(57)【要約】【課題】コンデンサに充電された電荷を用いて溶接電流を供給する抵抗溶接電源装置において、コンデンサの破壊を防止しつつ充電時間を短縮する抵抗溶接電源装置を提供する。【解決手段】抵抗溶接電源装置１００は、コンデンサ２、主スイッチング素子４、主スイッチ駆動回路５、溶接電流センサ６１、溶接電流Ｉｗをフィードバック制御する主制御回路７、コンデンサ２を充電する充電回路１０、及び、コンデンサ２の温度を検出する温度センサ３を備える。充電回路１０は、充電スイッチング素子１４、充電スイッチ駆動回路１５、充電電流センサ１６１、及び、充電電流Ｉｃをフィードバック制御する充電制御回路１７を含む。充電制御回路１７は、温度センサ３が検出したコンデンサ２の温度に基づき、コンデンサ２を過熱から保護する停止制御や冷却制御を実行する。これにより、コンデンサ２の破壊を防止しつつ充電時間を短縮することができる。【選択図】図１
2016137505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極（９１、９２）間に設置された被溶接物（９）に通電し抵抗溶接する抵抗溶接電源装置であって、
電荷を蓄えるコンデンサ（２）と、
前記コンデンサに電気的に接続された主スイッチング素子（４）と、
前記主スイッチング素子をスイッチング動作させ、溶接電流（Ｉｗ）を流す主スイッチ駆動回路（５）と、
前記溶接電流を検出する溶接電流センサ（６１）と、
前記溶接電流センサの検出値に基づき前記溶接電流をフィードバック制御する主制御回路（７）と、
電源（１）から電力が入力される入力部（１１）、前記入力部に電気的に接続された充電スイッチング素子（１４）、前記充電スイッチング素子をスイッチング動作させ、前記コンデンサに充電される充電電流（Ｉｃ）を流す充電スイッチ駆動回路（１５）、前記充電電流を検出する充電電流センサ（１６１）、及び、前記充電電流センサの検出値に基づき前記充電電流をフィードバック制御する充電制御回路（１７）を含み、前記コンデンサを充電する充電回路（１０）と、
前記コンデンサの温度を検出する温度センサ（３）と、
を備え、
前記充電制御回路又は前記主制御回路は、前記温度センサが検出した前記コンデンサの温度に基づく制御を実行することを特徴とする抵抗溶接電源装置。
【請求項２】
前記温度センサの検出値が所定の停止温度（β）を超えたとき、前記充電制御回路は、前記コンデンサの充電を停止することを特徴とする請求項１に記載の抵抗溶接電源装置。
【請求項３】
前記コンデンサを強制的に冷却する冷却装置（８）をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の抵抗溶接電源装置。
【請求項４】
前記温度センサの検出値が所定の冷却開始温度（α）を超えたとき、前記充電制御回路又は前記主制御回路は、前記冷却装置を運転することを特徴とする請求項３に記載の抵抗溶接電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗溶接において溶接電流を供給する抵抗溶接電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンデンサに充電された電荷を用いて溶接電流を供給する抵抗溶接電源装置が知られている。例えば特許文献１に開示された装置は、所定時間置きのモニタ時点における溶接電流に応じて、スイッチング素子のオンオフ状態を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、コンデンサを有する抵抗溶接電源装置は、充電時間に少なくとも数秒間を要していたため、より短時間で高速で溶接を実施するためには電源を複数台並列で使用する必要があった。そこで充電時間を短縮するために充電電流を増大させると、充電電流が過電流となったときコンデンサが過熱し、破壊するおそれがある。また、コンデンサ温度が上昇した状態にて定電流で充電した場合もコンデンサが破壊するおそれがある。特許文献１には、このようなコンデンサの破壊を防止することについて何ら言及されていない。
【０００５】
本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンデンサに充電された電荷を用いて溶接電流を供給する抵抗溶接電源装置において、コンデンサの破壊を防止しつつ充電時間を短縮する抵抗溶接電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、一対の電極間に設置された被溶接物に通電し抵抗溶接する抵抗溶接電源装置に係る発明である。
この抵抗溶接電源装置は、電荷を蓄えるコンデンサと、コンデンサに電気的に接続された主スイッチング素子と、主スイッチング素子をスイッチング動作させ、溶接電流を流す主スイッチ駆動回路と、溶接電流を検出する溶接電流センサと、溶接電流センサの検出値に基づき溶接電流をフィードバック制御する主制御回路と、充電回路と、コンデンサの温度を検出する温度センサとを備える。
【０００７】
充電回路は、電源から電力が入力される入力部、入力部に電気的に接続された充電スイッチング素子、充電スイッチング素子をスイッチング動作させ、コンデンサに充電される充電電流を流す充電スイッチ駆動回路、充電電流を検出する充電電流センサ、及び、充電電流センサの検出値に基づき充電電流をフィードバック制御する充電制御回路を含み、コンデンサを充電する。
充電制御回路又は主制御回路は、温度センサが検出したコンデンサの温度に基づく制御を実行することを特徴とする
【０００８】
好ましくは、温度センサの検出値が所定の停止温度を超えたとき、充電制御回路は、コンデンサの充電を停止する「停止制御」を実行する。
また、コンデンサを強制的に冷却する冷却装置をさらに備える態様の抵抗溶接電源装置では、温度センサの検出値が所定の冷却開始温度を超えたとき、充電制御回路又は主制御回路は、冷却装置を運転する「冷却制御」を実行することが好ましい。
【０００９】
本発明の抵抗溶接電源装置は、コンデンサを充電する充電回路を備えるため、充電時間を短縮することができる。また、充電回路において充電電流をフィードバック制御するため精密な電流制御が可能となる。また、温度センサが検出したコンデンサ温度に基づき、コンデンサを過熱から保護する停止制御や冷却制御を実行する。これにより、コンデンサの破壊を好適に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による抵抗溶接電源装置の全体構成図。
【図２】コンデンサに温度センサを取り付けた状態の模式図。
【図３】並列接続される複数のコンデンサの回路模式図。
【図４】本発明の一実施形態による冷却制御及び停止制御のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態による抵抗溶接電源装置について、図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態による抵抗溶接電源装置の構成について、図１〜図３を参照する。
図１に示すように、抵抗溶接電源装置１００は、コンデンサ部２０の複数のコンデンサ２に充電された電荷を用いて、一対の電極９１、９２間に設置された被溶接物９に溶接電流Ｉｗを通電し抵抗溶接する装置である。溶接電流Ｉｗは、数十ｋＡの大電流である。
【００１２】
本実施形態の抵抗溶接電源装置１００は、特開２０１４−１５１３４５号公報に記載されたグローコントロールユニットをはじめ、ＩＣ部品等の溶接点数が多い製品や、スティックコイル、エアフロメータ等の生産台数が多い製品に適用される。このように、溶接点数が多い製品や生産台数が多い製品に適用されるため、抵抗溶接電源装置１００は、抵抗溶接を従来よりも高速で行うことが求められる。例えば、０．２ｓ以下のインターバルで繰り返し通電可能とすることが要求される。
【００１３】
ところで、コンデンサの充電時間を短縮するために充電電流を増大させると、充電電流が過電流となったときコンデンサが過熱し、破壊するおそれがある。また、コンデンサ温度が上昇した状態にて定電流で充電した場合もコンデンサが破壊するおそれがある。そこで、コンデンサの破壊を防止しつつ充電時間を短縮することができる抵抗溶接電源装置が必要となる。
【００１４】
上記の課題を解決すべく考案された本実施形態の抵抗溶接電源装置１００は、充電回路１０、コンデンサ部２０、温度センサ３、主スイッチ部４０、主スイッチ駆動回路５、溶接電流センサ６１、主制御回路７、冷却装置８等を備える。
充電回路１０は、入力部１１、充電スイッチ部１４０、充電スイッチ駆動回路１５、充電電流センサ１６１及び充電制御回路１７を含み、コンデンサ部２０の複数のコンデンサ２を充電する。
【００１５】
入力部１１は、電源１から電力が入力される。電源１は、一般に商用交流電源である。
充電スイッチ部１４０は、「充電スイッチング素子」としての複数の充電トランジスタ１４が並列に接続されて構成され、スイッチング状態がオンのとき大電流を導通させる。複数の充電トランジスタ１４は、入力側端子（例えばＮＰＮトランジスタのコレクタ）が入力部１１に電気的に接続されている。充電トランジスタ１４の出力側端子（例えばエミッタ）は、高電位線Ｐに接続され、信号端子（例えばベース）は、充電スイッチ駆動回路１５に接続されている。充電スイッチ部１４０に入力された交流電力は、充電トランジスタ１４により整流され、直流電力に変換されて出力される。
【００１６】
充電スイッチ駆動回路１５は、充電制御回路１７からの指令により、充電トランジスタ１４をスイッチング動作させ、複数のコンデンサ２に充電される充電電流Ｉｃを流す。
充電電流センサ１６１は充電電流Ｉｃを検出する。充電制御回路１７は、充電電流センサ１６１の検出値に基づき充電電流Ｉｃをフィードバック制御する。すなわち、充電制御回路１７は、充電電流Ｉｃを定電流に維持するように、複数の充電トランジスタ１４のオン時間比率を演算し、充電スイッチ駆動回路１５に指令信号Ｄｃを出力する。
【００１７】
また、本実施形態では、コンデンサ２に充電される電圧Ｖｃを検出する充電電圧センサ１６２がさらに設けられている。充電制御回路１７は、充電スイッチ部１４０等の異常によってコンデンサ２に過電圧が充電されることがないように、充電電圧Ｖｃを監視する。これにより、過電圧に対するフェールセーフ機能を担保することができる。
さらに、充電制御回路１７は、温度センサ３の検出値を取得し、コンデンサ２の温度に基づく制御を実行することを特徴とする。この制御についての詳細は後述する。
【００１８】
コンデンサ部２０は、高電位線Ｐと低電位線Ｎとの間に接続され、溶接電流Ｉｗを供給するための電荷を蓄える。コンデンサ部２０は、大容量の電荷を蓄える必要があるため、典型的には、複数のアルミ電解コンデンサが並列に接続されて構成される。
【００１９】
温度センサ３は、コンデンサ２の温度（以下、「コンデンサ温度Ｔｃ」と記す）を検出する。例えば図２に示すように、温度センサ３として熱電対が用いられる。熱電対先端の感温部３１は、基板７０上に搭載された一つの代表コンデンサ２１の胴体中間部に接着剤３２で接着される。このような構成により、温度センサ３は、コンデンサ温度Ｔｃを直接的に検出可能である。なお、感温部３１の接触位置は、図示の位置に限らず、コンデンサ２１の上部、下部、又はリード部としてもよい。
【００２０】
ここで、代表コンデンサ２１の選定について、図３を参照して説明する。図３における記号Ｒは、配線抵抗をモデル的に示すものであり、抵抗素子が接続されるわけではない。図３に示す通り、充電スイッチ部１４０に最も近い側に配線されるコンデンサが代表コンデンサ２１として選定される。その理由は、並列接続の２番目以降に配置されるコンデンサ２は、配線抵抗Ｒを介して配線されるため、電流が減少する分、発熱も小さいと考えられるからである。すなわち、最も発熱が大きいと推定される並列接続の先頭のコンデンサ２１の温度を検出すれば、コンデンサ部２０の最高温度を検出することができる。
このように、本実施形態では、複数のコンデンサ２のうち一つの代表コンデンサ２１の温度を一つの温度センサ３により検出するため、部品点数が少なくなる。
【００２１】
主スイッチ部４０は、「主スイッチング素子」としての複数の主トランジスタ４が並列に接続されて構成され、スイッチング状態がオンのとき大電流を導通させる。複数の主トランジスタ４は、入力側端子（例えばＮＰＮトランジスタのコレクタ）が高電位線Ｐを介してコンデンサ部２０の複数のコンデンサ２に電気的に接続されている。主トランジスタ４の出力側端子（例えばエミッタ）は、高電位側の電極９１に接続され、信号端子（例えばベース）は、主スイッチ駆動回路５に接続されている。
主スイッチ駆動回路５は、主制御回路７からの指令により、主トランジスタ４をスイッチング動作させ、溶接電流Ｉｗを流す。
【００２２】
溶接電流センサ６１は溶接電流Ｉｗを検出する。主制御回路７は、溶接電流センサ６１の検出値に基づき溶接電流Ｉｗをフィードバック制御する。すなわち、主制御回路７は、溶接電流Ｉｗを定電流に維持するように、複数の主トランジスタ４のオン時間比率を演算し、主スイッチ駆動回路５に指令信号Ｄｗを出力する。
【００２３】
また、本実施形態では、溶接時の電極９１、９２間の極間電圧Ｖｗを検出する溶接電圧センサ６２がさらに設けられている。例えば溶接電流Ｉｗが変動したとき等に、主制御回路７は、極間電圧Ｖｗに基づいてフィードバック制御の演算値を補正する。これにより、より精度の高い電流制御をすることができる。
【００２４】
冷却装置８は、例えば図示のような冷却ファンである。冷却装置８は、コンデンサ部２０の近傍に設けられ、複数のコンデンサ２を強制的に冷却可能である。冷却装置駆動回路８５は、充電制御回路１７からの冷却指令（実線矢印）に基づき冷却装置８を運転する。なお、主制御回路７からの破線矢印については、その他の実施形態において後述する。
【００２５】
次に、本実施形態の抵抗溶接電源装置１００を用いた制御方法の一例について、図４のフローチャートを参照する。フローチャートの説明で記号「Ｓ」はステップを意味する。図４に示される処理ルーチンは、通電中に繰り返し実行される。本実施形態では、全ての処理の実行主体は充電制御回路１７であるとする。
【００２６】
Ｓ１では、温度センサ３が検出したコンデンサ温度Ｔｃを冷却開始温度α（例えば５０℃）と比較する。コンデンサ温度Ｔｃが冷却開始温度α以下の場合（Ｓ１：ＮＯ）、処理を終了する。コンデンサ温度Ｔｃが冷却開始温度αを超えている場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、Ｓ２に移行し、「冷却制御」を開始する。冷却制御では、充電制御回路１７から冷却装置駆動回路８５に指令し、冷却装置８の運転を開始する。
【００２７】
Ｓ３では、コンデンサ温度Ｔｃを停止温度β（例えば８０℃）と比較する。コンデンサ温度Ｔｃが停止温度β以下の場合（Ｓ３：ＮＯ）、冷却を続け、所定時間が経過（Ｓ４）した後、再びコンデンサ温度Ｔｃを冷却開始温度αと比較する（Ｓ５）。このとき、コンデンサ温度Ｔｃが冷却開始温度α以下であれば（Ｓ５：ＹＥＳ）、充電制御回路１７から冷却装置駆動回路８５に指令し、冷却装置８の運転を終了する（Ｓ６）。コンデンサ温度Ｔｃが冷却開始温度αを超えていれば、Ｓ３の前に戻り、冷却を継続する。
なお、Ｓ５における判定温度として、冷却開始温度αとは異なる温度を用いてもよい。
【００２８】
Ｓ３で、コンデンサ温度Ｔｃが停止温度βを超えている場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、Ｓ７に移行し、「停止制御」を開始する。停止制御では、充電制御回路１７は、充電電流Ｉｃをゼロとするように充電スイッチ駆動回路１５に指令し、コンデンサ２の充電を停止する。その結果、溶接電流Ｉｗの供給が遮断され抵抗溶接を実施不可となるため、使用者に対する表示として警告ランプ等を点灯するようにしてもよい。
【００２９】
そして、冷却を続け、充電停止から所定時間が経過（Ｓ８）した後、再びコンデンサ温度Ｔｃを冷却開始温度αと比較する（Ｓ９）。このとき、コンデンサ温度Ｔｃが冷却開始温度α以下であれば（Ｓ９：ＹＥＳ）、コンデンサ２の充電を再開するとともに、冷却を終了する（Ｓ１０）。コンデンサ温度Ｔｃが冷却開始温度αを超えていれば、Ｓ８の前に戻り、冷却及び充電停止を継続する。
なお、Ｓ９における判定温度として、冷却開始温度αとは異なる温度を用いてもよい。
【００３０】
（効果）
以上のように、本実施形態の抵抗溶接電源装置１００は、コンデンサ２を充電する充電回路１０を備えるため、充電時間を短縮することができる。したがって、溶接点数が多い製品や生産台数が多い製品に適用されたとき、生産性を向上させることができる。また、抵抗溶接電源装置１００は、充電回路１０において充電電流Ｉｃをフィードバック制御するため精密な電流制御が可能となる。
また、抵抗溶接電源装置１００は、温度センサ３が検出したコンデンサ温度Ｔｃに基づき、コンデンサ２を過熱から保護する停止制御や冷却制御を実行する。これにより、コンデンサ２の破壊を好適に防止することができる。
【００３１】
（その他の実施形態）
（ア）コンデンサ２の温度を検出する温度センサ３として、図２に示した熱電対以外に、サーミスタや非接触の放射温度計等を用いてもよい。また、接触式の温度センサ３を用いる場合、コンデンサ２への取付方法や取付位置は適宜設定してよい。
【００３２】
（イ）上記実施形態では、充電スイッチ部１４０に最も近い側に配線される代表コンデンサ２１にのみ温度センサ３を設けている（図３参照）。これに対し他の実施形態では、複数の温度センサ３により複数のコンデンサ２の温度を検出してもよい。この場合、充電制御回路１７は、例えば複数の温度センサ３が検出した最高温度に基づいて制御を行う。複数の温度センサ３を冗長的に設けることにより、一部の温度センサ３がコンデンサ２から外れた場合や故障した場合に、他の正常な温度センサ３を用いて適正な制御を行うことができる。
【００３３】
（ウ）上記実施形態では、溶接電流Ｉｗ及び充電電流Ｉｃが定電流となるようにフィードバック制御される。すなわち、コンデンサ温度Ｔｃが上昇したときでも電流狙い値は変更されない。しかし、他の実施形態において溶接電流Ｉｗの変動が許容される場合には、コンデンサ温度Ｔｃが上昇したとき、充電制御回路１７は、電流狙い値を下げ、電流制限をかける制御を実行してもよい。
【００３４】
（エ）コンデンサ２を強制的に冷却する冷却装置８として、図１に示した冷却ファン以外に、冷却ガスの送風機や、基板の周囲に接触する水冷回路等を用いてもよい。
（オ）上記実施形態では、温度センサ３の検出値は充電制御回路１７に入力され、充電制御回路１７が停止制御及び冷却制御を共に実行する。しかし、図１に破線矢印で示すように、他の実施形態では、冷却制御に関し、主制御回路７が温度センサ３の検出値を取得し、冷却装置駆動回路８５への指令を行うようにしてもよい。なお、冷却制御専用の独立した制御回路を有する場合には、その制御回路を含めて「主制御回路」と解釈する。
【００３５】
（カ）本発明の抵抗溶接電源装置１００は、強制冷却のための冷却装置８を備えず、自然冷却のみでコンデンサ２を冷却してもよい。例えば、装置が設置される場所が比較的低温に保たれている場合や、装置が寒冷地又は冬季限定で使用される場合等には冷却装置８の必要性が低くなる。
以上、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１００・・・抵抗溶接電源装置、      １  ・・・電源、
１０・・・充電回路、              １１・・・入力部、
１４・・・充電トランジスタ（充電スイッチング素子）、
１５・・・充電スイッチ駆動回路、  １６１・・・充電電流センサ、
１７・・・充電制御回路、
２  ・・・コンデンサ、
３  ・・・温度センサ、
４  ・・・主トランジスタ（主スイッチング素子）、
５  ・・・主スイッチ駆動回路、    ６１・・・溶接電流センサ、
７  ・・・主制御回路、
８  ・・・冷却装置、  ９１、９２・・・電極、  ９  ・・・被溶接物。
【図１】
2016137505.tif 000003
【図２】
2016137505.tif 000004
【図３】
2016137505.tif 000005
【図４】
2016137505.tif 000006