(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンにより駆動される溶接用発電機の出力を整流して得た直流を、調整値にしたがって制御される電流制御器を介し溶接出力として供給するエンジン駆動溶接用発電機の出力制御装置において、
前記調整値を調整する電流調整手段と、
前記電流制御器の出力電流としての第１の設定電流および前記溶接用発電機の出力と前記エンジンの出力とにより定まる最大電流としての第２の設定電流が設定される電流設定手段と、
前記電流制御器の出力電流を検出する電流検出手段と、
前記電流制御器の出力電圧としての第１設定電圧および前記溶接用発電機の負荷特性線により定まる第２の設定電圧が設定される電圧設定手段と、
前記電流制御器の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流調整手段の調整電流が予め定められた第１の設定電流以下であるとき、前記電流検出手段および前記電圧検出手段の出力から求めた実測電力が前記第１の設定電圧および前記調整値から求めた第１の設定電力より大であれば前記出力電流を減じることにより前記実測電力を前記第１の設定電力に一致させるように定電力制御を行い、また前記電流調整手段の調整値が前記第１の設定電流を超え前記第２の設定電流以下であるとき、前記電流検出手段および前記電圧検出手段の出力から求めた実測電力が前記第１の設定電圧および前記第２の設定電圧から算定した電流値逆対応性の算定電圧および前記調整値から求めた第２の設定電力よりも大であれば前記出力電流を減じることにより前記実測電力を前記第２の設定電力に一致させるように定電力制御を行う電力制御手段と、
をそなえたことを特徴とするエンジン駆動溶接用発電機の出力制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジン駆動溶接用発電機の出力制御装置において、
前記電力制御手段は、前記算定電圧が、前記第１の設定電流と前記第２の設定電流との間では前記調整電流と前記第1の設定電流との差が大であるとき小となり、小であるとき大となる漸減性を持つように定める、
エンジン駆動溶接用発電機の出力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンにより駆動される溶接用発電機の出力制御装置に係り、とくにエンジンの出力可能範囲内で溶接出力を供給するための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンを駆動源とする溶接用発電機は、エンジンの出力可能範囲で運転する必要がある。そこで、従来はエンジンが過負荷状態になると、負荷制限を行ってエンジンが停止することを防止している。
【０００３】
例えば特開平６−３２８２４７号公報には、エンジンが過負荷状態となってエンジン速度が低下し、溶接用発電機の出力電圧が低下したときに、溶接用発電機の出力電流を制御するためのスイッチング回路を制御して出力電流を抑制することにより、負荷を低減するものが開示されている。
【０００４】
すなわち、図６に示すように、エンジンEによって駆動される溶接用発電機Gの出力を整流器RECで整流した上で平滑コンデンサCoによって平滑化し、トランジスタTrおよびリアクトルＬを介して出力端子に供給する。この場合、直流化された出力の電圧を可変抵抗Ｒ、コンデンサCからなる積分回路で検出し、エンジンEが過負荷状態になることによってコンデンサCの充電電圧値が低下したときは、定電流特性制御部CCがトランジスタ駆動部TDを介してトランジスタTrのオン時間を短くすることにより負荷を軽減し、エンジンEの出力を有効に活用している。トランジスタTrは、常時は定電流制御部CCによって電流検出部CDの検出電流が所定値となるようにオンオフ動作する。なお、コンデンサCには、過電圧防止のためのツェナーダイオードZDが並列挿入されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、エンジンEの過負荷状態を、溶接用発電機Gの出力電圧の低下によって把握するため、電圧と電流との積を基準にして定めるべきエンジンEの出力範囲を考慮した制御とはなっていない。
【０００６】
すなわち、発電機Ｇの出力電圧は回転速度に対応しており、発電機Ｇの負荷状態によってエンジンＥが過負荷状態となってエンジンEの速度が低下し、この結果発電機Ｇの出力電圧が低下して始めて出力抑制が行われる。
【０００７】
したがって、エンジンの負荷状態を直接反映した制御動作とはならず、エンジンに無理な運転を強いる事態が起き易い。
【０００８】
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、エンジンの出力範囲に基づいて溶接用発電機の出力制御を行うエンジン駆動溶接用発電機の出力制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題解決のための手段】
上記目的達成のため、本発明では、
エンジンにより駆動される溶接用発電機の出力を整流して得た直流を、調整値にしたがって制御される電流制御器を介し溶接出力として供給するエンジン駆動溶接用発電機の出力制御装置において、前記調整値を調整する電流調整手段と、前記電流制御器の出力電流としての第１の設定電流および前記溶接用発電機の出力と前記エンジンの出力とにより定まる最大電流としての第２の設定電流が設定される電流設定手段と、前記電流制御器の出力電流を検出する電流検出手段と、前記電流制御器の出力電圧としての第１設定電圧および前記溶接用発電機の負荷特性線により定まる第２の設定電圧が設定される電圧設定手段と、前記電流制御器の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記電流調整手段の調整電流が予め定められた第１の設定電流以下であるとき、前記電流検出手段および前記電圧検出手段の出力から求めた実測電力が前記第１の設定電圧および前記調整値から求めた第１の設定電力より大であれば前記出力電流を減じることにより前記実測電力を前記第１の設定電力に一致させるように定電力制御を行い、また前記電流調整手段の調整値が前記第１の設定電流を超え前記第２の設定電流以下であるとき、前記電流検出手段および前記電圧検出手段の出力から求めた実測電力が前記第１の設定電圧および前記第２の設定電圧から算定した電流値逆対応性の算定電圧および前記調整値から求めた第２の設定電力よりも大であれば前記出力電流を減じることにより前記実測電力を前記第２の設定電力に一致させるように定電力制御を行う電力制御手段と、をそなえたことを特徴とするエンジン駆動溶接用発電機の出力制御装置、
を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例の構成を示したものである。この実施例では、エンジンガバナEGをそなえた可変速のエンジンENにより駆動される溶接用発電機Gの出力が、整流器RECにより整流されてチョッパCHに与えられ、溶接出力として供給される。
【００１１】
この溶接出力の制御は、マイクロコンピュータMCとチョッパ制御回路CHCとによって行われる。マイクロコンピュータMCは、溶接電流調整器VRによる調整電流値Ir、ならびに電圧設定器VSおよび電流設定器ISに、溶接用発電機特性を表す値としてメモリに予め書き込まれている設定電圧値Es1，Es2および設定電流値Is1，Is2（図３を用いて後述）に基づいて、電流検出器 DETからの負荷電流信号Idおよび電圧検出器VTの検出電圧Edを帰還信号として、チョッパ制御回路CHCに制御信号を与えることによりチョッパCHの制御を行う。
【００１２】
このチョッパCHの制御は、一般的な定電流制御であり、電力制御時にはさらに電圧調整を加味する。また、溶接電流調整器VRの調整値は、エンジンの回転数を可変とするためのアクチュエータATにも利用する。
【００１３】
マイクロコンピュータMCは、回転制御スイッチ SWからの高速（高速運転）、エコ（低速運転）の切換指令信号、および溶接電流調整器VRからの回転数可変のための調整信号、ならびに上記切換指令信号、調整信号に応じてアクチュエータATが作動したときのポテンショメータPMの可動端子位置に関するエンジンガバナEGの作動信号が与えられて、モータMの正転制御用リレーL1および逆転制御用リレーL2を付勢制御するための各制御信号を形成し、モータMの正逆転によってアクチュエータATのプーリPLを駆動する。これにより、プーリPLに連結されたエンジンガバナ EG が作動し、エンジンENの回転速度が変化する。
【００１４】
そして、マイクロコンピュータMCは、チョッパCHの出力側に設けられた電圧検出器 VT からの電圧検出信号Edと、電流検出器 DETからの電流検出信号Idとを併せ用い、チョッパ制御回路CHCに与える制御信号を加減して電流制御することにより、電力制御を行う。
【００１５】
図２は、図１に示した実施例におけるマイクロコンピュータMCの動作内容を示すフローチャートである。そして、このフローチャートに示された制御動作は、図３に示す特性図にしたがったものである。そこで、図２に示した動作の説明は、図１に示した構成、および図３に示した特性を参照しながら行うこととする。
【００１６】
まず電源投入により動作を開始し、ステップS1により電流調整器 VR による調整電流値Ir、電圧設定器VSに予め書き込まれている設定電圧値Es1、Es2および電流設定器ISに予め書き込まれている設定電流値Is1,Is2を取り込む。次いで、ステップS2により電流検出器 DET の検出電流Idの有無を見て、負荷投入か否かを判定する。負荷投入と判定されなければ、ステップS1に戻る。また負荷投入と判定されれば、ステップS3に移行して I＝Ir となるように定電流制御動作を行う。そして、ステップS4に移行して、電流検出器 DET により検出した負荷電流 Id と、電圧検出器 VT の検出電圧 Ed とを取り込む。
【００１７】
そして、溶接電流調整器VRによる調整電流値Ir を基に、ステップS5以降の動作が行われる。すなわち、ステップS5では、調整電流値IrがステップS1で取り込まれた第１の設定電流値（例えば最大出力電流が３００Aの機械における２４０Aを指す。）Is1以下であるか、それを超えるものであるかにより動作特性を変える。
【００１８】
調整電流値Irが第１の設定電流値Is1以下であれば、ステップS6に移行して調整電流値Irと図３に示す設定電圧Es1とを乗じることにより、設定電力Ws1＝Ir×Es1を求める。続いて、ステップS7により実測電流 Idと実測電圧 Edとから、Id×Edなる演算によって実測電力Ｗｄを求める。
【００１９】
ここで、実測電力Wdとは、電力そのものを実測した訳ではないが、演算に用いる実測電流Idおよび実測電圧Edがともに直流であり、両者の乗算により電力値を正確に得られるものであるから、実測電力と呼ぶこととする。
【００２０】
このステップS3からステップS8までの動作は、図２左端の特性図を用いて範囲を示すように、定電流制御領域であり、電流を制御する（後述するステップS13ないしS16も、同様に定電流制御領域である。）。これに対して、ステップS8ないしS12は定電力制御領域であり、電流だけでなく電圧も制御する（後述するステップS16ないしS20も、同様に定電力制御領域である。）。
【００２１】
エンジンENは、回転速度に応じた大きさの出力を生じ、一般に回転速度が上昇すると出力が上昇し、回転速度が低下すると出力も低下する。したがって、溶接電流調整器VRの調整によってエンジンENの回転速度が決まると、それに応じてエンジンENの出力も決まる。
【００２２】
図３に示された３つの特性曲線は、最大電流である第２の設定電流値Is2＝３００A、第１の設定電流 Is1＝２４０Aおよび最小電流３０Aに対応するもので、定電流特性曲線の垂直線部分と右下がり傾斜部分との突き合わせ部（破線で図示）に、定電力特性曲線が挿入された組み合わせ曲線となっている。すなわち、溶接用発電機の定電流特性は、図における垂直線部分と右下がり傾斜部分との２部分で構成されており、これら両部分の突き合わされるべき部分が定電力曲線で置き換えられている。
【００２３】
そして、垂直線部分と定電力曲線部分との突き合わせ点の電圧が、第１の設定電流値Is1 以下の電流領域、つまりエンジンの低回転速度側の領域では、ほぼ一定（第１設定電圧 Es1＝３５Ｖ）であるが、第１の設定電流値Is1を超える電流領域、つまりエンジンの高回転速度側の領域では、出力電圧が第１設定電圧 Es1から第２設定電圧 Es2（＝３２Ｖ）に向かって直線的に漸減性を示す。
【００２４】
ここで、第１の設定電圧Es1、第２の設定電圧ES2が負荷特性線、つまり
Ｅ＝２０＋０．０４Ｉ
で定まる電圧よりも高く設定されているのは、給電ケーブルの電圧降下とアーク長の変化に対応することを考慮したためである。とくに、細くて電流容量の小さいケーブルの場合は、電圧降下を多めに見込んでおく必要があり、それに伴って電圧を高く設定する。
【００２５】
したがって、第１の設定電流Is1 以下の電圧不変域では第１設定電圧 Es1による電力出力を生じ、また第１の設定電流Is1を超える電圧変化域では第１設定電圧 Es1から第２設定電圧 Es2 に向かって漸減していく電圧Es3による電力出力を生じる。
【００２６】
この図３の特性例では、第１の設定電流Is1以下では第１の設定電圧Es1（＝３５Ｖ）で、第１の設定電流Is1を超え第２の設定電流Is2までの範囲では第２の設定電圧Es2に向かって漸減していく電圧変化特性を持たせているが、これは電圧降下を多めに見込んで設定した電圧特性である。つまり、電圧降下が少なければ負荷特性線をさほど上回らない範囲で電圧特性を設定しても不都合がないが、電圧降下が大きければ負荷特性線に対して余裕を以て上回った電圧特性を設定しておく必要がある。
【００２７】
そして、定電力制御を行うには、実測電力値Wdがエンジンの回転速度に応じた最大出力を超えることがないように、上記特性曲線にしたがって調整される。
【００２８】
その際、電圧は電圧不変域では第１設定電圧 Es1であると想定し、それに調整電流値Irを乗算して設定電力値を算出し、また電圧変化域では第１設定電圧 Es1ないし第２設定電圧Es2の範囲で調整電流を基にして算定電圧Es3を算出したのち、それに調整電流値Irを乗算して設定電力値を算出し、定電力制御のための制御目標値を得る。
【００２９】
再び図２に戻って、ステップS8では、ステップS6により求められた設定電力値Ws1とステップS7により求められた実測電力値Wdとを比較して、実測電力値 Wdが設定電力値 Ws1より大でなければステップS1に戻るし、大であればステップS9に移行して電流を実測電流値 Id から所定量ｉだけ減じて電流値 Id' を求める。
【００３０】
図４は、この電流値を減少させたときに起きる電圧変化の様子を示したもので、溶接用発電機での、負荷抵抗線にしたがって電圧、電流が変化していく様子を示している。
【００３１】
いま溶接用発電機が、エンジン最大出力を超える出力を生じていた状態から出力抑制されていく段階にあるとする。そして、まず図４におけるA点から電流値が減少してB点に達すると、電圧が負荷抵抗線上のC点まで低下する。さらに、電流が減少していき、C'点からD点に移行すると、電圧が減じて負荷抵抗線上のE点に到達する。このように、電流と電圧とは負荷抵抗線に沿って変化することで最終値であるE点に落ち着く。
【００３２】
したがって、図２におけるステップS9で電流が所定量ｉだけ減少することで、直ちに所定量減少した電流に対して電圧 Edが低下し、負荷抵抗線上のEd' となる。そして、ステップS10で、実測電流値 Id' と低下した電圧 Ed' とから実測電力値 Wd' を求める。
【００３３】
次いで、ステップS11により実測電力値 Wd' を設定電力値 Ws1と比較する。両者が等しくなければ、ステップS9に戻って電流値を規定量ｉだけ減じる動作、およびステップS10以降の動作を繰り返す。また等しければ、ステップS12に移行し定電力制御を行ってステップS1に戻る。
【００３４】
このステップS12までが、ステップS5での判定で調整電流値Irが第１の設定電流値 Is1以下である場合の動作である。
【００３５】
次に、ステップS5での判定で調整電流値Irが第１の設定電流値Is1を超える場合は、ステップS13ないしS20の動作に移行する。この動作は、図３に示した特性における第１の設定電流値Is1から最大電流値としての第２の設定電流値Is2の範囲の出力を生じる。この範囲を電圧変化域と呼び、図５の特性曲線を用いて制御動作を説明する。
【００３６】
この範囲では、図５に示す第１の設定電流値Is1に対する第１の設定電圧 Es1−第２の設定電流値Is2に対する第２の設定電圧Es2間で電流値逆対応性の値を示す算定電圧Es3を求め、この算定電圧Es3を基に、定電力特性を満足するように電流制御する。ここで、電流値逆対応性とは、調整電流値Irが増加するとき設定電圧Esの値が減少する関係にあることを云い、図５に電圧変化域として示すように、設定電圧Esが直線的に減少している。
【００３７】
そして図２におけるステップS13では、次式
Es3＝Es2＋｛（Is2−Ir）/（Is2−Is1）｝×（Es1−Es2）
により、算定電圧Es3を算出する。このとき、溶接電流調整器 VRの調整値により調整電流値Irが与えられているから、ステップS14により
Ws2＝Ir×Es3
として、定電力制御のための目標電力値 Ws2 が求まる。
【００３８】
次いで、ステップS15により検出された実測電流Idおよび実測電圧Edから
Wd＝Id×Ed
として実測電力値 Wd が求まる。
【００３９】
そこで、この実測電力値 Wdが定電力制御のための目標電力値 Ws2を上回らないように、ステップS16ないしS20による電流制御を行う。すなわち、ステップS16で実測電力値 Wd が目標電力値 Ws2より大であるか否かを判定し、大でなければステップS1に戻るし、大であればステップS17により実測電流値 Idから規定量ｉだけ減じて電流値Id'とする。そして、ステップS18において
Wd'＝Id'×Ed'
により実測電力値Wd'を求め、ステップS19において実測電力値 Wd' が目標電力値 Ws2と等しいか否かを判定する。等しければ、ステップS20に移行して定電力制御を行い、ステップS1に戻る。等しくなければ、ステップS17に戻り、電流値を更に減らして目標値 Ws2に近付ける。
【００４０】
またステップS16で実測電力値 Wdが目標電力値 Ws2より大でなければ、ステップS1に戻る。このように、電圧変化域では、図３ないし図５に示す定電力特性曲線に沿って制御が行われる。
【００４１】
上記図３ないし図４を用いて説明したように、溶接用発電機の定電流特性曲線における垂直線部分と右下がり傾斜部分との突き合わせ部（破線で図示）に組み合わされた定電力特性曲線の制御が行われて、エンジン駆動溶接用発電機をエンジンの能力に適合するように、溶接用発電機の出力制御が行われる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は上述のように、速度可変なエンジン駆動溶接用発電機の出力電流を制御して溶接出力をエンジン出力を超えない範囲になるように抑制するため、エンジンに過大な負担を掛けることがなく常に円滑に運転することができる。このため、出力に余裕のあるエンジンを使用する必要がないにも拘わらず、エンジン寿命を最大限に延ばすことができるとともに、エンジン駆動溶接用発電機を小型軽量、低コストに構成することができる。
【００４３】
また、低電流域で断面積の小さい溶接ケーブルを使用してアーク溶接を行う場合であっても、アーク電圧に対して溶接ケーブルによる抵抗の電圧降下分を加味した値に予め設定されるので、アーク長の変化に対してアーク電圧が変化してもアークを安定に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成を示す説明図。
【図２】図１の実施例の動作を示すフローチャート。
【図３】図１の実施例の出力特性を示す出力電流−電圧特性図。
【図４】図１の実施例における電力超過時の定電力制御動作における電流、電圧の変化の様子を示す特性図。
【図５】図１の実施例における電力超過時の定電力制御動作を示す特性図。
【図６】従来のエンジン駆動溶接用発電機における過負荷防止制御の一例を示すブロック線図。
【符号の説明】
EN  エンジン
EG  エンジンガバナ
G  発電機
CH  チョッパ
CHC  チョッパ制御回路
CT  変流器
DET  電流検出器
VT  電圧検出器
MC  マイクロコンピュータ
Ｌ  リレー
M  モータ
PL  プーリ
【図１】
0003902719.tif 000002
【図２】
0003902719.tif 000003
【図３】
0003902719.tif 000004
【図４】
0003902719.tif 000005
【図５】
0003902719.tif 000006
【図６】
0003902719.tif 000007