(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する交流−直流変換手段と、
前記直流電圧を高周波電圧に変換する直流−高周波変換手段と、
前記高周波電圧を直流電圧に変換して、出力端子に供給する高周波−直流変換手段と、
前記交流−直流変換手段と、前記直流−高周波変換手段と、前記高周波−直流変換手段とが内部に設けられ、かつ温度が熱変形温度以上に上昇すると、熱変形するプラスチック製のパネルを含み、このパネルに前記出力端子が設けられている筐体と、
前記パネルにおける前記出力端子の近傍に配置されている温度検出手段と、
前記出力端子の近傍の温度が前記熱変形温度よりも低く予め定められた温度以上に上昇したことを前記温度検出手段が検出したとき、前記出力端子への出力を消失させ、前記前記出力端子の近傍の温度が前記予め定めた温度よりも低下したことを前記温度検出手段が検出したとき、前記出力端子に出力を生じさせる出力制御手段とを、
具備する電源装置。
【請求項２】
交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する交流−直流変換手段と、
前記直流電圧を高周波電圧に変換する直流−高周波変換手段と、
前記高周波電圧を直流電圧に変換して、出力端子に供給する高周波−直流変換手段と、
前記交流−直流変換手段と、前記直流−高周波変換手段と、前記高周波−直流変換手段とが内部に設けられ、かつ温度が熱変形温度以上に上昇すると、熱変形するプラスチック製のパネルを含み、このパネルに前記出力端子が設けられている筐体と、
前記出力端子に設けられた温度検出手段と、
前記出力端子の温度が前記熱変形温度よりも低く予め定められた温度以上に上昇したことを前記温度検出手段が検出したとき、前記出力端子への出力を消失させ、前記出力端子の温度が前記予め定めた温度よりも低下したことを前記温度検出手段が検出したとき、前記出力端子に出力を生じさせる出力制御手段とを、
具備する電源装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の電源装置において、
前記直流−高周波変換手段は、直流−高周波変換手段用制御手段から制御信号が供給されている期間に導通する少なくとも１つの半導体スイッチング手段を有し、
前記出力制御手段は、前記直流−高周波変換手段用制御手段と前記半導体スイッチング手段との間に介在し、前記筐体の温度が前記予め定められた温度以上に上昇したことを前記温度検出手段が検出したとき、前記制御信号の前記半導体スイッチング素子への供給を停止させ、前記筐体の温度が前記予め定めた温度よりも低下したことを前記温度検出手段が検出したとき、前記制御信号の前記半導体スイッチング素子への供給を許可する
電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置に関し、特に発熱時に停止させるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電源装置には、その用途によって様々なものがある。例えば、溶接機用、切断機用、バッテリー充電用の電源装置がある。このような電源装置では、例えば商用交流電源の交流電圧を入力側の交流−直流変換部によって直流電圧に変換する。この直流電圧が直流−高周波変換部によって高周波電圧に変換され、さらに高周波電圧が出力側高周波−直流変換部によって直流電圧に変換される。この直流電圧が出力端子を介して負荷に供給される。
【０００３】
このような電源装置では、交流−直流変換部、直流−高周波変換部、高周波−直流変換部が筐体内に収容され、この筐体の一部において筐体の内外に貫通するように出力端子が設けられている。この出力端子を介して外部の負荷に、高周波−直流変換部が接続されている。
【０００４】
この筐体は、電源装置の小型、軽量化を図るため、プラスチック成型されたものが使用されることがある。この筐体の一部に出力端子が取り付けられているが、出力端子には、外部の負荷と接続するための電線が接続される。この電線と出力端子との接触抵抗と、この出力端子及び電線に大きな負荷電流が流れることによって、電線や出力端子が発熱し、これに伴い出力端子の温度が上昇する。また、出力端子は、筐体内において高周波−直流変換部に電線を介して接続されている。この電線と出力端子との接触抵抗と、この電線と出力端子にも大きな負荷電流が流れるので、上述したのと同様に、出力端子の温度が上昇する。
【０００５】
ところで、溶接用電源装置では、使用率が定められている。使用率とは、予め定めた時間、例えば１０分間のうち、溶接用電源装置を運転する時間を定めたもので、１０分に対する運転時間を百分率で表している。通常、電源装置全体の軽量化と、移動性、経済性を考慮して、使用率は、２０％とか１５％とかのように定められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したような使用率を超えて使用した場合、上述したように出力端子の温度が上昇したとき、筐体がプラスチック成型されているので、出力端子が取り付けられている付近における筐体の温度も上昇し、熱変形することがある。出力端子は、パネルの内外に貫通させた孔に挿通され、出力端子に形成した雄ねじにナットを螺合させることによってプラスチック製の筐体に固定されていることが多い。そのため、上述したように筐体が熱変形を起こすと、出力端子を正常に固定することができないことがある。従って、作業者は、使用率を超えて電源装置を作動させないように、絶えず注意する必要があり、その精神的負担が大きかった。
【０００７】
本発明は、出力端子が筐体のプラスチック製の部分に取り付けられて、出力端子の温度上昇があっても、出力端子が正常に固定されるようにする電源装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による電源装置は、交流電源からの電圧を直流電圧に変換する交流−直流変換手段を有している。交流−直流変換手段としては、例えば交流電圧を整流する整流手段と、整流出力を平滑する平滑手段とを含むものとできる。交流電源としては、種々のものが使用でき、例えば単相交流電源や三相交流電源等を使用することができる。交流−直流変換手段からの直流電圧を高周波電圧に変換する直流−高周波変換手段が設けられている。この直流−高周波変換手段としては、例えばインバータやチョッパーを使用することができる。かつ、これに加えて、変圧手段を設けて、高周波電圧の電圧を変圧することもできる。直流−高周波変換手段からの高周波電圧を直流電圧に変換して、出力端子に供給する高周波−直流変換手段が設けられている。高周波−直流変換手段も、高周波電圧を整流する整流手段と、この整流出力を平滑する平滑手段とを有するものとできる。前記交流−直流変換手段と、前記直流−高周波変換手段と、前記高周波−直流変換手段とが筐体の内部に設けられている。この筐体は、温度が熱変形温度以上に上昇すると、熱変形するプラスチック製のパネルを含んでいる。筐体の一部であるパネルだけでなく、筐体全体を熱変形するプラスチック製とすることもできる。このパネルに前記出力端子が設けられている。この筐体に温度検出手段が設けられている。温度検出手段の設置位置は、前記出力端子の近傍に配置されている。または、前記出力端子に取り付けられている。また、前記出力端子の近傍に配置する場合、筐体内部に設けることが美観上望ましい。温度検出手段としては、これが設置された付近の温度を表す温度表示信号を出力するもの或いは、この温度表示信号が、前記筐体の温度が前記熱変形温度よりも低く予め定められた温度以上に上昇したときに出力信号を生成し、前記筐体の温度が前記予め定めた温度よりも低下したことを温度表示信号が表しているとき、出力信号を消失させるものとすることができる。また、この温度検出部と関連して出力制御手段が設けられている。この出力制御手段は、筐体の温度が熱変形温度よりも低く予め定められた温度以上に上昇したことを前記温度検出手段が検出したとき、前記出力端子への出力を消失させ、前記筐体の温度が前記予め定めた温度よりも低下したことを前記温度検出手段が検出したとき、前記出力端子に出力を生じさせるものである。この出力制御手段としては、種々の構成のものがあり、例えば後述するようなものの他に、商用交流電源を交流−直流変換手段へ供給したり、遮断したりするものもある。
【０００９】
このように構成された電源装置では、筐体の温度が、予め定めた温度以上に上昇したとき、出力制御手段が、出力端子に出力を生じさせない。従って、予め定めた温度以上に筐体の温度が上昇すると、それ以上の温度上昇は生じない。従って、パネルの熱変形を防止することができる。さらに、出力端子には出力が生じていないので、出力端子の温度は徐々に低下する。そして、予め定めた温度よりも筐体の温度が低下すると、再び出力端子に出力が生じ、電源装置として使用できる。前記温度検出手段を、前記パネルにおける前記出力端子の近傍に配置した場合には、温度検出手段は、出力端子の温度に非常に近い温度を検出することができるので、高精度にパネルの熱変形を防止することができる。また、前記温度検出手段を、前記出力端子に取り付けた場合、一旦、予め定めた温度以上に出力端子の温度が上昇した場合、出力端子の温度は急速には低下しない。従って、出力端子に出力が生じていない期間を比較的長期に亘って維持することができる。
【００１０】
例えば、温度ヒューズを使用することによって、出力端子の温度が予め定めた温度以上に上昇したとき、出力端子に出力が生じないようにすることは可能である。しかし、この場合、電源装置を使用可能とするためには、温度ヒューズを取り換えなければならず、その取り換え作業が面倒である。この電源装置では、筐体の温度が低下すると、自動的に電源装置が使用可能となるので、このような取り換え作業が不要である。
【００１１】
前記直流−高周波変換手段は、直流−高周波変換手段用制御手段から制御信号が供給されている期間に導通する少なくとも１つの半導体スイッチング手段を有するものにできる。この場合、出力制御手段は、直流−高周波変換手段用制御手段と前記半導体スイッチング手段との間に介在し、筐体の温度が前記予め定められた温度以上に上昇したことを前記温度検出手段が検出したとき、前記制御信号の前記半導体スイッチング素子への供給を停止させ、前記筐体の温度が前記予め定めた温度よりも低下したことを前記温度検出手段が検出したとき、前記制御信号の前記半導体スイッチング素子への供給を許可するものとできる。
【００１２】
この構成では、出力制御手段は、直流−高周波変換手段への制御信号を供給したり、遮断したりすることによって、出力端子に出力を生じさせたり、消失させたりしている。従って、出力制御手段は、この電源装置を流れる大きな電流や電圧を直接に断続する必要がなく、出力制御手段自体は、大きな電流容量のものとする必要がなく、簡単な構成にすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態の電源装置２は、例えば溶接機または切断機用電源装置として使用されるものである。この電源装置２は、図３に示すように、概略直方体状の筐体４を有している。この筐体４は、正面パネル６と、これに対向する背面パネル（図示せず）とを含んでいる。これら正面パネル６と背面パネルとの間を、これらの両側から側壁パネル８、１０がそれぞれ包囲している。この筐体４は、熱変形温度以上の温度となると、変形することがあるプラスチック製である。
【００１６】
この筐体４内に、図１に示すような回路が構成されている。例えば背面パネルに設けられた電源入力端子１２に商用交流電源１４が接続される。この商用交流電源の交流電圧が、入力側交流−直流変換手段、例えば入力側整流平滑部１６に供給され、ここで直流電圧に変換される。入力側整流平滑部１６は、商用交流電圧を整流する整流手段、例えば、全波または半波整流回路と、この整流回路からの整流出力を平滑する平滑手段、例えば平滑コンデンサとからなる。
【００１７】
この入力側整流平滑部１６からの直流電圧は、直流−高周波変換手段に供給され、ここで高周波電圧に変換される。この直流−高周波変換手段は、例えばインバータ１８を含み、このインバータ１８は、供給された直流電圧を高周波電圧に変換する。インバータ１８は、直流電圧を高周波においてスイッチングする少なくとも１つの半導体スイッチング素子、例えばバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴまたはＦＥＴを有している。このインバータ１８からの高周波電圧は、直流−高周波電圧変換手段の一部をなす変圧器２０に供給され、ここで変圧される。
【００１８】
変圧器２０からの高周波電圧は、出力側高周波−直流変換手段、例えば出力側整流平滑部２２に供給され、ここで直流電圧に変換される。出力側整流平滑部２２は、高周波電圧を整流する整流手段、例えば全波または半波整流回路を備え、更に、この整流回路からの整流出力を平滑する平滑手段、例えば平滑リアクトルを備えたものとできる。
【００１９】
この直流電圧は、正面パネル６の下方に取り付けられた出力端子２４、２４を介して負荷２６、例えばワークピースとトーチとに供給される。また、出力端子２４、２４と出力側平滑部２２との間には、制御用検出手段、例えば電流検出部２８が設けられており、負荷２６に供給される負荷電流を表す負荷電流検出信号を発生している。なお、負荷電流を検出する代わりに、負荷電圧や負荷電力を検出することもある。
【００２０】
負荷電流検出信号は、直流−高周波変換手段用制御手段、例えばゲート信号生成部３０に供給される。ゲート信号生成部３０は、制御信号、例えばゲート信号をインバータ１８に供給する。このゲート信号が供給されている期間、インバータ１８の半導体スイッチング素子が導通する。このゲート信号の発生期間、即ち、半導体スイッチング素子の導通期間は、例えば負荷電流検出信号と予め定めた基準信号との誤差が実質的に零になるように、即ち、基準信号に相当する負荷電流が流れるように、ゲート信号生成部３０において制御されている。このようにして、この電源装置２では、定電流制御が行われている。無論、負荷電圧または負荷電力を検出した場合には、定電圧または定電力制御が行われる。
【００２１】
図２に示すように、出力端子２４、２４は、正面パネル６の内外を貫通させて正面パネル６の下方に設けられた金属製のもので、概略円筒状に形成されている。この出力端子２４、２４における正面パネル６の外側には、正面パネル６と接触するように、六角形状の固定部３２が形成されている。また、出力端子２４、２４の正面パネル６の内部側には雄ねじ３４が形成されている。これにナット３６が螺合し、固定部３２と共に正面パネル６を挟み込んで、出力端子２４、２４を正面パネル６に固定している。雄ねじ３４側に電線（図示せず）を介して出力側整流平滑部２２が接続されている。また、出力端子２４、２４の外側の突出端部には、トーチやワークピースに電線を介して接続するためのねじ孔３８が形成されている。
【００２２】
このように電線が出力端子２４、２４の内外に接続され、電線と出力端子２４、２４との間にはそれぞれ接触抵抗が生じている。しかも、大きな負荷電流が出力端子２４、２４には流れるので、出力端子２４の温度は上昇する。この温度上昇が正面パネル６に伝達される。正面パネル６に伝達された温度が、正面パネル６の熱変形温度以上に上昇すると、正面パネル６が熱変形する。その結果、固定部３２とナット３６とによって正面パネル６が挟み込まれている状態が変化し、出力端子２４、２４が固定されない状態となる。
【００２３】
筐体４内には、インバータ１８の半導体スイッチング素子、入力側及び出力側整流平滑部１６、２２の整流用ダイオード等の発熱素子が設けられているので、これらを冷却するためにファン（図示せず）が設けられている。図３に符号３９で示したものは、このファンによって冷却用の空気を筐体４内に流入または流出させるための孔である。背面パネルにも、流入または流出孔３９に対応した位置に流出または流入孔が形成され、これらの間で空気の流路が形成され、この流路に沿って空気が移動し、上述した発熱素子を冷却する。しかし、この流路よりも出力端子２４、２４は下方に位置している。即ち、出力端子２４、２４は、冷却用の空気の流路から外れている。従って、ファンによる冷却は、出力端子２４、２４に対しては期待できない。なお、図３に示す４１、４１、４１は、負荷電流等を設定するためのつまみである。
【００２４】
そこで、この電源装置２では、温度検出手段、例えば図１に示す温度検出部４０が設けられている。温度検出部４０は、図２に示すように、正面パネル６の内面の出力端子２４、２４にそれぞれ接近した位置に温度センサ４２、４２を有している。これら温度センサ４２は、接着またはネジ等による結合によって正面パネル６に固定されている。温度センサ４２が検出した出力端子２４、２４付近の温度を表す温度信号は、温度検出部４０に供給される。温度検出部４０は、２つの温度信号のうちいずれか一方が、予め定めた温度（熱変形温度よりも低く定めた温度）に対応する温度基準信号以上に上昇したとき、温度上昇信号を生成する。また、温度基準信号よりも温度信号が低下したときに、温度上昇信号は消失する。
【００２５】
この温度上昇信号は、出力制御手段、例えばゲート信号オンオフ部４４に供給される。ゲート信号オンオフ４４は、ゲート信号生成部３０とインバータ１８との間に介在しており、温度検出部４０から温度上昇信号が供給されたとき、ゲート信号生成部３０からインバータ１８にゲート信号が供給されることを阻止する。また、温度検出部４０から温度上昇信号が供給されていないとき、ゲート信号をインバータ１８に供給する。
【００２６】
従って、出力端子２４の温度が上昇し、熱変形温度以上の温度に正面パネル６の温度が上昇すると、ゲート信号はインバータ１８に供給されない。その結果、負荷電流が流れず、出力端子２４、２４の温度上昇は停止し、かつ温度が徐々に低下する。その結果、温度信号が消失し、再びゲート信号がインバータ１８に供給され、インバータ１８が作動し、負荷電流が流れる。
【００２７】
このように正面パネル６の温度上昇に伴って負荷電流の供給が停止され、正面パネル６の温度上昇が阻止され、かつ温度が徐々に低下する。従って、正面パネル６が変形することを防止できる。しかも、温度が熱変形温度よりも低下すると、再び負荷電流の供給が自動的に行える。従って、温度ヒューズを設けた場合のように一々温度ヒューズを取り換える必要がない。
【００２８】
また、この電源装置２では、熱変形温度以上に正面パネル６の温度が上昇したとき、ゲート信号を遮断している。ゲート信号の値は、負荷電流や入力側整流平滑部１６に供給される電流と比較して非常に小さい。従って、ゲート信号オンオフ部４４の電流容量は非常に小さいものを使用でき、電源装置２を小型化することができる。これに対し、温度検出部４０が温度信号を発生した場合、入力側整流平滑部１６への入力電流を遮断したり、出力側平滑部２２からの出力電流を遮断したりする場合、その遮断器は大きな電流容量のものを使用しなければならず、電源装置２が大型になる。
【００２９】
なお、温度検出部４０は、温度センサ４２が検出した温度が予め定めた温度以上に上昇したとき、接点を開放または閉成するものとしてもよい。
【００３０】
第２の実施の形態の電源装置２ａは、図４に示すように、温度センサの取り付け位置が異なる以外、図１乃至図３に示した電源装置と同様に構成されている。同等部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００３１】
温度センサ４２ａ、４２ａは、出力端子２４、２４に埋め込まれている。即ち、出力端子２４、２４における雄ねじ３４の形成部の端面から出力端子２４の内奥に向かって凹所４６、４６が形成されている。これら凹所４６、４６内にそれぞれ温度センサ４２ａ、４２ａが接着剤等によって取り付けられている。温度センサ４２ａ、４２ａは上述した温度センサ４２、４２と同様な構成である。
【００３２】
金属製である出力端子２４、２４は、熱容量が大きく、熱変形温度よりも小さく予め設定した温度以上に一旦温度が上昇すると、なかなか温度は低下しない。従って、温度上昇信号を温度検出部４０が一旦発生すると、なかなか温度信号が消失しない。従って、インバータ１８へのゲート信号が遮断されている時間を、図１乃至図３に示す電源装置よりも長くできる。このように溶接中断時間を長く設定することができるので、充分に正面パネル６を冷却した後、電源装置を作動させることができ、頻繁に電源装置の使用を中断させる必要がなく、作業性が向上する。
【００３３】
上記の両実施の形態では、筐体４全てをプラスチック製としたが、出力端子２４、２４が設けられているパネルのみをプラスチック製としてもよい。また、上記の両実施の形態では、溶接機または切断機の電源装置に本発明を実施したが、他の機器用の電源装置にも実施することができる。例えばバッテリー充電用の電源装置に実施することができる。この場合には、バッテリーの内部ショートなどで出力オーバーが生じても、電源装置が焼損することを防止でき、安全性を高めることができる。また、上記の両実施の形態では、インバータ１８を直流−高周波変換手段として使用したが、これに代えて、例えばチョッパーを使用することもできる。また、上記の両実施の形態では、出力端子２４、２４の双方に対応させて２つの温度センサ４２または４２ａを設けたが、一方の出力端子にのみ温度センサ４２または４２ａを設けてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、出力端子の温度上昇によってプラスチック製のパネルが変形することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の電源装置のブロック図である。
【図２】図１の電源装置における出力端子付近を示す縦断面図である。
【図３】図１の電源装置の正面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の電源装置における出力端子付近を示す縦断面図である。
【符号の説明】
２  ２ａ  電源装置
４  筐体
６  正面パネル
１６  入力側整流平滑部（交流−直流変換手段）
１８  インバータ（直流−高周波変換手段）
２０  変圧器（直流−高周波変換手段）
２２  出力側整流平滑部（高周波−直流変換手段）
２４  出力端子
２６  負荷
３０  ゲート信号生成部（直流−高周波変換手段用制御手段）
４０  温度検出部（温度検出手段）
４４  ゲート信号オンオフ部（出力制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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