供給されるコンデンサと、
直列に接続される前記１次巻線と前記コンデンサとに並列に接続される放電用スイッチング素子と、
前記１次巻線と並列に接続されるバイパス用スイッチング素子と、
前記溶接トランスの前記２次巻線に並列に接続される溶接電極と、
を備えるコンデンサ式溶接機の充電方法であって、
前記バイパス用スイッチング素子にオン信号を与えずに前記充電回路を通じて供給される前記入力電力によって前記１次巻線にリセット用の電流を流して前記溶接トランスをリセット許容状態にしてから、前記充電回路を通じて供給される前記入力電力によって前記バイパス用スイッチング素子を介して前記コンデンサを充電させるように前記バイパス用スイッチング素子にオン信号を与えることを特徴とするコンデンサ式溶接機の充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶接物を溶接するコンデンサ式溶接機及びその充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサ式溶接機は、放電時間に比べて長い時間をかけて溶接用コンデンサに溶接電力を蓄え、それを短時間で一気に放電するので、一般的な交流溶接機に比べて、受電設備が大容量化しないという設備面での利点があるばかりでなく、被溶接物が過熱される度合いが小さいので、溶接箇所の溶接痕（焼け）がほとんど無く、また、歪なども小さいという利点を有することから小型から大型までの産業設備で採用されている。
【０００３】
コンデンサ式溶接機は、一般的に多数のコンデンサを並列接続してなるコンデンサバンクを溶接用コンデンサとして用いている。コンデンサ式溶接機による抵抗溶接方法は広く知られているので詳しく説明しないが、充電回路によって溶接用コンデンサを充電し、溶接用コンデンサの充電電圧が所定の電圧、たとえば４５０Ｖ程度まで上昇すると、充電回路をオフにし、放電スイッチをオンさせることにより、溶接トランスの１次巻線に急峻に増大するパルス状の電流を流す。溶接トランスの２次巻線には１次側電流よりも大幅に大きなパルス状の溶接電流が流れ、この溶接電流が溶接電極を通して被溶接物に流れることによって、被溶接物が溶接される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２１６９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
コンデンサ式溶接機では、通常、溶接を行うためのコンデンサの放電は、電流の向きによって溶接性が変わらないように、毎回一定方向にする。ところが、溶接トランスは一定方向にのみ電流を流していると、偏磁を起こして出力が低下してしまうため、充電のときに放電のときとは逆方向に電流を溶接トランスに流して、偏磁解消のための磁気リセットを行う必要がある。しかし、溶接トランスは大きなインダクタンスを持っているため、溶接トランスを通じて流れるコンデンサの充電電流が抑えられてしまい、充電完了までに時間がかかってしまうという課題があった。
【０００６】
このため、特許文献１の図９に記載されるように、従来は溶接トランス８の１次側と並列に抵抗１３とダイオード１４とからなるバイパス回路１２を接続して溶接トランス８のインダクタンス分の影響を下げることにより必要な充電電流Ｉａを確保する方式がとられていた。しかし、この方式では、充電電流Ｉａがインピーダンスの低いバイパス回路１２とインピーダンスの大きい溶接トランス８の１次巻線とに分流するため、溶接トランス８を磁気リセットするために必要な溶接トランス８の１次巻線に流れるリセット電流を十分に確保できず溶接トランス８が偏磁状態で使用されてしまうという課題があった。また、バイパス回路１２のインピーダンスが低いと、充電電流のほとんどがバイパス回路に流れてしまうため、バイパス回路１２のインピータンスを大きくするためにある程度大きな抵抗１３を接続しなければならず、バイパス回路１２で無駄な電力が消費され、充電時間が遅くなるという問題点を有していた。
【０００７】
なお、特許文献１のコンデンサ式溶接機では、上記課題を解決するために溶接トランス８を通じて充電電流を流すように接続された放電回路２８と、交流電圧を直流に変換する整流・平滑回路２２の間に、スイッチング素子２６と帰還ダイオード２７を接続し、商用周波数より高い周波数でＯＮ、設定電流値になったらＯＦＦさせる主制御部３７を設けることにより、設定電流値をピーク値とする連続した充電電流を流すという方式を採用している。しかし、この特許文献１のコンデンサ式溶接機の方式は、入力端子１から入力された電力によって、一度コンデンサ２４を充電し、このコンデンサ２４の直流電圧から溶接用コンデンサ７を充電する構造を採っている。このため、大容量の溶接用コンデンサ７を用いる場合は、コンデンサ２４も大容量のものを用いなければならず、大型化、高コスト化してしまうという問題が生じる。
【０００８】
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、溶接トランスの十分な磁気リセットができ、溶接用のコンデンサを高速に充電することができるコンデンサ式溶接機及びその充電方法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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るコンデンサ式溶接機及びその充電方法は、溶接用のコンデンサを充電する場合に、溶接トランスの１次巻線にリセット電流を流してから、バイパス用スイッチング素子を介して溶接用のコンデンサを充電することとした。
【００１０】
具体的には、コンデンサ式溶接機は、スイッチング素子を有する充電回路と、１次巻線と２次巻線とを有する溶接トランスと、入力電力が前記充電回路を介して供給されるコンデンサと、直列に接続される前記１次巻線と前記コンデンサとに並列に接続される放電用スイッチング素子と、前記１次巻線と並列に接続されるバイパス用スイッチング素子と、前記溶接トランスの前記２次巻線に並列に接続される溶接電極と、前記バイパス用スイッチング素子にオン信号を与えずに前記充電回路を通じて供給される前記入力電力によって前記１次巻線にリセット用の電流を流して前記溶接トランスをリセット許容状態にしてから、前記充電回路を通じて供給される前記入力電力によって前記バイパス用スイッチング素子を介して前記コンデンサを充電させるように前記バイパス用スイッチング素子にオン信号を与える制御回路と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るコンデンサ式溶接機の充電方法は、スイッチング素子を有する充電回路と、１次巻線と２次巻線とを有する溶接トランスと、入力電力が前記充電回路を介して供給されるコンデンサと、直列に接続される前記１次巻線と前記コンデンサとに並列に接続される放電用スイッチング素子と、前記１次巻線と並列に接続されるバイパス用スイッチング素子と、前記溶接トランスの前記２次巻線に並列に接続される溶接電極と、を備えるコンデンサ式溶接機の充電方法であって、前記バイパス用スイッチング素子にオン信号を与えずに前記充電回路を通じて供給される前記入力電力によって前記１次巻線にリセット用の電流を流して前記溶接トランスをリセット許容状態にしてから、前記充電回路を通じて供給される前記入力電力によって前記バイパス用スイッチング素子を介して前記コンデンサを充電させるように前記バイパス用スイッチング素子にオン信号を与えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るコンデンサ式溶接機は、前記制御回路は、前記溶接トランスが前記リセット許容状態となって前記バイパス用スイッチング素子を介して前記充電回路からの電流を流し始めるときは、前記充電回路の前記スイッチング素子が前記リセット許容状態となる前に前記溶接トランスの前記１次巻線を通じて電流を流していたときの最大のオン時間幅よりも短いオン時間幅で導通させるように前記充電回路内の前記スイッチング素子を制御することを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明に係るコンデンサ式溶接機は、前記制御回路は、前記１次巻線を通じて流れる電流によって充電される前記コンデンサの電圧がリセット判断電圧設定値以上になると、もしくは前記１次巻線を通じて流れる電流がリセット判断電流設定値以上になると、又は、前記コンデンサの電圧とそれより前の前記コンデンサ電圧との差分電圧がリセット判断電圧設定値以上になると、もしくは前記１次巻線を通じて流れる電流とそれより前の前記１次巻線を通じて流れる電流の差分電流がリセット判断電流設定値以上になると、又は、前記１次巻線を通じて流れる電流が流れ始めてから所定時間経過すると、前記溶接トランスが前記リセット許容状態になったものとして前記バイパス用スイッチング素子にオン信号を与えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、溶接トランスの十分な磁気リセットができ、溶接用のコンデンサを高速に充電することができるコンデンサ式溶接機及びその充電方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るコンデンサ式溶接機を説明するブロック図である。
【図２】本発明に係るコンデンサ式溶接機の充電時の電圧及び電流の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態のコンデンサ式溶接機を説明するブロック図である。コンデンサ式溶接機は、不図示のスイッチング素子を有する充電回路１と、１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２とを有する溶接トランス２と、入力端子Ｔ１からの入力電力が充電回路１を介して供給されるコンデンサ３と、直列に接続される１次巻線Ｎ１とコンデンサ３とに並列に接続される放電用スイッチング素子４と、１次巻線Ｎ１と並列に接続されるバイパス用スイッチング素子５と、溶接トランス２の２次巻線Ｎ２に並列に接続される溶接電極６Ａ、６Ｂと、バイパス用スイッチング素子５にオン信号を与えずに充電回路１を通じて供給される入力電力によって１次巻線Ｎ１にリセット用の電流を流して溶接トランス２をリセット許容状態にしてから、充電回路１を通じて供給される入力電力によってバイパス用スイッチング素子５を介してコンデンサ３を充電させるようにバイパス用スイッチング素子５にオン信号を与える制御回路７と、を備える。
【００１８】
充電回路１は、コンデンサ３を充電するための回路であり、スイッチング素子を有していることの他には回路構成は特に限定されない。充電回路１について具体的な回路を図示しないが、幾つかの例を簡単に述べる。入力端子Ｔ１に外付けで接続される入力電源としては、単相もしくは三相の商用交流電源、又は発電機などが用いられる。入力電源が単相交流電力である場合には、整流用ダイオードをブリッジ構成に接続した単相全波整流回路とその直流出力側に直列接続されたサイリスタのような半導体スイッチとからなる開閉機能を有する充電回路、又は整流用ダイオードとサイリスタとをブリッジ構成に接続した開閉機能を有する単相の混合ブリッジ形全波整流回路などを充電回路１として用いてもよい。また、入力電源が三相交流電力である場合には、整流用ダイオードを三相ブリッジ構成に接続した三相全波整流回路とその直流出力側に直列接続された半導体スイッチとを備えた開閉機能を有する充電回路、又は整流用ダイオードとサイリスタとを三相ブリッジ構成に接続した開閉機能を有する三相の混合ブリッジ形全波整流回路などを充電回路１として用いてもよい。
【００１９】
溶接トランス２は、例えば１ターン程度の２次巻線Ｎ２とこれに比べて巻数の大きな１次巻線Ｎ１とを有する。溶接トランス２の２次巻線Ｎ２には、溶接電極６Ａ、６Ｂが並列に接続される。溶接電極６Ａ、６Ｂには、被溶接物が挟まれ、充電されたコンデンサ３からの放電電流が、溶接トランス２の１次巻線Ｎ１を通じて流れ、この電流が２次巻線Ｎ２を介して、１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２との巻数比に応じた電流が溶接電極６Ａ、６Ｂの間に挟まれた被溶接物に流れることで溶接される。
【００２０】
コンデンサ３は、１次巻線Ｎ１と直列に接続され、１次巻線Ｎ１とコンデンサ３との直列回路が充電回路１の両端に接続される。コンデンサ３としては、例えば、複数の有極性の電解コンデンサを並列に接続したブロックやこれらのブロックを複数個並列に接続したコンデンサバンク、又は無極性（両極性）の、例えばポリプロピレンフィルムコンデンサを複数個並列に接続したブロックやこれらのブロックを複数個並列に接続したコンデンサバンクなどを用いる。
【００２１】
放電用スイッチング素子４は、直列に接続される１次巻線Ｎ１とコンデンサ３とに並列に接続される。本実施形態では、放電用スイッチング素子４として放電用サイリスタ４を用いている。充電回路１を介して入力電力がコンデンサ３に供給され、コンデンサ３が充電される期間では放電用サイリスタ４は導通させない。充電されたコンデンサ３のエネルギーを放電させる際には、放電用サイリスタ４を導通させることで、コンデンサ３から１次巻線Ｎ１、放電用サイリスタ４に電流が流れる経路が形成される。このコンデンサ放電電流は、１次巻線Ｎ１を介して２次巻線Ｎ２、溶接電極６Ａ、６Ｂに流れ、溶接電極６Ａ、６Ｂ間に挟まれた被溶接物を溶接する。
【００２２】
バイパス用スイッチング素子５は、１次巻線Ｎ１と並列に接続される。本実施形態では、バイパス用スイッチング素子５としてバイパス用サイリスタ５を用いている。バイパス用サイリスタ５が導通すると、充電回路１からバイパス用サイリスタ５を介してコンデンサ３を充電する経路が形成される。
【００２３】
制御回路７は、放電用サイリスタ４やバイパス用サイリスタ５に制御信号を与える。制御回路７は、溶接トランス２がリセット許容状態になるとバイパス用サイリスタ５にオン信号を与える。ここで、溶接トランス２のリセット許容状態とは、例えば、コンデンサ３を充電し、充電したコンデンサを放電させて溶接電流を流す一連の溶接工程を継続的に行っても、溶接トランス２の偏磁が進まず、溶接トランス２が安定した動作を行うことができる状態を意味するものとする。また、制御回路７は、コンデンサ３が設定電圧値となった後、溶接トランス２に溶接電流を流すときに放電用サイリスタ４にオン信号を与える。具体的な制御信号の与え方については以下の動作説明で述べる。
【００２４】
次に動作について説明する。図２は、本発明に係るコンデンサ式溶接機の充電時の電圧及び電流の波形図である。図２（ａ）は、コンデンサ３の電圧波形である。図２（ｂ）は、溶接トランス２の１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ２の波形図であり、図２（ｃ）は、バイパス用サイリスタ５に流れる電流Ｉ３の波形図である。
【００２５】
通常、充電前の図２の時刻ｔ０では、図２（ａ）に示すコンデンサ３の電圧はゼロである。時刻ｔ０でコンデンサ３の充電を開始すると、入力端子Ｔ１から入力電力が充電回路１に入力され、充電回路１から図１に示した向きに充電電流Ｉ１がコンデンサ３側に流れる。このとき、通常、前の溶接工程でコンデンサ３からの放電電流が溶接トランス２に流れて溶接が行われる期間によって生じた偏磁分が解消されていないので、溶接トランス２はまだリセット許容状態にない。よって、制御回路７は、充電開始時には放電用バイパス用サイリスタ５にオン信号を与えずにオフ状態にしておく。
【００２６】
充電回路１からの充電電流Ｉ１は、溶接トランス２の１次巻線Ｎ１を通じて図１に示した電流Ｉ２の向きに流れ、コンデンサ３に流れる。バイパス用サイリスタ５は導通していないので、充電電流Ｉ１と溶接トランス２の１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ２は同じである。この電流Ｉ２は、溶接トランス２のリセット用の電流の役割をする。電流Ｉ２は、特に流れ始めのころは磁気リセット完了前のインダクタンス値の非常に大きい溶接トランス２の磁気リセットに用いられるため、電流Ｉ２の大きさが抑えられてしまう。その後、溶接トランス２の磁気リセットが進んで電流Ｉ２のうち溶接トランス２の磁気リセットに用いられる分が減ると、電流Ｉ２は、図２（ｂ）に示すように磁気リセット時よりも大きな電流が流れるようになり、コンデンサ３の電圧上昇率が増える。コンデンサの電圧は流れる電流の積分値に比例して増える。なお、この時刻ｔ０からｔ１までの間は、放電用サイリスタ４及びバイパス用サイリスタ５は導通させないので、制御回路７から放電用サイリスタ４及びバイパス用サイリスタ５にオン信号を与えずにオフ状態にしておく。このため、図２（ｃ）のバイパス用サイリスタ５に流れる電流Ｉ３はゼロとなる。
【００２７】
次に、制御回路７は、図２の時刻ｔ１で溶接トランス２がリセット許容状態になるとバイパス用サイリスタ５にオン信号を与え、導通可能な状態にする。具体的には、制御回路７は、例えば、１次巻線Ｎ１を通じて流れる電流によって充電されるコンデンサ３の電圧がリセット判断電圧設定値以上になると、又は、１次巻線Ｎ１を通じて流れる電流がリセット判断電流設定値以上になると、溶接トランス２がリセット許容状態になったものとして判断する。あるいは、コンデンサ３の電圧とそれより前のコンデンサ電圧３との差分電圧がリセット判断電圧設定値以上になると、又は、１次巻線Ｎ１を通じて流れる電流とそれより前の１次巻線Ｎ１を通じて流れる電流との差分電流がリセット判断電流設定値以上になると、溶接トランス２がリセット許容状態になったものとして判断してもよい。すなわち、微分電圧値又は微分電流値を用いることができる。その他に、１次巻線Ｎ１を通じて流れる電流が流れ始めてから所定時間経過すると、溶接トランス２がリセット許容状態になったものとして判断してもよい。制御回路は、以上のような方式で溶接トランス２がリセット許容状態になったものと判断すると、バイパス用スイッチング素子５にオン信号を与える。
【００２８】
上述の溶接トランス２のリセット許容状態の判断についてより詳細に説明する。溶接トランス２のリセット許容状態の判断には、コンデンサ３の両端電圧を用いることができる。コンデンサ３の両端電圧の検出手段としては、具体的には、例えば、図示しない２つの抵抗Ｒ１とＲ２とを直列に接続した電圧検出手段をコンデンサ３に並列に接続する。コンデンサ３の両端電圧は抵抗Ｒ１とＲ２とのインピーダンス比に応じて、それぞれの抵抗Ｒ１とＲ２との両端に電圧が印加される。制御回路７は、抵抗Ｒ１又はＲ２から検出される電圧値が、例えば、リセット判断電圧設定値以上か否かでリセット許容状態か否かを判断する。図２（ｂ）で示す充電開始の時刻ｔ０から１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ２が流れ始めのころは、溶接トランス２の磁気リセットのため１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ２の電流値が小さく、コンデンサ３の電圧上昇率も小さい。この期間での電圧検出値がリセット判断電圧設定値よりも低くなるようにリセット判断電圧設定値を設定しておく。１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ２のうち溶接トランス２の磁気リセットのために用いられる分が減ると、コンデンサに流れる電流が増えるためコンデンサの充電電圧の電圧上昇が増える。制御回路７は、電圧検出値がリセット判断電圧設定値以上になると、溶接トランス２がリセット許容状態にあると判断し、バイパス用サイリスタ５にオン信号を与える。
【００２９】
溶接トランス２のリセット許容状態の判断方法として、電流検出手段を用いることもできる。この電流検出手段は、充電回路１から１次巻線Ｎ１に流れる電流を検出するものであれば良い。具体的には、例えば、図示しないシャント抵抗やフォトカプラなどの電流検出に用いられる一般的な手段によって、充電回路１から１次巻線Ｎ１を通じてコンデンサ３に流れる経路の電流値を検出する。シャント抵抗等の電流検出手段の挿入位置はこの経路の電流を検出できる位置であれば特に限定されない。制御回路７は、電流検出手段によって検出される電流検出値が、例えば、リセット判断電流設定値以上か否かで溶接トランス２のリセット許容状態を判断する。上述と同様に、充電開始の時刻ｔ０から１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ２の流れ始めのころは、溶接トランス２の磁気リセットのために、１次巻線Ｎ１を通して流れる電流Ｉ２の電流値が小さくなるため、電流検出値がリセット判断電流設定値よりも低くなるようなリセット判断電流設定値を設定する。溶接トランス２のリセットがなされると１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ２の電流値は増加するので、上記の電流検出値がリセット判断電流設定値以上になる。制御回路７は、溶接トランス２がリセット許容状態にあると判断してバイパス用サイリスタ５にオン信号を与える。
【００３０】
また、例えば、上記のコンデンサ３の電圧検出手段を用いてコンデンサ３の電圧値を検出する。制御回路７は、検出した検出電圧を一定時間ごとにサンプリングしてサンプリング値を求め、直ぐ前のサンプリング値とそれより前に検出したサンプリング値との差分の差分電圧値を求める。その差分電圧値がリセット判断電圧設定値以上か否かでリセット許容状態か否かを判断することもできる。同様に、例えば、上記の電流検出手段を用いて、１次巻線Ｎ１に流れる電流を検出する。制御回路７は、検出した検出電流を一定時間ごとにサンプリングしてサンプリング値を求め、直ぐ前のサンプリング値とそれより前に検出したサンプリング値との差分の差分電流値を求める。その差分電流値がリセット判断電流設定値以上か否かでリセット許容状態か否かを判断することもできる。
【００３１】
その他に、時刻ｔ０から所定時間を経過したか否かによって溶接トランス２のリセット許容状態の判断をすることもできる。例えば、制御回路内に内蔵されるタイマーによって、時刻ｔ０でコンデンサの充電を開始してから、溶接トランス２のリセットがなされるのに必要な所定の時間が経過したかをカウントする。制御回路７は、時刻ｔ０から所定時間を経過すると溶接トランス２がリセット許容状態にあると判断し、バイパス用サイリスタ５にオン信号を与えるようにすることができる。
【００３２】
時刻ｔ１でバイパス用サイリスタ５が導通できる状態になると、バイパス用サイリスタ５は１次巻線Ｎ１と並列に接続されるため、充電回路１からの充電電流Ｉ１は、バイパス用サイリスタ５を通じてコンデンサ３に流れる経路と、１次巻線Ｎ１を通じてコンデンサ３に流れる経路とにそれぞれのインピーダンスに応じて分流される。しかし、１次巻線Ｎ１は大きなインダクタンスを持っているため、バイパス用サイリスタ５よりもインピーダンスが大きい。このため、充電回路１からの電流Ｉ１は、インピーダンスの低いバイパス用サイリスタ５を介して電流Ｉ３が矢印の向きに流れ、１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ２はほとんど流れない。よって、コンデンサ３はバイパス用サイリスタ５に流れる電流Ｉ３によって充電されることになる。時刻ｔ１後には、図２（ｃ）に示すバイパス用サイリスタ５に流れる電流Ｉ３が流れており、図２（ｂ）に示す１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ２はほとんど流れていない。また、図２（ａ）のコンデンサの電圧は、時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、時刻ｔ０〜ｔ１の期間よりも、コンデンサに流れる電流に応じて電圧の上昇が大きくなっている。つまり、時刻ｔ１の後は、インダクタンスの大きな１次巻線Ｎ１を通して流れないので、コンデンサ３の充電電流が大きくなり、コンデンサ３の充電速度を向上させることができる。
【００３３】
図２の時刻ｔ２でコンデンサ３の電圧が設定電圧に達すると、コンデンサ３の充電は完了する。このため、時刻ｔ２で充電回路１が電気的に切り離される。上述したように、図示しないが充電回路１にはスイッチング素子が含まれており、充電回路１からコンデンサ側へ供給する入力電力を調整している。充電回路１内のスイッチング素子が導通する場合は、通常、図１に示した向きに充電電流Ｉ１が流れる。なお、図２（ｂ）に示す一例で１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ２、図２（ｃ）のバイパス用サイリスタ５に流れる電流Ｉ３が断続的に流れているのは、充電電流Ｉ１が充電回路１内のスイッチング素子のオンオフ動作によって断続的にコンデンサ３側へ供給されるためである。入力端子Ｔ１から入力される電力が三相交流の場合は、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示される電流は、各相間を流れる３つの電流の合流であってもよい。
【００３４】
時刻ｔ２では、具体的には充電回路１内のスイッチング素子がオフ状態となることで充電回路はコンデンサ３側とは切り離されることになる。バイパス用スイッチング素子５は、充電電流Ｉ１の電流が流れなくなり、バイパス用スイッチング素子５に流れる電流Ｉ３が例えば約ゼロアンペアまで小さくなると自然消孤によりオフする。
【００３５】
時刻ｔ２で充電が完了すると、その後、コンデンサ３の放電動作により溶接が行われる。制御回路７から放電用サイリスタ４にオン信号が与えられ、図２（ａ）に示した設定電圧で充電されたコンデンサ３から１次巻線Ｎ１を図１の電流Ｉ２と逆の向きに、放電用サイリスタ４を介して放電電流が流れる。１次巻線Ｎ１に流れる放電電流は、２次巻線Ｎ２を介して溶接電極６Ａ及び６Ｂ間に挟まれた被溶接物に溶接電流を流して溶接する。放電用サイリスタ４は、コンデンサ３及び１次巻線Ｎ１側から図１に示したＩ２と逆向きの電流が約ゼロアンペアまで小さくなると自然消孤によりオフする。その後、溶接が終わると溶接電極６Ａ及び６Ｂ間に挟まれた被溶接物は取り出され、溶接工程の１サイクルが終了する。
【００３６】
制御回路７は、充電回路１内の図示しないスイッチング素子がオン又はオフする時間をデューティー比制御や周波数制御によって制御するので、充電回路１からコンデンサ３側へ供給される入力電力が制御される。充電開始の時刻ｔ０からリセット許容状態となる時刻ｔ１の間は、充電電流Ｉ１が、充電回路１から１次巻線Ｎ１、コンデンサ３を通じて流れる。充電動作の一例として、充電開始時には、ソフトスイッチング動作を行うために、充電回路１内の図示しないスイッチング素子が導通する時間、つまりオン時間幅を最小オン時間幅などに設定して動作させるが、その後、溶接トランス２の磁気リセットを早く完了させるために、充電回路１内のスイッチング素子のオン時間幅を徐々に広げて動作させ、入力電力の供給量を増やす。なお、充電回路１は通常、定電流動作となるように制御される。
【００３７】
ところが、溶接トランス２がリセット許容状態になってバイパス用スイッチング素子５を導通させるときに、充電回路１内のスイッチング素子のオン時間幅を、リセット許容状態となる直前、つまり磁気リセット用に溶接トランス２の１次巻線に電流を流していたときのオン時間幅の長さのままで動作させると、充電電流Ｉ１のほとんどがバイパス用サイリスタ５を介してコンデンサ３に流れるため、瞬時に大電流が流れてしまう可能性がある。今までインピーダンスの大きい１次巻線Ｎ１を流れていた充電電流Ｉ１が、インピータンスの低いバイパス用サイリスタ５を流れるようになるためである。この大電流が急激に流れることによってバイパス用スイッチング素子が破壊されるおそれがある。
【００３８】
そこで、バイパス用スイッチング素子５に電流を流すときは、制御回路７はバイパス用スイッチング素子５に過大な電流が流れないように制限されたオン時間幅、例えば最小オン時間幅などで充電回路１の不図示のスイッチング素子が導通するように動作させる。より具体的には、制御回路７は、溶接トランス２がリセット許容状態となってバイパス用サイリスタ５を介して充電回路１からの電流を流し始めるときは、充電回路１の不図示のスイッチング素子がリセット許容状態となる前に溶接トランス２の１次巻線Ｎ１を通じて電流を流していたときの最大のオン時間幅よりも短いオン時間幅で導通させるように充電回路１内のスイッチング素子を制御する。
【００３９】
例えば、充電回路１のスイッチング素子にサイリスタを用いる場合に、リセット許容状態となるときに充電回路１のスイッチング素子のオン時間幅が最大となれば、溶接トランス２がリセット許容状態となってバイパス用サイリスタ５を介して充電回路１からの電流を流し始めるときは、制御回路７は上記最大のオン時間幅よりも短いオン時間幅で導通するように充電回路１のスイッチング素子を制御する。また、例えば、充電回路１のスイッチング素子にＦＥＴなどのスイッチング素子を用いて、リセット許容状態となるとすぐにＦＥＴをオフし、リセット許容状態となる期間のオン時間幅が最大にならない場合は、それより前に最大となるオン時間幅を基準とする。制御回路７は、この最大オン時間幅よりも短いオン時間幅で導通するように、バイパス用サイリスタ５を介して充電回路１からの電流を流し始めるときに充電回路１のスイッチング素子を制御する。これにより、コンデンサ３の高速充電を図りつつ、バイパス用スイッチング素子５が導通したときに大電流が流れることを防止することができる。
【００４０】
なお、上記の場合において、溶接トランス２がリセット許容状態となった後は、バイパス用スイッチング素子５を導通させる前に、充電回路１からの入力電圧が供給されないように充電回路１の不図示のスイッチング素子のオン信号を与えないようにしてもよい。その後は、上記と同様に、バイパス用スイッチング素子５に流れる電流を制限するために、充電回路１のスイッチング素子がリセット許容状態となる前に溶接トランス２の１次巻線Ｎ１を通じて電流を流していたときの最大のオン時間幅よりも短いオン時間幅で充電回路１のスイッチング素子を再度導通させて、バイパス用スイッチング素子５を通じてコンデンサ３を充電する。これにより、バイパス用スイッチング素子５が導通したときに大電流が流れることをより確実に防止することができる。
【００４１】
本発明のコンデンサ式溶接機及びその充電方法における各部の構成、構造、数、配置、形状、材質などに関しては、上記具体例に限定されず、当業者が適宜選択的に採用したものも本発明の範囲に包含される。より具体的には、例えば、半導体スイッチとしてサイリスタの記号により例示したものなどは、これら特定の電気素子には限定されず、同様の機能または作用を有する単一の電気素子あるいは複数の電気素子を含む電気回路として構成することができ、これらすべての変形は、本発明の範囲に包含される。同様に、回路の具体的な構成や、ダイオード、抵抗、スイッチング素子をはじめとする各回路素子の数や配置関係などについても、当業者が適宜設計変更したものは本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４２】
Ｔ１：入力端子
１：充電回路
２：溶接トランス
Ｎ１：溶接トランス２の１次巻線
Ｎ２：溶接トランス２の２次巻線
３：コンデンサ
４：放電用サイリスタ（放電用スイッチング素子）
５：バイパス用サイリスタ（バイパス用スイッチング素子）
６Ａ、６Ｂ：溶接電極
７：制御回路
Ｉ１：充電電流
Ｉ２：溶接トランス２の１次巻線Ｎ１に流れる電流
Ｉ３：バイパス用サイリスタ（バイパス用スイッチング素子）５に流れる電流
【図１】
0005538656.tif 000002
【図２】
0005538656.tif 000003