(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接用電極（２）に電流を供給するための溶接用電源（１）であって、前記溶接用電源（１）は、
前記溶接用電源（１）からの電流を出力するための出力部（３）と、
陽極（５）及び陰極（６）を備えた直流源（４）と、
前記直流源（４）から前記出力部（３）への前記電流を制御するための切替装置（７）と、
前記出力部（３）への前記電流を測定するための電流計（８）と、
前記直流源（４）及び前記切替装置（７）を制御するための制御ユニット（９）と、
前記制御ユニット（９）に接続され、前記電流に対する少なくとも１つの第１の設定点を前記出力部（３）に入力するように構成されている入力装置（１０）と、を含み、
前記制御ユニット（９）は、正の最高値（Ｉｍａｘ＋）を有する正電流パルス（１１）と、負の最高値（Ｉｍａｘ−）を有する負電流パルス（１２）との一連の交流形態で前記出力部（３）に電流を供給し、尚且つ、正電流パルス（１１）と負電流パルス（１２）との切替えを行う前に、前記負の最高値（Ｉｍａｘ−）から負の切替値（Ｉｘ−）に、前記正の最高値（Ｉｍａｘ＋）から正の切替値（Ｉｘ＋）に、それぞれ、前記電流パルスの前記電流を下げるため、前記直流源（４）及び前記切替装置（７）を制御するように構成されており、
前記制御ユニット（９）は、測定電流と、設定済の前記第１の設定点とに応じて、前記電流パルスの前記電流と、前記負の切替値（Ｉｘ−）と前記正の切替値（Ｉｘ＋）の少なくとも一つのレベルと、を下げる時点の少なくとも一つに関して前記切替装置（７）を制御するように構成されており、
前記制御ユニット（９）は、平均整流電流値を測定し、平均の実測整流電流値が前記電流の第１の設定点と等しくなるように、前記直流源（４）を制御するようにさらに構成されていることを特徴とする、溶接用電源（１）。
【請求項２】
前記負の最高値（Ｉｘ−）が前記第１の設定点に依存し、前記負の切替値（Ｉｘ−）が前記第１の設定点の関数として設定され、尚且つ、負電流パルス（１２）から正電流パルス（１１）への切替えが、前記電流が前記負の切替値（Ｉｘ−）に到達した後に起こる、請求項１に記載の溶接用電源（１）。
【請求項３】
前記負の切替値（Ｉｘ−）が前記第１の設定点の線形関数である、請求項２に記載の溶接用電源（１）。
【請求項４】
前記正の最高値（Ｉｍａｘ＋）も前記第１の設定点に依存し、前記正の切替値（Ｉｘ＋）が前記第１の設定点の関数として設定され、尚且つ、正電流パルス（１１）から負電流パルス（１２）への切替えが、前記電流が前記正の切替値（Ｉｘ＋）に到達した後に起こる、請求項２又は３に記載の溶接用電源（１）。
【請求項５】
前記第１の設定点が、前記負電流パルス（１２）中の平均整流電流値に対する設定点であり、前記制御ユニット（９）が、前記平均整流電流値を測定し、尚且つ、前記負電流パルス（１２）中の平均整流電流値が前記第１の設定点に対応するように前記負の最高値（Ｉｍａｘ−）を設定するように構成されている、請求項１又は２に記載の溶接用電源（１）。
【請求項６】
前記入力装置（１０）がさらに、前記電流に対する第２の設定点を前記出力部（３）に入力するように構成されている、請求項１、２、又は３に記載の溶接用電源（１）。
【請求項７】
前記正の最高値（Ｉｍａｘ＋）が前記第２の設定点に依存し、前記正の切替値（Ｉｘ＋）が前記第２の設定点の関数として設定され、尚且つ、正電流パルス（１１）から負電流パルス（１２）への切替えが、前記電流が前記正の切替値（Ｉｘ＋）に到達した後に起こる、請求項６に記載の溶接用電源（１）。
【請求項８】
前記第２の設定点が、前記正電流パルス（１１）中の平均整流電流値に対する設定点であり、前記制御ユニット（９）が、前記平均整流電流値を測定し、尚且つ、前記負電流パルス（１２）中の平均整流電流値が前記第１の設定点に対応するように前記負の最高値（Ｉｍａｘ−）を設定するように構成されている、請求項７に記載の溶接用電源（１）。
【請求項９】
前記正の最高値（Ｉｍａｘ＋）が前記第１の設定点に依存し、前記正の切替値（Ｉｘ＋）が前記第１の設定点の関数として設定され、尚且つ、正電流パルス（１１）から負電流パルス（１２）への切替えが、前記電流が前記正の切替値（Ｉｘ＋）に到達した後に起こる、請求項１に記載の溶接用電源（１）。
【請求項１０】
前記入力装置（１０）がさらに、前記電流に対する第２の設定点を前記出力部（３）に入力するようになっており、前記負の最高値（Ｉｍａｘ−）が前記第２の設定点に依存し、前記正の切替値（Ｉｘ＋）が前記第１の設定点の関数として設定され、尚且つ、正電流パルス（１１）から負電流パルス（１２）への切替えが、前記電流が前記正の切替値（Ｉｘ＋）に到達した後に起こる、請求項９に記載の溶接用電源（１）。
【請求項１１】
前記第１の設定点が、前記電流パルスが送信される周波数に対する設定点を設定し、前記制御ユニット（９）が、設定された同一の正の最高値（Ｉｍａｘ＋）を有する正電流パルス（１１）の少なくとも一つ前で、前記正の最高値（Ｉｍａｘ＋）から前記正の切替値（Ｉｘ＋）に前記電流を低下させる時間に応じて、正電流パルス（１１）の前記電流を低下させる開始時点を制御するように構成されている、請求項１に記載の溶接用電源（１）。
【請求項１２】
前記切替装置（７）が、前記直流源の陽極（５）と前記直流源の陰極（６）との間に接続される第１のブリッジ（２０）に直列接続される第１の制御可能な切替素子（１８）と第２の制御可能な切替素子（１９）と、前記直流源（４）の陽極（５）と前記直流源（４）の陰極（６）との間に接続される第２のブリッジ（２５）に直列接続される第３の制御可能な切替素子（２３）と第４の制御可能な切替素子（２４）と、を含み、前記出力部（３）が、前記第１の制御可能な切替素子（１８）と前記第２の制御可能な切替素子（１９）との間の第１の接続部（２６）と、前記第３の制御可能な切替素子（２３）と前記第４の制御可能な切替素子（２４）との間の第２の接続部（２７）とに接続され、前記第１の切替素子（１８）及び前記第３の切替素子（２３）が、前記直流源の陽極（５）に接続され、前記第２の切替素子（１９）及び前記第４の切替素子（２４）が、前記直流源（４）の陰極（６）に接続される、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の溶接用電源（１）。
【請求項１３】
前記第１の制御可能な切替素子（１８）及び前記第４の制御可能な切替素子（２４）が、正電流パルス（１１）の送信中に導電している、請求項１２に記載の溶接用電源（１）。
【請求項１４】
前記制御可能な切替素子（１８、１９、２３、２４）のうち少なくとも一つが、制御可能な半導体素子である、請求項１３に記載の溶接用電源（１）。
【請求項１５】
前記制御可能な切替素子（１８、１９、２３、２４）の全部が、制御可能な半導体素子である、請求項１３に記載の溶接用電源（１）。
【請求項１６】
前記制御可能な半導体素子のうち少なくとも一つが、ＩＧＢＴトランジスタ（分離ゲートバイポーラトランジスタ）である、請求項１４に記載の溶接用電源（１）。
【請求項１７】
前記制御可能な半導体素子の各々が、ＩＧＢＴトランジスタである、請求項１５に記載の溶接用電源（１）。
【請求項１８】
前記切替素子（１８、１９、２３、２４）の各々と並列に過電圧保護（３８、３９）が配置されている、請求項１２乃至１７のいずれか１項に記載の溶接用電源（１）。
【請求項１９】
前記過電圧保護（３８、３９）がツェナーダイオードを含む、請求項１８に記載の溶接用電源（１）。
【請求項２０】
前記溶接用電源（１）が、前記負の最高値（Ｉｍａｘ−）から前記負の切替値（Ｉｘ−）に、前記正の最高値（Ｉｍａｘ＋）から前記正の切替値（Ｉｘ＋）に、それぞれ、前記電流パルスの前記電流を下げるために、前記直流源（４）をオフにするように構成されている、請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の溶接用電源（１）。
【請求項２１】
前記制御ユニット（９）がマイクロプロセッサ（１７）を含む、請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の溶接用電源（１）。
【請求項２２】
前記制御ユニット（９）が、平均整流電流値が前記電流の設定済の第１の設定点に対応するように、前記出力部（３）からの前記平均整流電流値を測定し、前記直流源（４）からの前記電流を制御するように構成されている、請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の溶接用電源（１）。
【請求項２３】
前記制御ユニット（９）が、前記直流源（４）を監視し、前記直流源（４）が最大時間を超える期間に最大電流を供給する場合、前記直流源（４）が前記最大値よりも低い電流を供給するように、前記電流に対する第１の設定点を下げるように構成されている、請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の溶接用電源（１）。
【請求項２４】
前記制御ユニット（９）が、溶接用ケーブルと前記切替装置とのインダクタンスを測定するように構成されており、前記制御ユニットが、前記インダクタンスが最大インダクタンス値を超える場合、前記インダクタンスの関数である、前記電流の制限設定点でのみ溶接が可能なように構成されている、請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の溶接用電源（１）。
【請求項２５】
前記溶接用ケーブルと前記切替装置とのインダクタンスを測定するための前記溶接用電源が、所定の試験用最高値で正電流パルス（１１）及び負電流パルス（１２）を送信し、前記電流が前記試験用最高値から対応する切替値（Ｉｘ＋、Ｉｘ−）に降下する時間を測定し、測定時間を所定の最大試験時間と比較するように構成されている、請求項２４に記載の溶接用電源（１）。
【請求項２６】
前記制御ユニット（９）が、前記測定時間が最大試験時間を超える場合、前記溶接用電源（１）をオフにするように構成されている、請求項２５に記載の溶接用電源（１）。
【請求項２７】
前記第１のブリッジ（２０）及び前記第２のブリッジ（２１）と並列して、コンデンサ装置（２１）が構成され、正電流パルス（１１）と負電流パルス（１２）との間の切替時に充電されるように構成されている、請求項２４に記載の溶接用電源（１）。
【請求項２８】
前記溶接用ケーブルと前記切替装置とのインダクタンスを測定するための前記制御ユニット（９）が、
前記電流の所定の開始値で整流を行い、
前記整流中にコンデンサ装置の電圧を測定し、
前記コンデンサ装置の電圧が前記整流中に最大の試験用最高値よりも低くなるまで、前記開始値から前記電流を下げ、
前記電流が前記最大の試験用最高値よりも低い場合、前記電流の切替値を測定し、
前記電圧が前記最大の試験用最高値よりも低い場合、前記電流の実測切替値と前記コンデンサ装置の実測電圧とからインダクタンス値を算出する、
ように構成されている、請求項２４又は２７に記載の溶接用電源（１）。
【請求項２９】
正の最高値（Ｉｍａｘ＋）を有する正電流パルス（１１）と、負の最高値（Ｉｍａｘ−）を有する負電流パルス（１２）との一連の交流形態で、出力部（３）から溶接用電極（２）に電流を供給するための溶接用電源（１）における電流を制御する方法であって、前記方法は、
前記出力部（３）への前記電流に対する少なくとも１つの第１の設定点を受ける工程と、
前記出力部（３）への前記電流を測定する工程と、
平均整流電流値を測定し、平均の実測整流電流値が前記電流の第１の設定点と等しくなるように、前記出力部（３）を供給する直流源（４）を制御する工程と、
正電流パルス（１１）と負電流パルス（１２）との切替えを行う前に、前記負の最高値（Ｉｍａｘ−）から負の切替値（Ｉｘ−）に、前記正の最高値（Ｉｍａｘ＋）から正の切替値（Ｉｘ＋）に、それぞれ、前記電流パルス（１１、１２）の電流を下げる工程と、
測定電流と、設定済の前記第１の設定点とに応じて、前記電流パルスの電流と、前記負の切替値（Ｉｘ−）及び前記正の切替値（Ｉｘ＋）の少なくとも一つのレベルと、を下げる時点の少なくとも一つに関して前記電流パルス（１１、１２）を制御する工程と、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項３０】
出力部（３）を備えた溶接用電源（１）を制御するためのコンピュータプログラムを格納したコンピュータプログラム製品であって、コンピュータ上で実行中の前記コンピュータプログラムは、前記コンピュータに、
正の最高値（Ｉｍａｘ＋）を有する正電流パルス（１１）と、負の最高値（Ｉｍａｘ−）を有する負電流パルス（１２）との一連の交流形態で、前記出力部（３）からの電流を制御するための制御信号を送出させ、
前記出力部（３）への前記電流に対する少なくとも１つの第１の設定点を受け入れ可能に、かつ前記出力部（３）への測定電流の情報を有する信号を受け入れ可能になるようにし、正電流パルス（１１）と負電流パルス（１２）との切替えを行う前に、前記負の最高値（Ｉｍａｘ−）から負の切替値（Ｉｘ−）に、前記正の最高値（Ｉｍａｘ＋）から正の切替値（Ｉｘ＋）に、それぞれ、前記電流パルス（１１、１２）の電流を下げるための制御信号を送出させ、
受信した測定電流と、設定済の前記第１の設定点とに応じて、前記電流パルスの電流と、前記負の切替値（Ｉｘ−）と前記正の切替値（Ｉｘ＋）の少なくとも一つのレベルと、を下げる時点の少なくとも一つに関して前記電流パルス（１１、１２）を制御させ、
平均整流電流値を測定させ、平均の実測整流電流値が前記電流の第１の設定点と等しくなるように、前記出力部（３）を供給する直流源（４）を制御させることを特徴とする、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接のための溶接用電源に関する。特に、本発明は、正及び負の交流パルスによるアーク溶接用に構成された溶接用電源に関する。本発明はまた、かかる溶接用電源の電流を制御する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接は、例えば、板金などの金属体を接合する周知の方法である。多くの異なる溶接方法があり、アーク溶接はその一つである。アーク溶接中には、工作物を接合するために、溶接用工具の溶接用電極から工作物（単数又は複数）に高電流を流す。高電流により、工作物（単数又は複数）の一部及び溶接用電極も溶かすことが可能なアークが生成される。場合によっては、アークを駆動するために交流電流を用いることが好ましく、これは、ＡＣ−アーク溶接と呼ばれる。ＡＣ−アーク溶接は、例えば、アルミニウムの溶接中に用いるのが有利である。そのため、ＡＣ−アーク溶接中、電流は、溶接用電極から溶接用電極に交互に向けられる。
【０００３】
ＡＣ−アーク溶接のための溶接用電源は、通常、電源用入力部と、直流電流電圧を生成するために入力部に接続された整流器とを含む。整流器の出力部は、インバータに接続され、ここで、直流電流は、高周波数の交流電流電圧に変換される。高周波数の交流電流電圧は、低電圧に変換され、溶接出力部でスイッチングネットに供給するために整流される。ここで、スイッチングネットは、溶接出力部と、溶接出力部に接続された溶接用電極とに正電圧及び負電圧をそれぞれ、正の期間及び負の期間に交互に供給する。正の期間及び負の期間の電流の大きさは、通常、達成される溶接目的に合うように設定される。
【０００４】
溶接出力部及び溶接用電極への正電圧と負電圧との間の遷移中、スイッチングネットは、出力部への電流をまず初めに切断すると同時に、電流を反対方向に供給するように制御される。しかしながら、出力部と溶接用電極、及び出力部と工作物との間のそれぞれの溶接用ケーブルにはインダクタンスが存在するため、電流の方向を瞬時に変えることができない。さらに、出力部への電流を切断することにより、高電圧がスイッチングネットに蓄積してしまう。この高電圧は、スイッチングネット及び電源に有害となる場合がある。電圧は、とりわけ溶接用ケーブルのインダクタンスに依存し、これはさらに溶接用ケーブルの長さ及び位置に依存する。
【０００５】
正電圧と負電圧間の切替えで溶接用ケーブルのインダクタンス及びスイッチングネットにより高電圧が生じ得ることを除けば、前記インダクタンスにより、正の期間及び負の期間のそれぞれで、設定された大きさに電流が到達できない場合もある。
【０００６】
正電流パルスと負電流パルスの切替えで生じ得る別の問題は、大きな音であり、これは、溶接用電源の操作者にとって耳障りとなる場合がある。
【０００７】
米国特許第６１１１２１６号には、正電位と負電位間の切替えで電源の出力部に電圧が蓄積する問題の解決策が記載されている。前記米国特許に記載の電源では、正電流と負電流との切替えを行う前に、インバータをしばらくの間オフにする。溶接用ケーブルを介した電流は、その後ゆっくりと減衰していく。電流が所定のレベルに到達すると、電流の方向を変える。方向を切り替えるように制御する前に電流を低いレベルに低下させていることにより、元のレベルから切替えを行っていた場合のものよりも、より小さなピーク電圧が切替え中に得られる。
【０００８】
しかしながら、米国特許に記載の解決策に対する問題は、溶接中の平均整流電流値が、電流の方向を切替える前にインバータをオフにすることにより小さくなってしまう点である。溶接用ケーブルのインダクタンスが大きいと、電流が減衰する時間はかなりかかる場合がある。これにより、溶接中にアークが不安定化したり、さらには、溶接結果が悪くなったりする。
【０００９】
電源の設計や溶接用ケーブルの長さに加えて、電流の減衰時間は、溶接用ケーブルの位置にも依存するため、電流の減衰時間は、溶接中に変わる場合がある。そのため、電流方向の切替え時点が不確定なものとなってしまう。さらには、電流を切替えるための所望の設定周波数が保持できなくなってしまう。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の目的は、上記の課題の１つを少なくとも部分的に解決する溶接用電源を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、電流出力器を備えた溶接用電源を提供することであり、溶接用電源は、良好な結果の溶接を可能にするために平均整流電流値を十分に高いレベルで保持するように、正極性から負極性に電流を切り替える前に電流を低下させるように構成されている。
【００１２】
本発明の別の目的は、上記の課題の１つを少なくとも部分的に解決する溶接用電源の制御方法を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、電流出力器を備えた溶接用電源の制御方法を提供することであり、良好な結果の溶接を可能にするために平均整流電流値を十分に高いレベルで保持するように、正極性から負極性に電流を切り替える前に電流を低下させる。
【００１４】
これらの目的の少なくとも一つは、添付された独立請求項による溶接用電源又は方法により満たされる。
【００１５】
本発明のさらなる利点は、以下の従属請求項に記載の特徴により提供される。
【００１６】
溶接用電極に電流を供給するための本発明による溶接用電源は、溶接用電源からの電流を出力するための出力部と、陽極と陰極とを備えた直流源と、直流源から出力部への電流を制御するためのスイッチング装置と、出力部への電流を測定するための電流計と、直流源及びスイッチング装置を制御するための制御ユニットと、制御ユニットに接続され、電流に対する少なくとも第１設定点を出力部に入力するように構成されている入力装置とを含む。制御ユニットは、正の最高値を有する正電流パルスと、負の最高値を有する負電流パルスとの一連の交流形態で出力部に電流を供給し、尚且つ、正電流パルスと負電流パルスとの切替えを行う前に、負の最高値から負のスイッチング値に、正の最高値から正のスイッチング値に、それぞれ、電流パルスの電流を下げるため、直流源及びスイッチング装置を制御するように構成されている。制御ユニットは、測定電流と、設定済の前記第１設定点とに応じて、電流パルスの電流と、負のスイッチング値と正のスイッチング値の少なくとも一つのレベルと、を下げる時点の少なくとも一つに関してスイッチング装置を制御するように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明による溶接用電源によれば、正電流パルスと負電流パルスとの切替えを行う前に電流が下がるという欠点を最小限にする。所与の最高値に対する平均整流電流値は、本発明による溶接用電源により最大にすることができる。負のスイッチング値と正のスイッチング値が少なくとも一つのレベルである場合、溶接用電源は、スイッチング値の少なくとも一つを電流の第１設定点に依存させるように構成してもよい。溶接用電源は、設定点が増すにつれてスイッチング値が増すように構成されていることが有利である。
【００１８】
電流パルスの電流を下げる時点を適応することは、先に送信された電流パルスの測定電流に応じて行うことが有利である。これにより、溶接用電源内のインダクタンス及び溶接用電源への電流を下げる時点に適応させることができる。その結果、電流方向を切り替える時間になる前に電流をスイッチング値に下げる時間があり、電流パルスを所望の周波数に維持することができる。このようにして、電流を下げて電流方向を切り替える時間が最小化され、これにより、アークを溶接中に安定させることができる。
【００１９】
溶接用電源は、電流を下げる時点に適応し、尚且つ、スイッチング値が設定点に依存するように構成されていることが有利である。上述のように構成されている溶接用電源により、正の最高値と負の最高値とから対応するスイッチング値に電流を低下させることで生じる平均整流電流値への影響を最小限にすることができる。
【００２０】
溶接用電源は、正電流パルス及び負電流パルスの最大電流を制御するように構成されていることが有利であり、これにより、平均整流電流値は、対応する設定点と等しくなる。
【００２１】
溶接用電源は、負の最高値が第１設定点に依存し、負のスイッチング値が第１設定点の関数として設定され、尚且つ、負電流パルスから正電流パルスへの切替えが、電流が前記負のスイッチング値に到達した後に起こるような構成としてもよい。切替えは、電流が負のスイッチング値に到達した後すぐに起こっても、電流パルスの所望の周波数に適応する時点に起こってもよい。
【００２２】
溶接用電源は、負のスイッチング値が第１設定点の線形関数であるような構成としてもよい。かかる依存度は、複雑ではなく、簡単な手段で容易に達成することができる。或いは、負のスイッチング値が第１設定点にどんな依存度も有することができることは言うまでもない。
【００２３】
溶接用電源は、正の最高値が第１設定点に依存し、正のスイッチング値が設定点の関数として設定され、尚且つ、正電流パルスから負電流パルスへの切替えが、電流が前記正のスイッチング値に到達した後に起こるような構成としてもよい。操作者によって、正電流パルス及び負電流パルスの両方を制御する電流パルスの設定点を一つだけに設定することが最も容易である。
【００２４】
溶接用電源は、第１設定点が負電流パルス中の平均整流電流値に対する設定点であるような構成としてもよく、ここで、制御ユニットは、平均整流電流値を測定し、尚且つ、負電流パルス中の平均整流電流値が第１設定点に対応するように負の最高値を設定するように構成されている。溶接用電源のかかる構成により、負の最高値は、設定点には直接依存しないが、設定点に依存する。溶接用電源のユーザにとっては、これは、溶接結果が平均整流電流値に主に依存するので有利である。
【００２５】
入力装置はまた、電流に対する第２の設定点を出力部に入力するように構成されていてもよい。
【００２６】
正の最高値は、第２の設定点に依存してもよく、ここで、正のスイッチング値は、第２の設定点の関数として設定され、正電流パルスから負電流パルスへの切替えは、電流が前記正のスイッチング値に到達した後に起こる。２つの異なる設定点を設定できる場合、溶接用電源のユーザが、溶接結果を制御できる可能性がより大きくなる。
【００２７】
正電流パルス中の平均整流電流値に対する設定点は、第２の設定点に依存してもよく、ここで、制御ユニットは、平均整流電流値を測定し、尚且つ、負電流パルス中の平均整流電流値が第１設定点に対応するように負の最高値を設定するように構成されている。上述したものと同様にして、この場合も、最高値は、設定点に直接依存しないが、溶接用電源のユーザにとっては、これは、溶接結果が平均整流電流値に主に依存するので有利である。
【００２８】
第１設定点は、電流パルスが送信される周波数に対する設定点であってもよく、制御ユニットは、設定された同一の正の最高値をもつ正電流パルスの少なくとも一つ前で、正の最高値から正のスイッチング値に電流を低下させる時間に応じて、正電流パルスの電流を下げる開始時点を制御するように構成されている。このようにして、電流を下げる時点と電流方向を切り替える時点との間の時間を最小化するために、電流の低下を正確な時点で開始することができ、それと同時に、電流パルスに特定周波数を維持することができる。
【００２９】
溶接用電源は、正の最高値が第１設定点に依存し、正のスイッチング値が第１設定点の関数として設定され、尚且つ、正電流パルスから負電流パルスへの切替えが、電流が前記正のスイッチング値に到達した後に起こるような構成としてもよい。これは、負電流パルスに関して上述したことと等価であり、上述したように対応する利点を有する。
【００３０】
入力装置は、電流に対する第２の設定点を出力部に入力するようになっており、負の最高値が第２の設定点に依存し、正のスイッチング値が前記第１設定点の関数として設定され、尚且つ、正電流パルスから負電流パルスへの切替えが、電流が前記正のスイッチング値に到達した後に起こるように構成されていてもよい。これは、負電流パルスに関して上述したことと等価であり、上述したように対応する利点を有する。
【００３１】
要約すれば、入力装置には、任意の数の設定点を設定することができる。周波数に対して設定点を設定可能な溶接用電源は、正及び／又は負電流パルスにおける最高値に対して１つ以上の他の設定点を設定することもできる。
【００３２】
スイッチング装置は、直流源の陽極と直流源の陰極との間に接続される第１のブリッジに直列接続される第１の制御可能なスイッチング素子と第２の制御可能なスイッチング素子のみならず、直流源の陽極と直流源の陰極との間に接続される第２のブリッジに直列接続される第３の制御可能なスイッチング素子と第４の制御可能なスイッチング素子とを含んでもよい。出力部は、第１の制御可能なスイッチング素子と第２の制御可能なスイッチング素子との間の第１の接続部と、第３の制御可能なスイッチング素子と第４の制御可能なスイッチング素子との間の第２の接続部とに接続されていてもよい。第１のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子は、直流源の陽極に接続され、第２のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子は、直流源の陰極に接続されていてもよい。
【００３３】
かかる構成のスイッチング装置により、溶接用電源からの電流パルスの良好な制御性が得られる。
【００３４】
第１の制御可能なスイッチング素子及び第４の制御可能なスイッチング素子は、正電流パルスの送信中に導電していてもよい。
【００３５】
制御可能なスイッチング素子の少なくとも一つ、好ましくは全部の制御可能なスイッチング素子は、制御可能な半導体素子であってもよい。制御可能な半導体素子は可動部品なしで良好な制御性を提供するため、制御可能な半導体素子が好ましい。
【００３６】
少なくとも一つの制御可能な半導体素子、好ましくは各々の制御可能な半導体素子は、ＩＧＢＴトランジスタ（分離ゲートバイポーラトランジスタ）であってもよい。かかるトランジスタは、スイッチング素子を制御するために、最小数の周辺部品で良好な制御性が得られると同時に、大電流にも使用することができる。或いは、例えば、サイリスタや他の種類のトランジスタなどの他のスイッチング素子を使用できることは言うまでもない。
【００３７】
スイッチング素子の各々と並列に過電圧保護が構成されていてもよい。過電圧保護により、スイッチング素子における電圧は、スイッチング素子に損傷を与える危険がないレベルに制限される。
【００３８】
過電圧保護は、ツェナーダイオードを含んでもよいが、対応する機能を備えた他の素子で構成されてもよい。
【００３９】
溶接用電源は、負の最高値から負のスイッチング値に、正の最高値から正のスイッチング値に、それぞれ、電流パルスの電流を下げるために、直流源をオフにするように構成されていてもよい。直流源をオフにすることで、いずれか１つの最高値から対応するスイッチング値に電流を下げる時間が最小化される。
【００４０】
溶接用電源の制御ユニットは、マイクロプロセッサを含んでもよい。マイクロプロセッサを使用しなくても制御ユニットを達成できることは言うまでもないが、マイクロプロセッサを使用することにより、溶接用電源が動作する状況に応じて様々な方法で、制御ユニットにより容易にプログラムすることができる。
【００４１】
制御ユニットは、平均整流電流値が電流の設定点に対応するように、出力部からの平均整流電流値を測定し、直流源からの電流を制御するように構成されていてもよい。電流の測定において、制御ユニットは、電流計を含んでいてもよく、或いは、電流計に接続されていてもよい。
【００４２】
制御ユニットは、直流源を監視し、直流源が最大時間を超える期間に最大電流を供給する場合、直流源が最大値よりも低い電流を供給するように、電流に対する設定点を下げるように構成されていてもよい。かかる構成の制御ユニットにより、直流源は過負荷にはならない。直流源が所定の最大時間よりも長い時間で最大電流を供給しなければならない理由としては、出力部に接続されている溶接用ケーブルのインダクタンスが大きすぎる場合である。
【００４３】
制御ユニットは、溶接用ケーブルとスイッチング装置とのインダクタンスを測定するように構成されていてもよい。制御ユニットは、インダクタンスが最大インダクタンス値を超える場合、設定点はインダクタンスの関数であり、電流の制限設定点でのみ溶接が可能なように構成されていてもよい。かかる構成により、高インダクタンスのケーブルで高電流の方向を切り替える際に結果として起こる高電圧が回避される。
【００４４】
溶接用電源は、第１のブリッジ及び第２のブリッジと並列して、コンデンサ装置が構成され、正電流パルスと負電流パルスとの間の切替時に充電されるように構成されていてもよい。
【００４５】
かかる溶接用電源において、溶接用ケーブルとスイッチング装置とのインダクタンスを測定するための制御ユニットは、電流の所定の開始値で整流を行い、整流中にコンデンサ装置の電圧を測定するように構成してもよい。制御ユニットは、コンデンサ装置の電圧が整流中に最大の試験用最高値よりも低くなるまで、開始値から電流を下げるように構成してもよい。制御ユニットはさらに、電流が最大の試験用最高値よりも低い場合、電流のスイッチング値を測定し、電流の実測スイッチング値とコンデンサ装置の実測電圧とからインダクタンス値を算出するように構成されている。
【００４６】
或いは、制御ユニットは、所定の試験用最高値で正電流パルス及び負電流パルスを送信し、電流が試験用最高値から対応するスイッチング値に降下する時間を測定し、測定時間を所定の最大試験時間と比較するように構成されていてもよい。電流が落ちる時間のかかる測定は、直流源が所定の最大時間よりも長い時間で最大電流を供給するかどうかについての上記測定と組み合わせてもよい。
【００４７】
インダクタンスの測定は、溶接用電源が開始される毎に自動的に行ってもよく、或いは、溶接用電源のユーザからの命令で行ってもよい。
【００４８】
電流の制限設定点で溶接のみを可能にする代替として、制御ユニットは、実測インダクタンスが高すぎる、即ち、最大インダクタンス値を超える場合、溶接用電源をオフにするように構成されていてもよい。或いは、制御ユニットは、上述したように、インダクタンスが高すぎることを操作者に警告する、及び／又は、電流のスイッチング値を低げるように構成されていてもよい。
【００４９】
本発明の第２の態様によれば、正の最高値を有する正電流パルスと、負の最高値を有する負電流パルスとの一連の交流形態で、出力部から溶接用電極に電流を供給するための溶接用電源における電流を制御する方法を提供する。本方法は、出力部への電流に対する少なくとも第１設定点を受ける工程と、出力部への電流を測定する工程と、正電流パルスと負電流パルスとの切替えを行う前に、負の最高値から負のスイッチング値に、正の最高値から正のスイッチング値に、それぞれ、電流パルスの電流を下げる工程とを含む。本方法は、測定電流と、前記第１設定点とに応じて、電流パルスの電流と、負のスイッチング値及び正のスイッチング値の少なくとも一つのレベルと、を下げる時点の少なくとも一つに関して電流パルスを制御する工程をさらに含むことを特徴とする。
【００５０】
本発明の第２の態様による方法は、本発明の第１の態様による溶接用電源について説明した利点に相当する利点を有する。
【００５１】
本発明の第３の態様によれば、出力部を備えた溶接用電源を制御するためのコンピュータプログラムを格納したコンピュータプログラム製品を提供する。コンピュータ上で実行中に、コンピュータプログラムは、出力部から正の最高値を有する正電流パルスと、負の最高値を有する負電流パルスの一連の交流形態に電流を制御するための制御信号をコンピュータに送出するようにする。コンピュータプログラムはまた、コンピュータを、出力部への電流に対して少なくとも第１設定点を受け入れ可能になるようにし、出力部への測定電流の情報をもつ信号を受け入れ可能になるようにして、正電流パルスと負電流パルスとの切替えを行う前に、負の最高値から負のスイッチング値に、正の最高値から正のスイッチング値に、それぞれ、電流パルスの電流を下げるための制御信号を送出する。コンピュータプログラム製品は、コンピュータプログラムがさらに、受信した測定電流と、設定済の前記第１設定点とに応じて、電流パルスの電流と、負のスイッチング値と正のスイッチング値の少なくとも一つのレベルと、を下げる時点の少なくとも一つに関して電流パルスをコンピュータに制御させることを特徴とする。
【００５２】
本発明の第１の態様に関連して上述した特徴は、適応可能であれば、方法及びコンピュータプログラム製品とも組み合わせることができる。
【００５３】
適応可能であれば、上述の特徴を同一の実施形態と組み合わせることが可能なことは言うまでもない。
【００５４】
添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態による溶接用電源の概略図である。
【図２】溶接中の時間の関数として、溶接用電源の出力部からの電流の概略図である。
【図３】図１の溶接用電源の一部をより詳細に示した図である。
【図４】溶接用ケーブルに大きなインダクタンスがある状態で溶接中の時間の関数として、溶接用電源の出力部からの電流の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
本発明の好適な実施形態に関する以下の説明において、異なる特徴において対応する特徴については、同番号を付してある。
【００５７】
図１は、本発明の実施形態による溶接用電源１の概略図である。溶接用電源１は、溶接用電極２に電流を供給するように構成されている。溶接用電源は、溶接用電源１からの電流を出力するための出力部３と、陽極５と陰極６とを備えた直流源４と、直流源４から出力部３への電流を制御するためのスイッチング装置７とを含む。溶接用電極２は、図中点線で示される溶接用ケーブル１４により出力部３に接続される保持部１３内に配置されている。溶接用電源１は、直流源４からの電流を測定することで、出力部３への電流を測定するための電流計８をさらに含む。溶接用電源は、直流源４及び切替装置７を制御するための制御ユニット９と、制御ユニット９に接続され、電流に対する第１設定点、第２の設定点、及び第３の設定点を出力部３に入力するように構成されている入力装置１０とをさらに含む。入力装置は、いずれの種類の入力装置であってもよく、制御ユニットに任意の方法で接続されていてもよい。入力装置は、例えば、キーボード、キーパッド、一連のボタン、回転つまみ、押つまみ（ｐｕｓｈ  ｃｏｎｔｒｏｌ）、又はタッチ感応画面の１つ以上を含んでもよい。或いは、入力装置は、当業者に公知のいずれの他の種類の入力装置を含んでもよい。入力装置は、制御ユニットに固定接続されていても、或いは、制御ユニットに無線接続されていてもよい。図面では、制御ユニットと入力装置との接続は、ライン１５で示す。
【００５８】
図２では、溶接中の出力部３からの電流の形をより詳細に示す。制御ユニット９は、正の最高値Ｉｍａｘ＋を有する正電流パルス１１と、負の最高値Ｉｍａｘ−を有する負電流パルス１２との一連の交流形態で出力部３に電流を送信し、尚且つ、パルス列１６で示す正電流パルス１１と負電流パルス１２との切替えを行う前に、負の最高値Ｉｍａｘ−から負のスイッチング値Ｉｘ−に、正の最高値Ｉｍａｘ＋から正のスイッチング値Ｉｘ＋に、それぞれ、出力部３で電流パルスの電流を下げるため、直流源４及び切替装置７を制御するように構成されている。実施形態によれば、正の最高値Ｉｍａｘ＋は、第１設定点と等しくなるように選択し、負の最高値Ｉｍａｘ−は、第２の設定点と等しくなるように選択することができる。本発明の実施形態によれば、電流Ｉｍａｘ＋は、正電流パルス１１に切り替えた後、出力部３からある時間供給される。ｔ１の時点で、直流源４はオフになり、電流は低下することになる。電流は、所定の正のスイッチング値Ｉｘ＋に低下するｔ２の時点まで低下していく。電流が正のスイッチング値Ｉｘ＋に到達すると、電流が正のスイッチング値よりも低くならないようにするために、直流源４を再びオンにする。ｔ２の時点で、出力部３からの電流を切替え、溶接用電極２を介して電流を反対方向にすると同時に、直流源４からの電流供給を再びオンにする。時点ｔ２と時点ｔ３の間、電流は、負の最高値Ｉｍａｘ−に近づき、電流を負の最高値Ｉｍａｘ−から下げるために直流源を再びオフにするｔ３の時点まで負の最高値Ｉｍａｘ−に留められる。電流が所定の負のスイッチング値Ｉｘ−に低下するｔ４の時点まで、電流は低下する。電流が負のスイッチング値Ｉｘ−に到達すると、電流が負のスイッチング値Ｉｘ−よりも低くならないようにするために、直流源４を再びオンにする。ｔ４の時点で、出力部３から電流を切替え、溶接用電極２を介して電流を反対方向にすると同時に、直流源４からの電流供給を再びオンにする。時点ｔ４と時点ｔ’１の間、電流は、正の最高値Ｉｍａｘ＋に近づき、電流を正の最高値Ｉｍａｘ＋から低下させるために直流源を再びオフにするｔ’１の時点まで正の最高値Ｉｍａｘ＋に留められる。電流パルスの周期は、時点ｔ１とｔ’１との間に延びている。周期は、第３の設定点で設定される周波数の逆数である。
【００５９】
本発明による溶接用電源により、図面の第１の面３４及び第２の面３５を最小化することができる。
【００６０】
直流源４を遮断する時点ｔ１は、直流源を遮断してから電流が正のスイッチング値Ｉｘ＋に到達するまでの時間の少なくとも一つ前の測定に基づいて選択される。ｔ２の時点は、相応する方法で選択される。
【００６１】
図示した実施形態では、正のスイッチング値は、正の最高値の線形関数であり、負のスイッチング値は、負の最高値の線形関数である。線形関数は、負電流パルス及び正電流パルスで異なっていても、同一であってもよい。線形関数は、例えば、負又は正の最高値に定数を掛けたものとして選択してもよい。正のスイッチング値を正の最高値の非線形関数にし、負のスイッチング値を負の最高値の非線形関数にすることができることは言うまでもない。
【００６２】
本発明の別の実施形態によれば、直流源からの電流は、平均の実測整流電流値が、設定された設定点と等しくなるように制御する。正電流パルス及び負電流パルスの整流平均値が最高値未満になるにつれて、正の最高値及び負の最高値を増加させる。
【００６３】
図１に示す実施形態によれば、制御ユニットは、マイクロプロセッサ１７を含む。制御ユニットは、通常のプログラマブルコンピュータであってもよい。本発明の実施形態によるコンピュータプログラムは、上述した直流源及び切替装置を制御するようにプログラムされている。
【００６４】
図３は、図１の切替装置７をより詳細に示した図である。切替装置７は、孤立ゲートを備えたバイポーラトランジスタの形態で、第１の制御可能なスイッチング素子１８と第２の制御可能なスイッチング素子１９とを含む。第１の制御可能なスイッチング素子１８及び第２の制御可能なスイッチング素子１９は、直流源の陽極５と直流源の陰極６との間に接続される第１のブリッジ２０に直列接続される。切替装置７は、孤立ゲートを備えたバイポーラトランジスタの形態で、第３の制御可能なスイッチング素子２３と第４の制御可能なスイッチング素子２４とをさらに含む。第３の制御可能なスイッチング素子２３及び第４の制御可能なスイッチング素子２４は、直流源の陽極５と直流源の陰極６との間に接続される第２のブリッジ２５に直列接続される。出力部３は、第１の制御可能なスイッチング素子１８と第２の制御可能なスイッチング素子１９との間の第１の接続部２６と、第３の制御可能なスイッチング素子２３と第４の制御可能なスイッチング素子２４との間の第２の接続部２７とに接続される。第１のスイッチング素子１８及び第３のスイッチング素子２３は、直流源の陽極５に接続され、第２のスイッチング素子１９及び第４のスイッチング素子２４は、直流源の陰極６に接続される。第１のスイッチング素子１８、第２のスイッチング素子１９、第３のスイッチング素子２３、及び第４のスイッチング素子２４と並列に、第１のフリーホイーリング素子２８、第２のフリーホイーリング素子２９、第３のフリーホイーリング素子３０、及び第４のフリーホイーリング素子３１、がそれぞれ配置されている。フリーホイーリング素子２８〜３１は、本発明の実施形態によるダイオードで構成される。コンデンサ２１は、第１のブリッジ２０及び第２のブリッジ２５と並列に配置されている。
【００６５】
本発明を明瞭に示すために、制御可能なスイッチング素子を制御可能にするために、制御可能なスイッチング素子１８、１９、２３、２４上のゲートに接続される制御電子機器は、図３には示していない。
【００６６】
切替装置は、第３の制御可能なスイッチング素子２３と並列接続される第１の過電圧保護３８と、第４の制御可能なスイッチング素子２４と並列接続される第２の過電圧保護３９とをさらに含む。第１の過電圧保護３８は、第１のツェナーダイオード４０と、第１の抵抗器４１と、第２の抵抗器４２とを含む。第３の制御可能なスイッチング素子２３上のゲート４３は、第１の抵抗器４１と第２の抵抗器４２との間に接続される。第２の過電圧保護３９は、第２のツェナーダイオード４４と、第３の抵抗器４５と、第４の抵抗器４６とを含む。第４の制御可能なスイッチング素子２４上のゲート４７は、第３の抵抗器４５と第４の抵抗器４６との間に接続される。
【００６７】
上述の説明による過電圧保護は、第１の制御可能なスイッチング素子１８及び第２の制御可能なスイッチング素子１９とも並列接続されることが有利である。しかしながら、図３をより明確にするために、図３には示していない。
【００６８】
第１の制御可能なスイッチング素子１８及び第４の制御可能なスイッチング素子２４は、正電流パルスの送信中に導電している。正電流パルスから負電流パルスへの切替え中、制御ユニット９は、まず、直流源４を制御し、切替装置７への電流供給を時点ｔ１で停止し、溶接用電極への電流を低下させる。電流がｔ２の時点で起こる正のスイッチング値Ｉｘ＋に低下すると、スイッチング素子１８、１９、２３、２４は全て短絡する。その後、電流は、第１のスイッチング素子１８及び第１の接続点２６を介して溶接用電極に流れ続け、尚且つ、第２の接続点２７及び第４のスイッチング素子２４を介して溶接用電極２から流れ続ける。短時間の後、第１のスイッチング素子１８及び第４のスイッチング素子２４はブロックされ、電流を導電しなくなる。しかしながら、溶接用ケーブル１４及び溶接用電極２のインダクタンスにより、電流は溶接用ケーブル１４及び溶接用電極２を介して同一方向に流れ続ける。そのため、第１の接続点２６への電流は、第２のフリーホイーリング素子２９を介したフリーホイーリング電流として流れ、第２の接続点２７からの電流は、第３のフリーホイーリング素子３０を介したフリーホイーリング電流として流れる。溶接用ケーブル、第２のフリーホイーリング素子２９、及び第３のフリーホイーリング素子３０を介した電流は、特に、溶接用ケーブル１４のインダクタンス及びコンデンサ２１の大きさに依存する電圧までコンデンサ２１を充電する。コンデンサ２１の電圧が十分に大きくなると、電流は逆になり、コンデンサ２１及び直流源４から第３の切替部材２３及び第２の接続点２７を介して溶接用電極２に流れ、さらに第１の接続点２６及び第２の切替部材１９を介して流れる。その後、正電流パルスに再び切替える時間になるまで、電流は負の最高値Ｉｍａｘ−に向かって増加する。これは、負電流パルスへの切替えに対応する方法で行われる。
【００６９】
溶接用電源１からの電流方向の切替えに関連して第３の制御可能なスイッチング素子２３が導電を停止した後、第３の制御可能なスイッチング素子２３の電圧は増加する。第３の制御可能なスイッチング素子の電圧が十分に高くなると、第１のツェナーダイオード４０は電流を導電し始め、電流は第３の制御可能なスイッチング素子２３上のゲート４３に到達する。その後、電流を導電し始め、第３の制御可能なスイッチング素子２３の電圧が低下する。第１の抵抗器４１及び第２の抵抗器４２により、ゲート上の電圧が正確になる。
【００７０】
図４は、溶接用ケーブル１４に大きなインダクタンスがある状態で溶接中の時間の関数として、溶接用電源１の出力部からの電流の概略図である。図４から明らかなように、電流は、大きなインダクタンスにより、正の最高値Ｉｍａｘ＋及び負の最高値Ｉｍａｘ−に、それぞれ到達するまでの時間がある。これにより、直流源４は、電流を所望の値に到達させるために、最大電流を供給するようになる。このため、直流源４を尚早に消耗する恐れがある。これを避けるために、制御ユニット９は、直流源４からの電流が所定の最大時間よりも長い時間にわたって最大でないように監視するように配置されている。最大時間を超える場合、制御ユニットは、直流源４を制御し、最大時間を超えないところまで電流を低下させる。操作者は、表示部３３を介してこれを知ることができる。
【００７１】
制御ユニット９は、溶接用ケーブル１４及び切替装置７のインダクタンスを測定するように構成されていてもよい。制御ユニットは、インダクタンスが最大インダクタンス値を超える場合、インダクタンスの関数である、電流の制限設定点でのみ溶接が可能なように構成されている。
【００７２】
溶接用ケーブル１４及び切替装置７におけるインダクタンスの測定において、制御ユニット９は、切替装置７を制御し、所定の開始値で電流の整流を行うように構成されている。制御ユニット９は、整流中にコンデンサ装置２１の電圧を測定し、コンデンサ装置２１の電圧が整流中に最大の試験用最高値よりも低くなるまで、平均整流電流値を下げる。電圧が最大の試験用最高値よりも低い場合、制御ユニット９は、電流のスイッチング値を測定し、電流の実測スイッチング値とコンデンサ装置２１の実測電圧とからインダクタンス値を算出する。
【００７３】
或いは、制御ユニット９は、溶接処理の開始時に溶接用ケーブル１４の正電流パルス１１又は負電流パルス１２を送出し、正の最高値Ｉｍａｘ＋又は負の最高値Ｉｍａｘ−から下がる時間を測定するように構成してもよい。測定値は、溶接用ケーブル１４におけるインダクタンスの大きさである。その後、制御ユニット９は、測定値を、制御ユニット９に記録された最大値と比較する。或いは、測定値を用いて、制御ユニットに記録された最大インダクタンス値と比較するインダクタンス値を算出してもよい。測定値が記録された最大値よりも大きい、或いは、インダクタンス値が最大インダクタンス値よりも大きい場合、溶接は実測インダクタンス値に依存する電流の制限設定点でのみ可能となる。或いは、まったく溶接を行うことができず、操作者は、表示部３３上でこれを知ることができる。
【００７４】
本発明による溶接用電源１及び方法は、本明細書の特許請求の範囲によってのみ限定される本発明の精神および範囲から逸脱せずにさまざまに変形することが可能である。
【００７５】
示した実施形態において、直流源４は、三相用入力部を有する。しかしながら、一相と中性線のみの入力部を有する直流源も可能である。
【００７６】
上記の説明において、設定点は、電流の所望の整流平均値である。或いは、設定点は、電流の所望の実効値であってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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