(57)【要約】【課題】インバータ電源装置の主部品である変圧器の他のインバータ電源装置との共用化や、変圧器の磁気飽和や偏磁を抑制するためのインバータ電源装置の部品点数の削減を行う。【解決手段】交流を直流に変換するコンバータ部と、コンバータ部の出力を交流に変換するインバータ部と、インバータ部の出力を変圧する変圧器と、変圧器の出力を整流する整流部と、整流部の出力を検出する出力電流検出部と、出力電流検出部の検出結果に基づいてインバータ部を制御する出力制御部を備え、出力電流検出部の検出結果が所定の電流閾値以上の場合には、出力制御部は、インバータ部を構成するスイッチング素子のデューティ比を、所定のデューティ比以下に制御する。変圧器を共用化するために変圧器の使用範囲を性能上問題のないレベルで制限する事により、他のインバータ電源装置でも同じ特性の変圧器の使用が可能となる。【選択図】図１
2014110687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を直流に変換するコンバータ部と、
前記コンバータ部の出力を交流に変換するインバータ部と、
前記インバータ部の出力を変圧する変圧器と、
前記変圧器の出力を整流する整流部と、
前記整流部の出力を検出する出力電流検出部と、
前記出力電流検出部の検出結果に基づいて前記インバータ部を制御する出力制御部を備え、
前記出力電流検出部の検出結果が所定の電流閾値以上の場合には、前記出力制御部は、前記インバータ部を構成するスイッチング素子のデューティ比を、所定のデューティ比以下に制御するインバータ電源装置。
【請求項２】
所定のデューティ比は、変圧器が磁気飽和を生じない値である請求項１記載のインバータ電源装置。
【請求項３】
所定の電流閾値は、インバータ電源装置の定格電流値よりも大きく、前記インバータ電源装置を保護するための最大許容電流値よりも小さい値である請求項１または２記載のインバータ電源装置。
【請求項４】
溶接用電極と溶接対象物との間に出力電力を供給してアーク溶接を行う請求項１から３のいずれか１項に記載のインバータ電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばインバータ電源装置の出力制御時における変圧器の磁気飽和や偏磁の発生を防止するための出力制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インバータ電源装置に用いられる変圧器に関し、出力制御中の変圧器の磁気飽和や偏磁の防止については、様々な方法がある。一例として、変圧器の１次側に電流検出部を追加して変圧器の１次電流を直接監視し、出力を制御する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０１０５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、製品への要求として、コスト削減がある。これを実現する手段としては、主部品の共用化や部品点数の削減が挙げられる。例えば、変圧器を備えた製品では、製品の仕様や設計上の違いにより、類似の変圧器が数十種類も存在する場合があり、その生産性や生産管理や調達の点から、変圧器の種類を減らすことが重要な課題である。すなわち、変圧器の共用化が重要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のインバータ電源装置は、交流を直流に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部の出力を交流に変換するインバータ部と、前記インバータ部の出力を変圧する変圧器と、前記変圧器の出力を整流する整流部と、前記整流部の出力を検出する出力電流検出部と、前記出力電流検出部の検出結果に基づいて前記インバータ部を制御する出力制御部を備え、前記出力電流検出部の検出結果が所定の電流閾値以上の場合には、前記出力制御部は、前記インバータ部を構成するスイッチング素子のデューティ比を、所定のデューティ比以下に制御するものである。
【０００６】
また、本発明のインバータ電源装置は、上記に加えて、所定のデューティ比は、変圧器が磁気飽和を生じない値としたものである。
【０００７】
また、本発明のインバータ電源装置は、上記に加えて、所定の電流閾値は、インバータ電源装置の定格電流値よりも大きく、前記インバータ電源装置を保護するための最大許容電流値よりも小さい値としたものである。
【０００８】
また、本発明のインバータ電源装置は、上記に加えて、溶接用電極と溶接対象物との間に出力電力を供給してアーク溶接を行うものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明によれば、変圧器の１次側に電流検出部を備えることなく、出力制御用として既に備えている出力電流検出部を用いて、変圧器の磁気飽和や偏磁を抑制することができるので、変圧器の磁気飽和や偏磁を抑制するために特別な部品を追加する必要が無く、安価なインバータ電源装置を実現できる。
【００１０】
また、インバータ部を構成するスイッチング素子のデューティ比を、所定のデューティ比以下に制御することで、同じ仕様の変圧器が多機種のインバータ電源装置に対応可能となり、安価なインバータ電源装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるインバータ式のアーク溶接装置の概略構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における磁気飽和が生じた場合の電流波形の一例を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における磁気飽和を抑制した場合の電流波形の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図３を用いて説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１におけるインバータ式のアーク溶接装置の概略構成を示す図である。なお、アーク溶接装置は、インバータ電源装置の一例である。図２は、本実施の形態１における磁気飽和が生じた場合の電流波形の一例を示す図である。図３は、本実施の形態１における磁気飽和を抑制した場合の電流波形の一例を示す図である。なお、図２と図３において、縦軸の中心の位置が１次電流のゼロの位置であり、縦軸の下端の位置が出力電流のゼロの位置である。
【００１４】
図１において、アーク溶接装置は、交流を直流に変換するコンバータ部１と、コンバータ部１の出力を交流に変換するインバータ部２と、インバータ部２の出力を変圧する変圧器３と、変圧器３の出力を整流する整流部４と、整流部４の出力を検出する出力電流検出部５と、出力電流検出部５の検出結果に基づいてインバータ部２をＰＷＭ制御する出力制御部６と、後述する電流閾値等の設定値を設定するための設定部７を備えている。なお、インバータ部２では、複数のスイッチング素子により、フルブリッジあるいはハーフブリッジが構成されている。
【００１５】
また、アーク溶接装置は、溶接用電極１０の側に接続された第１の出力端子８と、母材１１の側に接続された第２の出力端子９を備えており、溶接用電極１０と母材１１との間に電力を供給することで、溶接用電極１０と母材１１との間にアーク１２を発生させ、溶接を行う。なお、出力制御部６は、出力電流検出部５の検出結果に基づいてインバータ部２を制御することにより、溶接出力の制御を行う。
【００１６】
ここで、出力電流検出部５の検出結果が、所定の電流閾値以上の場合には、出力制御部６は、インバータ部２を構成するスイッチング素子のデューティ比（スイッチング素子をオンしている時間の比率）を、所定のデューティ比以下に制御する。
【００１７】
ここで、所定の電流閾値は、設定部７を用いて設定され、出力制御部６に記憶される。そして、出力電流検出部５の検出結果が所定の電流閾値以上であるか否かの判断は、出力制御部６において行われる。
【００１８】
また、例えば、アーク溶接装置の定格電流が３５０Ａであり、アーク溶接装置を保護するための最大許容電流が５００Ａであり、周波数が２０ｋＨｚであり、所定の電流閾値を４００Ａとした場合、所定のデューティ比以下のデューティ比は、例えば、６０から７０％である。なお、この制御されるデューティ比の値は、例えば、設計や実験等に基づいて決定される。また、デューティ比の制限を行わない通常の状態では、デューティ比は例えば９０％以上となっている。
【００１９】
出力制御部６による上記デューティ比を抑制する制御は、アーク溶接装置を構成している変圧器３の特性が次のような場合に有効となる。変圧器３をある周波数で動作させ、出力電流検出部５で検出される出力電流がある閾値を超え、その時のインバータ部２を構成するスイッチング素子のデューティ比がある値を超えると、変圧器３が磁気飽和して、図２に示す飽和電流部１５のように、１次電流１３が増加する場合がある。
【００２０】
図２の電流波形について、さらに詳細な説明を行う。図２は、変圧器３の１次側の電流である１次電流１３と、出力電流検出部５で検出される電流の出力電流波形１４について、時間軸を合わせて表した電流波形である。出力電流波形１４がある値を超えた所で（図２において破線矢印で示す）、変圧器３の１次電流１３は、飽和電流部１５のように飽和電流となっている。
【００２１】
次に、本実施の形態１のアーク溶接装置において、インバータ部２のスイッチング素子のデューティ比を制限した場合について、図３を用いて説明する。
【００２２】
出力電流波形１４が或る出力電流閾値１６を超えると（図３において破線矢印で示す）、出力制御部６は、インバータ部２を構成するスイッチング素子のデューティ比をある値に制限する。そうすると、図３に示すように、変圧器３の１次電流１３は、図２に示すような飽和電流部１５とはならない。すなわち、出力電流波形１４がある値を超えても、１次電流１３は、飽和電流部１５のようにはならない。
【００２３】
このように、出力電流波形１４と出力電流閾値１６との関係に応じて、出力制御部６がインバータ部２を構成するスイッチング素子のデューティ比をある値以下に制御することで、変圧器３の磁気飽和や編磁を防止することができる。
【００２４】
なお、所定の電流閾値である出力電流閾値１６は、アーク溶接装置の定格電流値よりも大きく、アーク溶接装置を保護するための最大許容電流値よりも小さい値とすることが望ましい。
【００２５】
なお、本実施の形態１は、インバータ式のアーク溶接装置だけでなく、変圧器３を備えておりインバータ制御を行う種々のインバータ電源装置にも適用可能である。
【００２６】
以上のように、本実施の形態１のアーク溶接装置によれば、例えば仕様が異なるアーク溶接装置と変圧器３を共用化するために、変圧器３の使用範囲を性能上問題のないレベルで制限することにより、他のアーク溶接装置でも、同じ特性の変圧器３の使用が可能となる。すなわち、アーク溶接装置の主部品である変圧器３の他のアーク溶接装置との共用化が可能となる。
【００２７】
また、本実施の形態１のアーク溶接装置では、変圧器３の磁気飽和や偏磁を抑制するために従来技術のように変圧器３の１次側に電流検出部を追加して設ける必要がない。従って、変圧器３の磁気飽和や偏磁を抑制するためのアーク溶接装置の部品点数を、従来技術に比べて削減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明のインバータ電源装置によれば、設計的な制約つまり使用条件を限定制御することにより、共用性のあるまた汎用性の高い安価な変圧器を搭載することができ、安価なインバータ電源装置を市場に供給可能であり、変圧器を備えたインバータ電源装置として産業上有用である。
【符号の説明】
【００２９】
１  コンバータ部
２  インバータ部
３  変圧器
４  整流部
５  出力電流検出部
６  出力制御部
７  設定部
８  第１の出力端子
９  第２の出力端子
１０  溶接用電極
１１  母材
１２  アーク
１３  １次電流
１４  出力電流波形
１５  飽和電流部
１６  出力電流閾値
【図１】
2014110687.tif 000003
【図２】
2014110687.tif 000004
【図３】
2014110687.tif 000005