【手続補正書】
【提出日】平成24年9月28日(2012.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トポロジーを有し、前記トポロジーの各ステージが入力信号及び出力信号によって特徴付けられた電気アーク溶接プロセスのための電源であって、
第１の大きさを有する、ＡＣ入力信号と第１のＤＣバス上の第１の固定ＤＣ出力信号とを有するコンバータである入力ステージと、
前記第１のＤＣバス上の前記第１の固定ＤＣ出力信号を入力信号として有する非調整型ＤＣ／ＤＣコンバータである第２ステージであって、前記第２ステージは、前記電気アーク溶接プロセスからのリアルタイムフィードバック信号によって調整されない非調整の第２ステージであり、前記電源の動作中において一定である所定のデューティサイクルの高周波でスイッチングして前記第２ステージの前記第１の固定ＤＣ出力信号を第１の内部高周波ＡＣ信号に変換する複数のスイッチからなるネットワークと、一次巻線及び二次巻線を有し、前記第１の内部高周波ＡＣ信号とは異なる第２の内部ＡＣ信号を生成する絶縁変圧器と、前記第２の内部ＡＣ信号を、前記スイッチの前記デューティサイクルに関連する第２の大きさを有する溶接には使用されない第２の固定ＤＣ出力信号に変換し、前記第２の大きさは前記第１の大きさ未満であり、前記第２の固定ＤＣ出力信号は第２のＤＣバス上にある整流器と、を有する第２ステージと、
前記第２の固定ＤＣ出力信号を入力信号として受け取り、前記電気アーク溶接プロセスからのフィードバック信号によって調整される第３ステージ調整型コンバータであって、前記第２の固定ＤＣ出力信号を溶接に使用する出力信号に変換し、前記入力ステージ及び前記第２ステージと分離されかつ異なって前記第２の固定ＤＣ出力信号を変換する第３ステージ調整型コンバータと、を備える、
ことを特徴とする電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項２】
前記入力ステージは、整流器と、力率補正コンバータとを含むことを特徴とする請求項１記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項３】
前記力率補正コンバータは、バック＋ブーストコンバータ、バックコンバータ、及び、受動コンバータのいずれかであることを特徴とする請求項２記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項４】
前記力率補正コンバータは、２レベルコンバータであることを特徴とする請求項２記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項５】
前記力率補正コンバータは、能動コンバータであることを特徴とする請求項２記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項６】
前記ＡＣ入力は、三相または単相入力であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項７】
前記入力ステージは、制御電圧を有するコントローラと前記第１の固定ＤＣ出力信号から前記制御電圧を生成する電圧回路とを有する調整型コンバータステージを含むことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項８】
前記調整型コンバータステージは、前記調整型コンバータステージを調整するための、前記第１の固定ＤＣ出力信号からのフィードバック回路を含むことを特徴とする請求項７記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項９】
前記調整型コンバータステージは、前記調整型コンバータステージを調整するための、前記第２の固定ＤＣ出力信号からのフィードバック回路を含むことを特徴とする請求項７記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項１０】
前記複数のスイッチからなるネットワークは、フルブリッジインバータ、ハーフブリッジインバータ、二重フォワードインバータ、及び、カスケードブリッジのいずれかであることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項１１】
前記デューティサイクルは、約１００％に固定されていることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項１２】
前記デューティサイクルは、前記電源が動作していないときに調節可能であることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項１３】
前記高スイッチング周波数は、約１８ｋＨｚより大きいことを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項１４】
前記一次巻線は、前記二次巻線よりも実質的に多い巻数を有することを特徴とする請求項１〜１３の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項１５】
前記第３ステージは、チョッパであるであることを特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項１６】
前記電源は、少なくとも５ＫＷの出力電力容量を有することを特徴とする請求項１〜１５の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項１７】
溶接に適した電流により前記第３ステージを調整するための回路を含むことを特徴とする請求項１〜１６の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項１８】
第１のＡＣ電力供給入力信号から、入力信号及び出力信号によって特徴付けられ各ステージを備える電源トポロジーへの調整型溶接出力を供給する方法であって、
（ａ）前記電源トポロジーの第１ステージへの前記第１のＡＣ電力供給入力信号を第１のＤＣバス上の第１の固定ＤＣバス電圧出力信号に変換する工程と、
（ｂ）前記電源トポロジーの第２ステージへの入力信号としての前記第１の固定ＤＣバス電圧出力信号を、前記第２ステージの複数のスイッチのネットワークを用いて、第２のＡＣ信号に変換する工程であって、前記ネットワークは、前記調整型溶接出力からのリアルタイムフィードバック信号によって調整されない非調整のコントローラ出力によって特徴付けられた一定のデューティサイクルを有する工程と、
（ｃ）前記第２のＡＣ信号を、溶接に用いられない、第２のＤＣバス上の第２の固定ＤＣバス電圧出力信号に整流する工程であって、前記第２の固定ＤＣバス電圧出力信号は、前記第２の固定ＤＣバス電圧信号が前記第１の固定ＤＣバス電圧信号よりも小さくなるように、定数を前記第１のＤＣバスに乗算した積であり、前記第２のＤＣバスは、前記第２ステージによって前記第１のＤＣバスから絶縁されている工程と、
（ｄ）前記電源トポロジーの第３ステージへの入力信号としての前記第２の固定ＤＣバス電圧出力信号を溶接に使用される前記第３ステージの出力信号に変換する工程であって、前記第２の固定ＤＣバス電圧出力信号は、前記第１ステージ及び第２ステージと分離されかつ異なって変換される工程と、
（ｅ）前記第３ステージの前記出力信号を前記調整型溶接出力からのフィードバック信号により調整する工程であって、前記第３ステージの前記出力信号を所望の調整された溶接出力にする工程と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記第１ステージは、
（ｆ）前記第１ステージの力率補正する工程、
を更に含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記第２ステージは、高周波スイッチインバータであり、絶縁変圧器を含むことを特徴とする請求項１８又は１９記載の方法。
【請求項２１】
前記第２ステージは、ある巻数比を有する絶縁変圧器を含み、前記定数は、前記巻数比によって、少なくとも部分的に決まることを特徴とする請求項１８〜２０の何れかに記載の方法。
【請求項２２】
前記第２ステージは、スイッチングネットワークを含み、前記スイッチングネットワークのスイッチは、一定のデューティサイクルを有することを特徴とする請求項１８〜２１の何れかに記載の方法。
【請求項２３】
前記一定のデューティサイクルは、調整可能であることを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記第３ステージは、チョッパであることを特徴とする請求項１８〜２３の何れかに記載の方法。
【請求項２５】
前記調整された溶接電流は、２ＫＷを超える電力を有することを特徴とする請求項１８〜２４の何れかに記載の方法。
【請求項２６】
前記第１ステージは、コントローラ電圧を有するコントローラを有し、
前記方法が、
（ｆ）前記第１のＤＣバスから前記コントローラ電圧を得る工程を含むことを特徴とする請求項１８〜２５の何れかに記載の方法。
【請求項２７】
前記第３ステージは、コントローラ電圧を有するコントローラを有し、
前記方法が、
（ｆ）前記第２のＤＣバスから前記第３ステージのコントローラ電圧の前記コントローラ電圧を得る工程を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第３ステージは、コントローラ電圧を有するコントローラを有し、
前記方法が、
（ｆ）前記第２のＤＣバスから前記第３ステージのコントローラ電圧を得る工程を含むことを特徴とする請求項１８の何れかに記載の方法。
【請求項２９】
トポロジーを有し、前記トポロジーの各ステージが入力信号及び出力信号によって特徴付けられた電気アーク溶接プロセスのための電源であって、
整流器とＤＣ／ＤＣコンバータとを有し、ＡＣ入力信号を第１の固定ＤＣ出力信号に変換する入力ステージと、
前記電気アーク溶接プロセスからのリアルタイムフィードバック信号によって調整されない、非調整型ＤＣ／ＤＣコンバータである第２ステージであって、前記第１の固定ＤＣ出力信号のための第１のＤＣバスである入力と、溶接のために適切でなく、前記第１の固定ＤＣ出力信号と電気的に絶縁されており、前記第１の固定ＤＣ出力信号に対する所定割合の大きさを有する第２の固定ＤＣ出力信号のための第２のＤＣバスである出力と、を有する第２ステージと、
第３ステージ調整型コンバータであって、前記第２の固定ＤＣ出力信号を前記第３ステージへの入力信号として有し、前記第２の固定ＤＣ出力信号を溶接に好適な電流出力信号に変換するために前記電気アーク溶接プロセスからのフィードバック信号によって調整され、前記入力ステージ及び前記第２ステージと分離されかつ異なって前記第２の固定ＤＣ出力信号を変換する第３ステージと、を備える、
ことを特徴とする電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項３０】
前記入力ステージのＤＣ／ＤＣコンバータは、力率補正コンバータを含むことを特徴とする請求項２９記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項３１】
前記力率補正コンバータは、バック＋ブーストコンバータであることを特徴とする請求項３０記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項３２】
前記力率補正コンバータは、能動コンバータであることを特徴とする請求項３０記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項３３】
前記ＡＣ入力は、三相または単相入力であることを特徴とする請求項２９〜３２の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項３４】
前記入力ステージは、制御電圧を有するコントローラと前記第１の固定ＤＣ出力信号から前記制御電圧を生成する電圧回路とを有する調整型コンバータステージを含むことを特徴とする請求項２９〜３３の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項３５】
前記第２ステージは、インバータであることを特徴とする請求項２９〜３４の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項３６】
前記インバータは、高周波スイッチングを伴うスイッチを有し、前記スイッチは、前記スイッチを作動させる一定のデューティサイクルを有することを特徴とする請求項３５記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項３７】
前記デューティサイクルは、約１００％に固定されていることを特徴とする請求項３６記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項３８】
前記デューティサイクルは、調節可能であることを特徴とする請求項３６記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項３９】
前記デューティサイクルは、前記スイッチの位相シフトによって制御されることを特徴とする請求項３６記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項４０】
前記高周波スイッチングの周波数は、約１８ｋＨｚより大きいことを特徴とする請求項３６記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項４１】
前記第２ステージは、一次巻線及び二次巻線を有する絶縁変圧器を有することを特徴とする請求項２９〜４０の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項４２】
前記一次巻線は、前記二次巻線よりも実質的に多い巻数を有し、前記第２の固定ＤＣ出力信号の方が前記第１の固定ＤＣ出力信号よりも小さいことを特徴とする請求項４１記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項４３】
前記第３ステージ調整型コンバータは、チョッパであることを特徴とする請求項２９〜４２の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項４４】
前記電源は、少なくとも５ＫＷの出力電力容量を有することを特徴とする請求項２９〜４３の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項４５】
トポロジーを有し、前記トポロジーの各ステージが入力信号及び出力信号によって特徴付けられた電気アーク溶接プロセスのための電源であって、
ＡＣ入力信号を第１の固定ＤＣバス上の第１の調整された固定ＤＣバス電圧出力信号に変換する第１の力率補正入力ステージと、
第２ステージスイッチングインバータであって、前記第２ステージスイッチングインバータへの入力信号としての前記第１の調整された固定ＤＣバス電圧出力信号を、前記第１の固定ＤＣバスと絶縁された第２の固定ＤＣバス上の溶接に使用されない第２の固定ＤＣバス電圧出力信号に変換するための一定のデューティサイクルで動作する複数のスイッチからなるネットワークを含む一次側及び二次側を有し、前記電気アーク溶接プロセスからのリアルタイムフィードバック信号によって調整されない非調整の第２ステージスイッチングインバータであり、前記一次側を特徴付ける一次巻線と前記二次側を特徴付ける二次巻線とを有する絶縁変圧器と一次側のコンデンサ及び二次側のコンデンサを含む複数のコンデンサとを備え、前記ネットワークは前記一次側のコンデンサを横切って動作する、第２ステージスイッチングインバータと、
入力信号としての前記第２の固定ＤＣバス電圧出力信号を有し、前記第２の固定ＤＣバス電圧出力信号を溶接に使用する出力信号に変換し、前記電気アーク溶接プロセスからのパラメータのフィードバックによって調整され、前記第１の力率補正入力ステージ及び前記第２ステージスイッチングインバータと分離されかつ異なって前記第２の固定ＤＣバス電圧出力信号を変換する調整型第３ステージコンバータと、を備える、
ことを特徴とする電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項４６】
前記第１の力率補正入力ステージは、整流器と、力率補正コンバータとを含み、
前記調整型第３ステージコンバータは、調整型第３ステージコンバータを調整し、前記電気アーク溶接プロセスからのフィードバックパラメータを調整される溶接信号に与える制御回路と波形ジェネレータとを有する、
ことを特徴とする請求項４５記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項４７】
前記力率補正コンバータは、バック＋ブーストコンバータであることを特徴とする請求項４５又は４６記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項４８】
前記力率補正コンバータは、能動コンバータであることを特徴とする請求項４５又は４６記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項４９】
前記調整型第３ステージコンバータは、チョッパであることを特徴とする請求項４５〜４８の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項５０】
前記電源は、少なくとも５ＫＷの出力電力容量を有することを特徴とする請求項４５〜４８の何れかに記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項５１】
入力信号及び出力信号によって特徴付けられた３つのステージのトポロジーを有する電気アーク溶接プロセスのための電源であって、
第１ステージであって、ＡＣ入力信号と、第１の固定ＤＣ出力信号と、電圧入力及び前記第１ステージに第１の制御信号を提供するための第１の制御出力を有する第１ステージ用コントローラと、を有する第１ステージと、
第２ステージであって、前記第２ステージへの入力信号としての前記第１の固定ＤＣ出力信号に接続された入力と、溶接には使用されず、前記第１の固定ＤＣ出力信号とは電気的に絶縁された第２の固定ＤＣ出力信号である出力信号と、電圧入力と前記第２ステージに第２の制御信号を提供するための第２の制御出力とを備える第２ステージ用コントローラによって規定される少なくとも１００ＫＨＺのスイッチング周波数の一定の動作デューティサイクルを有するスイッチを備えるスイッチングネットワークと、を備え、前記電気アーク溶接プロセスからのリアルタイムフィードバック信号によって調整されない非調整である第２ステージと、
第３ステージであって、前記第３ステージへの入力信号としての前記第２の固定ＤＣ出力信号に接続された入力と、電圧入力と前記第２の固定ＤＣ出力信号を溶接に使用される出力信号に変換するための前記第３ステージに調整された第３の制御信号を提供するための第３の制御出力とを備える第３ステージ用コントローラと、を備え、前記第２の固定ＤＣ出力信号の変換は前記第１ステージ及び前記第２ステージとは分離されかつ異なっている第３ステージと、を備える、
ことを特徴とする電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項５２】
前記第２ステージは、非調整型ＤＣ／ＤＣ絶縁コンバータであることを特徴とする請求項５１記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項５３】
前記電気アーク溶接プロセス用電源は、第１のコントローラ電圧を前記コントローラのうちの１つの電圧入力に供給する第１の電源をさらに備えることを特徴とする請求項５１又は５２に記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項５４】
前記第１の電源は、前記第１のコントローラ電圧を前記第２ステージ用コントローラの前記電圧入力に供給することを特徴とする請求項５３に記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項５５】
前記電気アーク溶接プロセス用電源は、第２のコントローラ電圧を前記第２ステージ用コントローラの前記電圧入力に供給する第２の電源をさらに備えることを特徴とする請求項５３に記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項５６】
前記第１の電源は、前記第１のコントローラ電圧を前記第１の固定ＤＣ出力信号から供給することを特徴とする請求項５５に記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項５７】
前記第１の電源は、前記第１のコントローラ電圧を前記第２の固定ＤＣ出力信号から供給することを特徴とする請求項５５に記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項５８】
前記第２の電源は、前記第２のコントローラ電圧を前記第２の固定ＤＣ出力信号から供給することを特徴とする請求項５５に記載の電気アーク溶接プロセス用電源。
【請求項５９】
ＭＩＧ溶接の方法であって、
（ａ）被加工物に対して溶接ワイヤを前進させるステップと、
（ｂ）入力信号及び出力信号によってそれぞれが特徴付けられた３つのステージの電源で溶接出力信号を生成するステップであって、前記３つのステージの電源は、ＡＣ入力信号及び第１の固定ＤＣ出力信号を有する調整型入力ステージと、非調整型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記溶接出力信号のリアルタイムフィードバック信号によって調整されないセンターステージと、を備え、前記センターステージは、前記第１の固定ＤＣ出力信号を入力信号として有し、かつ、前記第１の固定ＤＣ出力信号よりも小さく前記第１の固定ＤＣ出力信号から絶縁された第２の固定ＤＣ出力信号を有し、前記第２の固定ＤＣ出力信号は溶接には使用されない、ステップと、
（ｃ）出力ステージへの入力信号としての前記第２の固定ＤＣ出力信号によって駆動される前記出力ステージを調整することによって前記第２の固定ＤＣ出力信号から前記溶接出力信号を生成するステップであって、前記出力ステージは、前記溶接出力信号によって調整され、前記第２の固定ＤＣ出力信号を溶接に使用する前記溶接出力信号に変換し、前記出力ステージは、前記入力ステージ及び前記センターステージと分離されかつ異なって前記第２の固定ＤＣ出力信号を変換するステージと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項６０】
前記センターステージは、非調整型絶縁フルブリッジインバータであることを特徴とする請求項５９記載の方法。
【請求項６１】
前記溶接出力信号は、ＤＣ信号であることを特徴とする請求項５９又は６０に記載の方法。
【請求項６２】
（ｄ）前記溶接ワイヤの周囲と前記被加工物上に粒状フラックスを供給するステップをさらに備えることを特徴とする請求項５９〜６１の何れかに記載の方法。
【請求項６３】
前記溶接ワイヤは、フラックス芯付電極であることを特徴とする請求項５９〜６２の何れかに記載の方法。
【請求項６４】
前記第１の固定ＤＣ出力信号は、４００〜５００Ｖで調整かつ制御されることを特徴とする請求項１，１８，２９，４５，５１，５９の何れかに記載の電源。
【請求項６５】
トポロジーを有し、前記トポロジーの各ステージが入力信号及び出力信号によって特徴付けられた電気アーク溶接プロセスのための電源であって、
整流器と前段調整型力率補正コンバータとを有し、ＡＣ入力信号を第１の大きさの第１の固定ＤＣ出力信号に変換する入力ステージと、
前記電気アーク溶接プロセスからのリアルタイムフィードバック信号によって調整されない、非調整型ＤＣ／ＤＣコンバータである第２ステージであって、前記第１の固定ＤＣ出力信号に接続された入力と、コントローラと、前記第２ステージの入力における前記第１の固定ＤＣ出力信号を第１の内部ＡＣ信号に変換するために前記コントローラによって少なくとも１００ｋＨｚの前記電源の動作中において一定である所定のデューティサイクルの周波数でスイッチングする複数のスイッチのネットワークと、一次巻線及び二次巻線を有し前記第１の内部ＡＣ信号とは異なる第２の内部ＡＣ信号を作る絶縁変圧器と、前記第２の内部ＡＣ信号を前記一次巻線と前記二次巻線との巻数比に関連し前記第１の大きさよりも小さく溶接に用いられない第２の大きさの第２の固定ＤＣ出力信号に変換する整流器と、を備える第２ステージと、
第３ステージであって、前記第２の固定ＤＣ出力信号を前記第３ステージへの入力信号として有し、前記第２の固定ＤＣ出力信号を溶接に使用される出力信号に変換し、前記電気アーク溶接プロセスからのフィードバック信号によって調整され、前記入力ステージ及び前記第２ステージと分離されかつ異なって前記第２の固定ＤＣ出力信号を変換する第３ステージと、を備える、
ことを特徴とする電気アーク溶接プロセス用電源。