(57)【要約】【課題】交流側入力容量を低減し、もって受電容量が小さい場所でも使用可能なインバータ式抵抗溶接機を提供すること。【解決手段】交流電力を入力し昇圧した直流電力を出力するチョッパ回路１７と、このチョッパ回路１７により昇圧した直流電力により充電されるコンデンサ３と、このコンデンサ３に充電された直流電力を交流電力に変換するインバータ４と、このインバータ４の出力を低圧大電流の交流電力に変換する変圧器５と、この変圧器５の出力により付勢される溶接電極７とを具備する。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を入力し昇圧した直流電力を出力するチョッパ回路と、このチョッパ回路により昇圧した直流電力により充電されるコンデンサと、このコンデンサに充電された直流電力を交流電力に変換するインバータと、このインバータの出力を低圧大電流の交流電力に変換する変圧器と、この変圧器の出力により付勢される溶接電極とを具備することを特徴とするインバータ式抵抗溶接機。
【請求項２】
前記コンデンサの充電完了を検出する充電完了検出手段を備え、該充電完了検出手段による充電完了信号を前記溶接電極による溶接開始の条件とすることを特徴とする請求項１記載のインバータ式抵抗溶接機。
【請求項３】
前記充電完了検出手段は、前記直流電力の電圧が予め定めた上限設定値以上であり且つ予め定めた設定時間経過したことにより充電完了を検出する手段を具備することを特徴とする請求項２記載のインバータ式抵抗溶接機。
【請求項４】
前記充電完了検出手段は、前記直流電力の電圧が予め定めた上限設定値以上であり且つ前記コンデンサの充電電流又は充電電流基準が予め定めた設定値以下になったことにより充電完了を検出する手段を具備することを特徴とする請求項２記載のインバータ式抵抗溶接機。
【請求項５】
前記コンデンサの電圧を検出し該検出値が予め定めた下限設定値以下になったことを条件に前記溶接電極による溶接を中止する手段を具備することを特徴とする請求項１記載のインバータ式抵抗溶接機。
【請求項６】
溶接終了時のコンデンサ電圧Ｖ２　を検出し、充電完了時のコンデンサ電圧Ｖ１　と溶接を中止するコンデンサ設定電圧Ｖ３　とに基づき、溶接に利用可能なエネルギーに対する溶接に使用したエネルギーの比率を表示する手段を具備することを特徴とする請求項１記載のインバータ式抵抗溶接機。
【請求項７】
現在のコンデンサ電圧Ｖ４　と、溶接を中止するコンデンサ設定電圧Ｖ３　と、充電完了時のコンデンサ電圧Ｖ１　とに基づき、現在溶接に利用可能なエネルギーがコンデンサを満充電した場合における当該充電エネルギーの溶接に利用可能なエネルギーに対する比率を表示する手段を具備することを特徴とする請求項１記載のインバータ式抵抗溶接機。
【請求項８】
前記変圧器の二次側を整流し、該清流出力を前記溶接電極に与えて直流溶接を行うことを特徴とする請求項１記載のインバータ式抵抗溶接機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ式抵抗溶接機に係り、特に、交流側入力容量を低減したインバータ式抵抗溶接機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインバータ式抵抗溶接機の一例について、図９を参照して説明する。
【０００３】
図９において、交流電源１を整流器２で直流に変換し、コンデンサ３により平滑化し、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子等からなるインバータブリッジ４に供給され、直流から交流に変換する。ここに、変換される交流は、一般的には数百〜数千Ｈｚの周波数である。変圧器５により低圧大電流に変換してダイオード６Ａ，６Ｂにより直流に変換した電力を溶接電極７に供給する。
【０００４】
かかる従来のインバータ式抵抗溶接機にあっては、溶接の精度を向上させるため溶接電流の制御と溶接時間の制御とを行っている。すなわち、溶接の電流基準Ｉ＊９と、変圧器一次電流を変流器８で検出し整流回路１１で直流に変換した値とを比較して、その差を増幅器１０で増幅してＰＷＭ回路１２でＰＷＭ信号に変換し、駆動回路１４を介してインバータブリッジ４をスイッチング制御し、もって電流基準Ｉ＊　と溶接電極７の溶接電流とが比例するような制御を行っている。また、動作スイッチ１３が閉となり、溶接信号が与えられたときのみ駆動回路１４が動作して溶接電流を流すように作用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、抵抗溶接の瞬時電力は１００ｋＷ〜２００ｋＷ程度であり、０．５秒前後の時間を通電する。またデューティは１／１０〜１／２０程度である。
【０００６】
従って、インバータ式抵抗溶接機に接続される交流電源１の瞬時電力は非常に大きなものとなり、受電容量が少ない場所での使用は困難であった。このため抵抗溶接機を使用する場合は使用平均電力の１０〜２０倍程度の受電容量を設備する必要があり、不経済であると同時に電力系統への電力急変のため電圧変動が大きくなりフリッカー等の発生もあり好ましくなかった。
【０００７】
本発明の目的は、受電容量が小さい場所でも使用可能なインバータ式抵抗溶接機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、充電したコンデンサのエネルギーをインバータで交流に変換して変圧器で大電流を流して溶接を行うインバータ式抵抗溶接機であり、インバータ入力を充電コンデンサから得るようにして交流側入力容量の低減が図るようにしている。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記コンデンサの充電完了を検出する手段、充電完了信号を溶接開始条件とする手段を設けることにより、コンデンサ充電完了を検出して溶接を開始しコンデンサのエネルギーを有効に利用するよにしている。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明における前記充電完了検出手段として、コンデンサ電圧が設定値以上になったことを検出し該検出後に設定時間経過して充電完了とする手段を採用する。これによりコンデンサ電圧が充電完了電圧に近づいたことを検出しその後設定時間を過ぎればコンデンサは１００％電圧に充電することができる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項２に係る発明における前記充電完了検出手段として、前記検出後に充電電流又は充電電流基準が設定以下となって充電完了とする手段を採用する。これにより充電完了電圧に近づいたことを検出し充電電流又は充電電流基準が設定以下に減少すれば、コンデンサは１００％電圧に充電することができる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、コンデンサ電圧が下限設定値以下を検出し該検出により溶接を中止する手段を設ける。これによりコンデンサ電圧が下限以下になると溶接不良やチョッパ入力電流過大となることを防止することができる。
【００１３】
請求項６に係る発明は、溶接終了時のコンデンサ電圧と、充電完了時のコンデンサ電圧と、溶接を中止する下限コンデンサ電圧とに基づき溶接に利用可能なエネルギーに対する溶接に使用したエネルギーの比率を表示する。これにより溶接に利用できるエネルギーの何％を使用したかが表示されるようになる。
【００１４】
請求項７に係る発明は、現在のコンデンサ電圧と、充電完了時のコンデンサ電圧と、下限コンデンサ電圧とに基づいて現在利用可能なエネルギーの比率を表示する。これにより溶接終了後次の溶接迄の待時間中にどこまで充電したかが表示されるようになる。
【００１５】
請求項８に係る発明は、変圧器の２次電圧を整流して直流に変換することにより、直流溶接を行うことを可能とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る第１実施形態のインバータ式抵抗溶接機のブロック図であり、図９と同一部分は同一番号を符している。
【００１７】
図１において、交流電源１にリアクトル１５を介してチョッパブリッジ１７の交流側が接続され、チョッパブリッジ１７の直流側はコンデンサ３に接続される。コンデンサ３の両端はインバータブリッジ４の入力側に接続されている。インバータブリッジ４の出力側は、変圧器５及びダイオード６Ａ，６Ｂを介して溶接電極７に接続されている。
【００１８】
かかる主回路構成の下でチョッパブリッジ１７の制御は次のようになっている。すなわち、交流電源１の電流は、変流器１６Ａ，１６Ｂで検出し、該検出出力は整流回路１８に入力される。コンデンサ３の電圧は、電圧検出器２４により検出される。
【００１９】
コンデンサ３の電圧基準Ｖ＊　１９が与えられ、この電圧基準Ｖ＊　１９とコンデンサ３の電圧検出値との差を増幅器２０で増幅する。この増幅器２０はコンデンサ３の充電電流基準Ｖ２０とされる。
【００２０】
この増幅器２０からの充電電流基準Ｖ２０と整流回路１８の出力とを比較し、増幅器２１で増幅する。増幅器２１の出力はＰＷＭ回路２２に与えられ、このＰＷＭ回路２２によりＰＷＭ信号に変換し、駆動回路２３によりチョッパブリッジ１７のＩＧＢＴを駆動する。
【００２１】
このような構成により、コンデンサ３を定電流の交流で充電した上でコンデンサ電圧を一定に制御する、交流側電流マイナー制御付のコンデンサ電圧制御系が構成される。
【００２２】
一方、電圧検出器２４の出力は、高電圧レベル検出器２６に与えられる。この高電圧レベル検出器２６は、コンデンサ３が定格電圧近くまで充電したことを検出するものであり、タイムディレイ２７によりコンデンサが定格電圧迄充電する時間を見計ってアンド回路２５により、スイッチ１３からの溶接信号を駆動回路１４に与える。
【００２３】
また電圧検出器２４の出力は低電圧レベル検出器２８に与えられ、この低電圧レベル検出器２８で検出した電圧以下になると、アンド回路２５によりスイッチ１３の閉による溶接信号を駆動回路１４に送らないようにしてインバータブリッジ４の駆動を停止する。
【００２４】
以上のようにしてコンデンサ３は交流電源１から設定電流制御により定格電圧まで充電し、定格電圧に達したと推定される時間に溶接開始を許可して、コンデンサ３のエネルギーを利用して溶接を行う。
【００２５】
また、コンデンサ３の電圧が低電圧レベルまで低下すると、溶接を停止することにより交流電源から低容量の電力を平均的に流入させながら溶接をする。
【００２６】
本実施形態によれば、交流電源１は小電力で十分であり、コンデンサ３に蓄えたエネルギーから短時間にインバータ式抵抗溶接機を使って溶接電流を制御しながら溶接を行うので、信頼性の良い溶接を小電源容量の元で経済的に行うことができる。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態のインバータ式抵抗溶接機を、図１と同一部分は同一番号を符した図２を参照して説明する。
【００２８】
本実施形態は、図１に示す第１実施形態の高電圧レベル検出器２６とタイムディレイ２７の部分の機能、即ちコンデンサ３が定格電圧まで充電した時間を見つける別の実施形態を示したものである。
【００２９】
本実施形態では、整流回路１８の出力、即ち交流電源１の電流を直流に変換した値（コンデンサ充電電流分）が低下してコンデンサ３の充電が完了したことをレベル検出回路２９で検出し、該検出信号と高電圧レベル検出２６とのアンドを、アンド回路３１で取り、フリップフロップ３２をリセットして起動条件としてアンド回路２５へ入力する。フリップフロップ３２は溶接信号１３の反転回路３０により溶接完了によりセットされて溶接をロックするようにしている。
【００３０】
本実施形態によっても、第１実施形態と同様にコンデンサ３の充電時間の検出が行え、しかもコンデンサ充電完了を、充電電流が減少したことにより検出し確認するようにしているので、より確実で早いインターロックとなる。他は第１実施形態と同様の作用効果である。
【００３１】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態のインバータ式抵抗溶接機を、図１及び図２と同一部分は同一番号を符した図３を参照して説明する。
【００３２】
本実施形態は、図２におけるレベル検出回路２９の入力を変更したものである。すなわち、図３では、レベル検出回路２９の入力として、増幅器２６の出力即ち電流基準を入力として、レベル検出回路２９は電流マイナーループを構成している。
【００３３】
本実施形態によっても、第１，２実施形態と同様にコンデンサ３の充電時間の検出が行え、しかもコンデンサ充電完了を、充電電流が減少したことにより検出し確認するようにしているので、より確実で早いインターロックとなる。他は第１，２実施形態と同様の作用効果である。
【００３４】
（第４実施形態）
次に、本発明に係る第４実施形態のインバータ式抵抗溶接機を、図１と同一部分は同一番号を符した図４を参照して説明する。
【００３５】
本実施形態は、図１に示す第１実施形態における変圧器５の２次側の交流出力そのままを、溶接電極７に与え、抵抗溶接を行うようにしている。
【００３６】
本実施形態によれば、図５に示す変圧器５の２次側交流出力である溶接電流Ｉを台形波状にて低周波で制御することになるので、溶接品質の向上が期待できる。
【００３７】
他は第１実施形態と同様の作用効果である。
【００３８】
（第５実施形態）
次に、本発明に係る第５実施形態のインバータ式抵抗溶接機を、図１と同一部分は同一番号を符した図６を参照して説明する。
【００３９】
本実施形態は、図１に示す第１実施形態のチョッパブリッジ部１７を、整流器２とチョッパブリッジ１７とに分けた回路構成としたものであり、電流検出は直流電流検出器３３を使用している。
【００４０】
なお、図１におけるチョッパブリッジ部１７は、図６のほかに種々のチョッパ回路を使用することができ、またサイリスタを用いた制御方式などを利用することかできる。他は第１実施形態と同様の作用効果である。
【００４１】
（第６実施形態）
次に、本発明に係る第６実施形態のインバータ式抵抗溶接機を、図１と同一部分は同一番号を符した図７を参照して説明する。
【００４２】
本実施形態は、図１に示す第１実施形態の電圧検出器２４の出力と、アンド回路２５の出力とを用いて溶接に利用可能なエネルギーに対する溶接に使用したエネルギーの比率等を表示するものである。
【００４３】
電圧検出器２４によりコンデンサ３の電圧を検出し、Ａ／Ｄコンバータ３４を介してディジタル信号に変換しマイコンマイクロコンピュータ３５に入力する。マイコンマイクロコンピュータ３５は、溶接に利用可能なエネルギーに対する溶接に使用したエネルギーの比率を表示する。一方、アンド回路２５の信号をマイクロコンピュータ３５に入力し、溶接電極に電流を通電している期間を与え、溶接完了時点ｔ２　のコンデンサ電圧Ｖ２　を読み取る。コンデンサ充電完了電圧Ｖ１　と低電圧レベルＶ３　は設定されているので、溶接に要したエネルギーが使用可能なエネルギーの何％になっているかをマイクロコンピュータ３５で計算し表示器３６に表示する。
【００４４】
本実施形態によれば、電圧検出器２４の出力とアンド回路２５の出力とを用いてマイクロコンピュータ３５により、溶接時間ｔ１　〜ｔ２　又は溶接電流をどの程度まで上昇できるかが容易に計算できる。また、溶接完了後のｔ３　時点のコンデンサ電圧Ｖ４　を測定することにより何％まで充電が回復しているのかが読み取れる。
【００４５】
なお、コンデンサに蓄積されるエネルギーは１／２ＣＶ２　で求まるので、Ｖ１　からＶ２　まで放電した場合の放電エネルギーは１／２Ｃ（Ｖ１２−Ｖ２２）となり、図８に示す式から表示の数値が計算できる。
【００４６】
他は第１実施形態と同様の作用効果である。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、交流電源容量を低く抑えながらコンデンサを充電し、コンデンサが定格電圧に充電されてから溶接をスタートさせることにより、交流電源からの最大電流を小さく抑制し、交流電源系統の変動を小さくしながら大電流で高品質の溶接を、設備を経済的に抑えて行うことが可能なインバータ式抵抗溶接機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインバータ式抵抗溶接機の第１実施形態を示すブロック図。
【図２】本発明に係るインバータ式抵抗溶接機の第２実施形態を示すブロック図。
【図３】本発明に係るインバータ式抵抗溶接機の第３実施形態を示すブロック図。
【図４】本発明に係るインバータ式抵抗溶接機の第４実施形態を示すブロック図。
【図５】同実施形態における溶接電流の波形図。
【図６】本発明に係るインバータ式抵抗溶接機の第５実施形態を示すブロック図。
【図７】本発明に係るインバータ式抵抗溶接機の第６実施形態を示すブロック図。
【図８】同実施形態におけるエネルギー比率の計算手法を説明する図。
【図９】従来のインバータ式抵抗溶接機の一例を示すブロック図。
【符号の説明】
１…交流電源、２…整流器、３…コンデンサ、４…インバータブリッジ、５…変圧器、６…ダイオード、７…溶接電極、８…変流器、９…電流基準、１０…増幅器、１１…整流回路、１２…ＰＷＭ回路、１３…溶接信号、１４…駆動回路、１５…リアクトル、１６…変流器、１７…チョッパブリッジ、１８…整流回路、１９…電圧基準、２０…増幅器、２１…増幅器、２２…ＰＷＭ回路、２３…駆動回路、２４…電圧検出回路、２５…アンド回路、２６…高電圧レベル検出器、２７…タイムディレイ、２８…低電圧レベル検出器、２９…レベル検出回路、３０…反転回路、３１…アンド回路、３２…フリップフロップ、３３…直流電流検出器、３４…Ａ／Ｄコンバータ、３５…マイクロコンピュータ、３６…表示器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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