(57)【要約】【課題】出力容量が多種類の機種要求に対応して設計の工数を削減し、製作部品の種類を限定して安定した品質のアーク応用電源機器を安価に提供する。【解決手段】平滑コンデンサを含む入力段直流ユニットとインバータを含む交流ユニットと直流出力ユニットを具備する単位電源ブロックの複数ブロックを並列に接続した電源において単位電源ブロック間の電力バランスを保つ為に、各平滑コンデンサ端子電圧を同じ電圧にする様に各インバータの出力を制御することを特徴とするアーク応用電源機器。【選択図】  図１
2006116555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平滑コンデンサを含む入力段直流ユニットと、インバータを含む交流ユニット及び、出力段整流器と出力端子を具備する直流出力ユニットから形成される単位電源ブロックの複数ブロックを、直流出力ユニットの出力端子で並列に接続した電源において、単位電源ブロック間の電力バランスを保つ為に、各平滑コンデンサの端子電圧を検出し、該端子電圧を等しい電圧に保持するように、各交流ユニットのインバータを制御して出力調整することを特徴とするアーク応用機器の電源装置。
【請求項２】
前記入力段直流電力ユニットは、交流電圧を受電する入力端子と、直流に変換する整流回路及び平滑コンデンサを具備する直流電力ユニットであり、前記単位電源ブロック毎の平滑コンデンサは同等の静電容量であり、該平滑コンデンサの端子間電圧は基準電圧値と比較され、誤差増幅されてインバータのパルス幅制御信号を生成するために用いられる検出電圧であることを特徴とする請求項１記載のアーク応用機器の電源装置。
【請求項３】
前記入力段直流電力ユニットは、受電する二種類の交流電圧系に、（例えば、２００Ｖ系及び１００Ｖ系の）対応して接続切替えで、受け入れて同一の直流出力電圧で交流ユニットに給電する二電圧系対応手段を有する入力段直流電力ユニットであることを特徴とする請求項１乃至２記載のアーク応用機器の電源装置。
【請求項４】
前記インバータは、直流入力端と交流出力端がブリッジ接続される各アームを具備し、該アームが半導体スイッチング素子で形成され、前記各単位電源ブロックの平滑コンデンサの端子間電圧が高い方の電源ブロックが低い方の電源ブロックより出力大となるように制御する、出力制御機能を備えたインバータであることを特徴とする請求項１乃至３記載のアーク応用機器の電源装置。
【請求項５】
前記インバータはブリッジ接続される各アームでＰＷＭ制御することによって電力調整をすることを特徴とする請求項１乃至４記載のアーク応用機器の電源装置。
【請求項６】
前記直流出力ユニットの並列接続した出力端子の一極を分岐し、分岐した一方がパイロ
ットアーク用チョッパ回路を介して、溶接用ノズルに接続され、分岐した他方が溶接電極に接続されることを特徴とする請求項１乃至５記載のアーク応用機器の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアーク応用機器の電源装置に於いて、受電二電圧系に対応が出来て、ユーザの出力容量多様化要求への対応が、設計工程単純化により製作コストが安くできるアーク応用電源機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の技術としては特許文献１に並列運転に関する技術が開示されている。
【０００３】
この特許文献１の技術では、段落（０００２）に「従来の溶接機の容量アップ方法の１つは、単機容量を増やす方法がある。また他の方法は、同一容量のインバータを直接並列接続してインバータ出力を増やす方法がある。後者の方法は、一台のマスターと称するインバータの制御回路で全てのインバータの制御を行い、他はマスターとなるインバータの制御回路からインバータ駆動回路へ引き渡される駆動信号を分配し、共通に接続する方法をとっている。この時、インバータの制御回路は取り外すか、または保護動作のみ行い出力の制御は行わない状態にしている。」との記述がある。段落（０００３）に「上述したような溶接機の容量アップ方法は次のような問題がある。単機容量を増やす方法の場合、必要とする容量を実現可能であるが、容量アップを行う毎に使用する部品を変更すること、都度新設計が必要となる。インバータ、溶接トランス、整流回路の開発が個々に必要となるという問題がある。」段落（０００４）に、「また後者の方法は、標準機を使用していながらその都度マスターとなるインバータの制御基板から駆動信号を分配するための改造と、故障信号や他のインターロック関係等の信号の接続を行う為の改造が必要で、手間のかかる方法である。」
発明の内容として、同公報の段落（０００６）に、「上記問題を解決する為に、溶接ト
ランスの２次側を直接並列接続すると共に同期信号と通信手段によって容量アップする。」との技術開示がある。
【０００４】
【特許文献１】「特開平８−１３５０号」公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような技術が開示されている、ところがアーク溶接機の場合、アーク発生に起因する電磁ノイズ発生が近距離の通信回路を誤動作させるので、上記通信手段の内蔵は制御回路の誤動作の対応にコストが余分に掛かることになる。
【０００６】
多様な出力容量の要求に対して行っていた都度の新設計をして新部品を製作する工数を省き、上記のような通信手段を具備しない方法で、単位電源ブロックを形成し、安定した品質の電源装置を安価に提供できるようにすることが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に関しては、平滑コンデンサを含む入力段直流ユニットと、インバータを含む交流ユニット及び、出力段整流器と出力端子を具備する直流出力ユニットとによって形成される標準的な単位電源ブロックの複数個を、直流出力ユニットの出力端子で並列に接続し所望の容量を得る電源装置において、単位電源ブロック間の電力バランスを保つ為に、各平滑コンデンサの端子電圧を検出し、該端子電圧を等しい電圧に保持するように、各交流ユニットのインバータを制御して出力調整することを特徴とするアーク応用機器の電源装置とした。もし単位電源ブロック間に電力アンバランスが生じたときは、出力大の電源ブロックの、高周波トランス、出力整流器、半導体スイッチング素子、入力整流器などの主回路構成要素部品に過負荷が掛かり過熱して故障を速めてしまう。このような事態を避けるために電力をバランスさせる。この方法として各ブロックの平滑コンデンサの端子電圧を検出し、該端子電圧を等しい電圧に保持することに着眼した。各交流ユニットのインバータを制御して出力調整する場合の出力バランスの検出は受電電圧の入力インピーダンスによる電圧降下に着目した。単位電源ブロックＢ１とＢ２とは同じ構成要素部品で製作されているから、入力インピーダンスは同じ値である、この同一インピーダンスで電圧降下する値は電流の大きさに比例するから、受電電圧から該電圧降下分を差し引いた値である平滑コンデンサの端子電圧が出力を示す代用特性として表れているから、これを同じ電圧に保持することは出力を同じ値に保持することになる。
【０００８】
請求項２に関しては、前記入力段直流電力ユニットは、交流電圧を受電する入力端子と、直流に変換する整流回路及び平滑コンデンサを具備する直流電力ユニットであり、前記単位電源ブロック毎の平滑コンデンサは同等の静電容量であり、その端子間電圧は基準電圧値と比較され、誤差増幅されてインバータのパルス幅制御信号を生成するために用いられる検出電圧であることを特徴とする請求項１記載のアーク応用機器の電源装置とした。
【０００９】
請求項３に関しては、前記入力段直流電力ユニットは、受電する二種類の交流電圧（例えば、２００Ｖ、及び１００Ｖ）に対応して、二電圧系切替器を介して接続され、どちらの電圧の場合も同一の直流出力電圧で交流ユニットに給電する二電圧対応機能を有する入力段直流電力ユニットであることを特徴とする請求項１乃至２記載のアーク応用機器の電源装置とした。
【００１０】
請求項４に関しては、前記インバータは入力側の直流と出力側の交流がブリッジ接続される各アームを具備し、該アームが半導体スイッチング素子で形成され、各単位電源ブロックの平滑コンデンサの端子間電圧が高い方のブロックが出力大となるように、出力調整機能を備えたインバータであることを特徴とする請求項１乃至３記載のアーク応用機器の電源装置とした。
【００１１】
請求項５に関しては、前記インバータはＰＷＭ制御によって調整をすることを特徴とする請求項１乃至４記載のアーク応用機器の電源装置とした。
【００１２】
請求項６に関しては、前記直流出力ユニットの並列接続した出力端子の一極を分岐し、分岐した一方をパイロットアーク用チョッパ回路を介して、溶接用ノズルに接続し、分岐した他方を溶接電極に接続することを特徴とする請求項１乃至５記載のアーク応用機器の電源装置とした。
【発明の効果】
【００１３】
２００Ｖ系と１００Ｖ系などの受電二電圧系に対応が出来て、出力容量の多様化要求に対応し都度の新設計して新部品を製作していた工程を省き、標準品の単位電源ブロックで単純化して設計製作コストが安くできた。アーク溶接機電源の場合、アーク発生に起因する電磁ノイズが近距離の通信回路を誤動作させるので、上記通信手段の内蔵は制御回路の誤動作の対応にコストが余分に掛かることになるが、上記のような通信手段を具備しない方法で制御が自己完結している単位電源ブロックを形成し、この標準品を複数個、要求容量に合わせ出力を並列接続するだけで多様な容量の電源装置を形成することで、品質が安定した電源装置を安価に提供することが出来た。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明による実施の形態を図１の回路ブロック図に示して説明する。１，２は入力端子であり商用電源がここに接続される。Ａ１、Ａ２が入力段直流ユニットである。Ｚは入力側の等価インピーダンス、３は平滑コンデンサ、Ｃ１、Ｃ２は交流ユニット、Ｄ１，Ｄ２は直流出力ユニットであり以上で単位電源ブロックＢ１、Ｂ２を構成する。７，８は出力端子で並列接続されて負荷１３に接続されている。単位電源ブロックＢ１、Ｂ２は標準品として特性値、信頼性の確認が充分に実施されていて安定した生産工程で製作され、この電源ブロックが必要数だけ並列に接続されてユーザの要求する出力電流容量の電源装置に形成することが出来る。Ｚは等価回路としての入力側インピーダンスであり、出力電流が大きい単位電源ブロックは、この等価インピーダンスＺによる電圧降下が大きい。この電圧降下のために、平滑コンデンサ３の端子間電圧が低い方の電源ブロックは出力電流が大きく、高い方の電源ブロックは出力電流が少ないことを示していて、両方の平滑コンデンサ３の端子間電圧が同じ値になるように、制御回路１４で生成した信号で交流ユニットＣ１、Ｃ２のインバータの出力電力を制御して、単位電源ブロック間で出力がバランスするようにした。
【００１５】
図２に、図１の回路ブロック図を具体化した回路構成図として示した。Ａ１、Ａ２の入力段直流ユニットは、入力整流器Ｒで交流を直流に変換して、平滑コンデンサ３でリップルを小さくする。交流ユニットＣ１，Ｃ２はインバータ４と高周波トランス５で構成され、インバータ４で直流を高周波交流電力に変換すると同時に出力を制御する。制御の方法は半導体スイッチング素子２４の制御電極に駆動信号を与えてこの素子２４の出力電流パルス幅を変化させるＰＷＭ制御である。高周波トランス５で負荷１３に最適の電圧になるように変圧する。直流出力ユニットＤ１，Ｄ２は、出力整流器６で回路構成され高周波交流電力を直流電力に変換する。複数の単位電源ブロックＢ１、Ｂ２が並列接続された出力端子７，８から直流電力が負荷１３に供給される。単位電源ブロックＢ１、Ｂ２が受電した商用周波数の交流を入力整流器Ｒで直流に変換して高周波交流電力に変換するのは、高周波トランス５で負荷に最適の電圧まで変圧する変圧器構造体が、同じ出力電力でも周波数に反比例的に小型に製作出来て、製作コストが安価になり電源装置自体の重量が大幅に軽減できるからであり、単位電源ユニットを形成する場合に有効である。
【００１６】
図３に負荷が溶接の場合の実施形態を回路構成図で示し、この図３によって説明する。溶接電極９が一方の出力端子７に，他方の端子８に母材１１が接続されて，この間にアークを発生させて溶接電極及び母材を溶かして溶接する消耗性電極による溶接法や，溶接電極が溶けないでアーク発生のための電極として作用し，母材を溶かして溶接する非消耗性電極の溶接法に用いられる場合である。アークスタート性を改良する為にチョッパ１２で電圧を昇圧してトーチ１０に印加して、パイロットアークを溶接電極９との間に発生させ、母材へアークを移行させて母材のアークスタートを速くする方法に用いられる。インバータは入力側の直流端と出力側の交流端がブリッジ接続される各アームを具備し、該アームが半導体スイッチング素子２４で形成され導通電流波形をパルス幅制御（ＰＷＭ制御）することができる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）や，パワーＭＯＳ  ＦＥＴの使用が有効である。
【００１７】
負荷がランプの場合は、図２に示すように、負荷１３が一対の電極を有する放電ランプなどの光源であり，出力端子７，８にランプの各電極がそれぞれ接続される場合の光源用の電源装置として，出力整流器６で直流に変換しないで高周波電力をランプの電極間に接続する光源用電源装置の場合も有効である。
【００１８】
図２、図３に示す受電二電圧系切替器Ｗは、例えば交流入力電圧が２００Ｖ系と１００Ｖ系に対応して交流ユニットの入力電圧を各電源ブロックＢ１、Ｂ２の入力側にそれぞれ、同一の１００Ｖ系電圧にして与えるように自動的又は、手動で切替えるように形成されている。単位電源ブロックＢ１、Ｂ２を出力端子で並列接続して出力容量が所定の値になるようにするので、電源ブロックが複数個あるというこの構成は、入力電圧を二電圧系に対応できる利点がある。受電二電圧系切替器Ｗの常閉接点２８が閉じて、常開接点２６と２７が開いている状態で入力端ＰとＱが接続状態であるから、入力端子１と２の間に２００Ｖを受電したとき入力段Ａ１及びＡ２に夫々１００Ｖが印加されるので交流ユニットＣ１とＣ２に１００Ｖが整流され平滑コンデンサ３で平滑された直流が無負荷時は交流の波高値に近い約１４０Ｖで印加される。負荷電流が大きくなれば、入力側の等価インピーダンスＺで電圧降下も大きいが、負荷電流に比例した値だけ低い電圧となって平滑コンデンサ３に印加される。受電二電圧系切替器Ｗの常閉接点２８が開いて、常開接点２６と２７が閉じた１００Ｖ受電状態では、入力端ＰとＱが非接続状態であるから、入力端子１と２の間に１００Ｖを受電したとき入力段Ａ１及びＡ２に夫々交流１００Ｖが印加される。交流の入力電圧を検出してこれに対応して自動で各接点を作動させる自動切換手段も有効であり、単位電源ブロックを複数個準備し、出力端で並列運転する本発明の方式は、受電二電圧系対応にも活かせる利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明の出力調整のための検出部位として各平滑コンデンサ端子電圧に着目し、これを各単位電源とも同じ電圧値にする様に、各インバータの出力を制御するので安価で簡単な構成部品で制御できた。単位電源ブロック間の出力容量が偏って、過電流による一方の電源ブロックに寿命を短縮させる要因が排除できたので電源装置の信頼性が向上したので、この電源を使用する点灯設備や、溶接設備全体の故障時間が少なくなり稼動率が向上し産業上の価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による実施の形態を示す回路ブロック図。
【図２】本発明による実施の形態を示す回路構成図。
【図３】本発明による他の実施の形態を示す回路構成図。
【符号の説明】
【００２１】
１    入力端子
２    入力端子
Ｒ    入力整流器
３    平滑コンデンサ
４    インバータ
５    高周波トランス
６    出力整流器
７    出力端子
８    出力端子
９    溶接電極
１０    トーチ
１１    母材
１２    チョッパ
１３    負荷
１４    制御回路
１４１  第１電圧検出器
１４２  第２電圧検出器
１５１  第１誤差増幅器
１５２  第２誤差増幅器
１６１  第１基準電圧生成手段
１６２  第２基準電圧生成手段
１９    ＰＷＭ制御信号生成器
２０    ゲート駆動信号生成器
２４    半導体スイッチング素子
２６    常開接点
２７    常開接点
２８    常閉接点
Ａ１    入力段直流ユニット
Ａ２    入力段直流ユニット
Ｂ１    単位電源ブロック
Ｂ２    単位電源ブロック
Ｃ１    交流ユニット
Ｃ２    交流ユニット
Ｄ１    直流出力ユニット
Ｄ２    直流出力ユニット
Ｅ    等電位接続体
Ｒ    入力整流器
Ｗ    受電二電圧系切替器
Ｚ    等価インピ-ダンス
【図１】
2006116555.tif 000003
【図２】
2006116555.tif 000004
【図３】
2006116555.tif 000005