(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワートランジスタで電流を制御して溶接するトランジスタ式抵抗溶接電源において、
最適な溶接条件としての電圧と電流とをそれぞれフィードバック制御用の設定値として、また最適な溶接条件としてのスイッチング周波数をスイッチング制御用設定値として設定する溶接条件設定部と、
前記パワートランジスタの出力側に接続されて、このパワートランジスタからの電流を検出する電流検出器と、
この電流検出器を介して前記パワートランジスタの出力側に接続されている溶接電極と、
この溶接電極に印加される電圧を検出する電圧検出部と、
この電圧検出部からの電圧と電流検出器からの電流をそれぞれ増幅するフィードバック増幅部と、
このフィードバック増幅部からのフィードバック用電圧と電流とを、前記溶接条件設定部に設定されているフィードバック制御用の電圧と電流とそれぞれ比較し、前記パワートランジスタの増幅度を決定制御する増幅制御部と、
前記溶接条件設定部に設定されているスイッチング周波数によって前記パワートランジスタのスイッチング動作を決定制御するスイッチング制御部とを備え、前記パワートランジスタは、増幅動作とスイッチング動作を行なうパワートランジスタを対とする二対の増幅スイッチング回路として動作することを特徴とするトランジスタ式交流溶接電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、抵抗溶接電源に係り、特にトランジスタ式交流溶接電源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属同志を加圧しながら熱を加え接合する圧接方法として、抵抗溶接が知られている。この抵抗溶接には金属同志を重ねて電流を流した時の電気抵抗による発熱を利用する重ね抵抗溶接と、金属同志を突き合わせてこの突き合せ部分に電流を流し発熱させる突き合せ抵抗溶接とがある。
【０００３】
重ね抵抗溶接には、スポット溶接と、パラレルギャプ溶接と、シーム溶接とがある。スポット溶接は、重ねた金属を２つの電極間に挟み、金属の厚さ方向に電流を流すものである。パラレルギャップ溶接は平行な一対の電極を重ねた金属の一側面に平行に押圧し、金属の平面方向に電流を流すものである。またシーム溶接は、２つの回転電極の間に２枚の金属板を挟み両電極間に断続電流を流し、点溶接を連続した形で溶接するものである。
【０００４】
これらの重ね抵抗溶接に用いられる溶接電源として図４、５に示すものが公知である。図３はこれら公知の各方式による溶接電流の波形を比較して示す図である。
【０００５】
図４はトランジスタ式溶接電源の回路構成を示す図である。この方式では商用交流電源の電圧をトランス２０で減圧し、ブリッジ回路３２で全波整流してコンデンサ３４を充電する。ここにコンデンサ３４の充電電圧は、ブリッジ回路３２の整流素子の一部となるスイッチング素子（サイリスタ）３２ａ、３２ａの点弧位相を充電制御回路３６で制御することにより制御する。
【０００６】
コンデンサ３４から溶接電極３８に導かれる電流はトランジスタ４０により増幅制御される。すなわち溶接電流および溶接電圧が増幅乗算回路４２に入力され、ここで電流・電圧・電力が求められて増幅制御回路４４にフィードバックされる。増幅制御回路４４は、溶接条件設定部４６で設定された条件に従ってトランジスタ４０の増幅度を決め、トランジスタ４０を制御する。
【０００７】
ここに溶接条件は、例えば定電流、定電圧、定電力などの制御モードの設定と、溶接電流・電圧・電力などの設定と、溶接終了条件とを含む。このトランジスタ式の溶接電源により、定電流モードで溶接した場合の電流波形を図３（Ａ）に示す。
【０００８】
このようなトランジスタ式の溶接電源は、トランジスタ４０によって溶接電流が直接制御されるため、図３（Ａ）に示すようにきめ細かく滑らかな波形が得られる。また、応答速度が速いという長所がある。一方、直流出力であるため極性効果の大きい材料では溶接性が悪く、電極の片側減りが起こるという欠点がある。
【０００９】
これは、異種金属間の溶接においては、その接触部分には電流の方向に従いペルチエ効果により吸熱または発熱が生じ、トランジスタ式の溶接電源のように直流出力であると、電極には一定方向の電流しか流れないので、＋極側では吸熱があるから溶接温度が低くなり溶接強度が弱くなると共に電極の消耗が大きくなり、−極側では発熱があるから溶接が良好で電極の消耗も少ないからである。
また、一旦コンデンサ３４に充電したエネルギを放電させる構成のため通電時間が短く、したがって溶接エネルギが少ないという欠点もある。
【００１０】
図５はインバータ式の溶接電源の回路構成を示す図である。この回路では３相商用交流をダイオードブリッジなどからなる整流回路５０で整流し、コンデンサ５２を所定電圧に充電する。このコンデンサ５２はインバータ回路５４および溶接トランス５６の一次側を介して放電される。このトランス５６の二次側は整流回路５８を介して電極６０に接続されている。
【００１１】
溶接電流および溶接電圧はフィードバック回路６２を介してＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ
Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路６４に帰還される。ＰＷＭ回路６４は制御回路６６により設定された溶接条件になるようにインバータ回路５４をＰＷＭ制御する。図３（Ｂ）に示す曲線は、この方式による電流波形を示し、商用電源よりも十分に高い周波数でオン・オフ変化する溶接電流となる。
【００１２】
このようなインバータ式の溶接電源は一次電源を整流回路５０とコンデンサ５２とからなる整流平滑回路で平滑しながらインバータ回路５４でそのまま制御し、溶接電流を流す構成としているから通電時間を長くできるという長所をもつ。一方、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチングによるＰＷＭ制御であるため溶接電流にスイッチング痕跡が残るという欠点がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の溶接電源にはそれぞれ次のような問題点があった。
（１）トランジスタ式の溶接電源の場合は、直流出力であるため、極性効果の大きい材料では、溶接性が悪く、電極の片側減りが起きる。また、一旦コンデンサに充電したエネルギを放電させるので通電時間が短く、従って溶接エネルギが小さい。
（２）インバータ式の溶接電源の場合はＰＷＭ制御によりインバータ回路をスイッチングしたギザギザのスイッチング痕跡が残る。
本発明は、上記課題を解決するために、インバータ回路の一方の組みのトランジスタをスイッチング動作から増幅動作に変更することで溶接性がよく、電極の片側減りがなく、スイッチングの痕跡の残らないトランジスタ式交流溶接電源を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明になるトランジスタ式交流溶接電源は、パワートランジスタで電流を制御して溶接するトランジスタ式抵抗溶接電源において、最適な溶接条件としての電圧と電流とをそれぞれフィードバック制御用の設定値として、また最適な溶接条件としてのスイッチング周波数をスイッチング制御用設定値として設定する溶接条件設定部と、前記パワートランジスタの出力側に接続されて、このパワートランジスタからの電流を検出する電流検出器と、この電流検出器を介して前記パワートランジスタの出力側に接続されている溶接電極と、この溶接電極に印加される電圧を検出する電圧検出部と、この電圧検出部からの電圧と電流検出器からの電流をそれぞれ増幅するフィードバック増幅部と、このフィードバック増幅部からのフィードバック用電圧と電流とを、前記溶接条件設定部に設定されているフィードバック制御用の電圧と電流とそれぞれ比較し、前記パワートランジスタの増幅度を決定制御する増幅制御部と、前記溶接条件設定部に設定されているスイッチング周波数によって前記パワートランジスタのスイッチング動作を決定制御するスイッチング制御部とを備え、前記パワートランジスタは、増幅動作とスイッチング動作を行なうパワートランジスタを対とする二対の増幅スイッチング回路として動作することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明によれば、溶接電極に流れる電流と溶接電極に印加される電圧を検出し、増幅し、その結果と溶接条件設定部に設定されているフィードバック制御用の電圧と電流とをそれぞれ比較し、パワートランジスタの増幅度を決定制御するとともに、この溶接条件設定部に設定されているスイッチング周波数によって前記パワートランジスタのスイッチング動作を決定制御することとし、前記パワートランジスタは、増幅動作とスイッチング動作を行なうパワートランジスタを対とする二対の増幅スイッチング回路として動作させることとしたので、溶接電極には交流電流が流れるので、極性効果の影響を受けなくなるから溶接性がよく、電極の片側減りがなく、スイッチングの痕跡は残らなくなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明について詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すトランジスタ式交流溶接電源の回路構成図、図２はその溶接電流を示す図である。
【００１７】
図１において、１００は入力される商用電源電圧を所要の電圧に降圧するトランス、１０２はブリッジ回路からなる交流を全波整流する整流部、１０４は整流後の電圧を平滑するコンデンサである。これらの回路を介して、コンデンサ１０４には所要の直流電圧が図１に示す極性に充電される。
【００１８】
１０６は、パワートランジスタ１０８（１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄ）で構成し、増幅動作とスイッチング動作を行なう増幅スイッチング回路であり、パワートランジスタ１０８ａ、１０８ｃが増幅動作、パワートランジスタ１０８ｂ、１０８ｄがスイッチング動作を行なう。パワートランジスタ１０８ａ、１０８ｂとパワートランジスタ１０８ｃ、１０８ｄがそれぞれ対となり増幅スイッチング動作を行なう。
この増幅動作とスイッチング動作の制御部として増幅制御部１１０とスイッチング制御部１１２を持つ。
スイッチング制御部１１２は溶接条件設定部１１４により設定される条件によってスイッチング周波数が変化するスイッチング信号をスイッチング動作するパワートランジスタ１０８ｂ、１０８ｄに送る。このスイッチング周波数は商用周波数より十分高い周波数とする。
【００１９】
増幅スイッチング回路１０６からの高圧交流電圧は溶接電極１２０ａ、１２０ｂに導かれる。その結果図２に示すように変化する溶接電流が流れる。これらの電極１２０ａ、１２０ｂにより図示しないワークを溶接する。
【００２０】
これらの電極１２０ａ、１２０ｂに流れる電流はホール素子電流検出器などの電流検出器１１８で検出される。また電圧は電圧検出部１２２で検出される。これらの電流および電圧を示す信号はフィードバック回路となるフィードバック増幅部１１６に入力され、ここで増幅され、これらの結果が増幅制御部１１０にフィードバックされる。
【００２１】
今溶接条件設定部１１４で、定電圧モードの溶接が設定され、溶接電圧、スイッチング信号の周波数や溶接終了条件などの設定値が入力され、それらが増幅制御部１１０、スイッチング制御部１１２に送られ、図示しないスタートスイッチが押されると、スイッチング制御部１１２は設定された周波数でスイッチング信号をパワートランジスタ１０８ｂ、１０８ｄに送る。
このスイッチング信号によりパワートランジスタ１０８ｂ、１０８ｄは交互にオン／オフされる。このためパワートランジスタ１０８ｂがオンすると図１に実線で示す矢印方向に電流が流れる。逆にパワートランジスタ１０８ｄがオンすると破線で示す矢印方向に電流が流れる。
【００２２】
この溶接電流は溶接電極１２０ａ、１２０ｂに流れ、溶接が行なわれる。この時、溶接電極１２０ａ、１２０ｂ間の電圧が電圧検出部１２２で検出され、前述のようにフィードバック増幅部１１６で増幅され、増幅制御部１１０にフィードバックされ、ここで設定された溶接電圧と比較され、所定の溶接電圧が得られるように増幅用パワートランジスタ１０８ａ、１０８ｃが制御される。こうして、定電圧モードでの溶接が行なわれる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、以上説明したように、商用入力電源を平滑しながら、そのまま増幅スイッチング回路で制御することとしたので通電時間を長くできるから溶接エネルギを大きくできる。
また、４個のパワートランジスタを増幅動作とスイッチング動作を行なう対として２対に分けて増幅スイッチング回路を構成することとしたので、溶接電流が交流となり極性効果の影響を受けなくなるから極性効果の大きな材料でも均一な溶接が可能となり、加えて電極の片側減りも起こることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様のトランジスタ式交流溶接電源の回路構成図である。
【図２】図１の溶接電源の溶接電流の波形を示す図である。
【図３】従来装置の溶接電流の波形を示す図である。
【図４】従来装置（トランジスタ式溶接電源）のブロック図である。
【図５】従来装置（インバータ式溶接電源）のブロック図である。
【符号の説明】
１００    トランス
１０２    整流部
１０４    コンデンサ
１０６    増幅スイッチング回路
１０８    パワートランジスタ
１１０    増幅制御部
１１２    スイッチング制御部
１１４    溶接条件設定部
１１６    フィードバック増幅部
１１８    電流検出器
１２０ａ、１２０ｂ    溶接電極
１２２    電圧検出部
【図１】
0003619700.tif 000002
【図２】
0003619700.tif 000003
【図３】
0003619700.tif 000004
【図４】
0003619700.tif 000005
【図５】
0003619700.tif 000006