(57)【要約】  電力計算部４１は、負荷電流検出部３１で検出された負荷電流と、負荷電圧検出部３２で検出された負荷電圧とに基づいて、所定の単位時間内で消費された消費電力を計算する。比較部４２は、消費電力と所定の電力閾値とを比較する。異常判定部４０は、消費電力が電力閾値よりも大きい場合に、負荷電力の出力が異常であると判定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク溶接用の電極と母材とを含む加工負荷に負荷電力を供給してアーク溶接を行うアーク溶接機であって、
前記加工負荷に供給された負荷電流を検出する負荷電流検出部と、
前記加工負荷に供給された負荷電圧を検出する負荷電圧検出部と、
前記負荷電流及び前記負荷電圧に基づいて、所定の単位時間内で消費された消費電力を計算する電力計算部と、
前記消費電力が所定の電力閾値よりも大きい場合に、前記負荷電力の出力が異常であると判定する異常判定部とを備えたことを特徴とするアーク溶接機。
【請求項２】
請求項１において、
前記加工負荷に対する前記負荷電力の供給動作を制御する出力制御部を備え、
前記出力制御部は、前記異常判定部で異常判定された場合に、前記負荷電力の供給動作を停止することを特徴とするアーク溶接機。
【請求項３】
請求項１又は２において、
機器周辺の温度を検出する温度検出部を備え、
前記異常判定部は、前記温度検出部で検出された検出温度と、所定の温度閾値との差分値を計算して、該差分値に基づいて前記電力閾値を変化させることを特徴とするアーク溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アーク溶接機等に用いられる電源装置では、インバータ回路を構成するスイッチング素子のスイッチング動作を制御することで、出力電力を調整するようにしている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
特許文献１には、スイッチング素子の過熱保護を行うために、インバータ回路の周辺に温度センサを配置し、温度センサによるスイッチング素子の過熱状態の検出に基づいて、スイッチング動作を停止するようにした構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５８９７３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の溶接用電源装置では、溶接方法や溶接条件によって、機器の定格以上の高負荷が発生した場合には、電源装置の内部温度が許容値を超えてしまうおそれがある。【０００６】
具体的に、溶接電源は、定格負荷として、例えば、負荷電流が３５０Ａ、負荷電圧が３６Ｖ、使用率が６０％と定められている。しかしながら、溶接方法や溶接条件によっては、低使用率（又は、瞬時）の条件下において、例えば、パルス溶接時に、２ｍｓで負荷電流が５２０Ａ、負荷電圧が４０Ｖ程度の高負荷が発生することがある。【０００７】
このとき、定格負荷を越える高負荷によって急激な熱集中が生じてしまい、電源装置の内部温度が高くなるが、この急激な温度変化を温度センサで敏感に検出することは困難である。そのため、スイッチング素子のスイッチング動作が停止することなく、機器内部の各部品の温度許容値を超えてしまい、溶接電源が破損するおそれがある。【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、機器の定格以上の高負荷が発生した場合に、機器の過熱保護を行うことができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の態様は、アーク溶接用の電極と母材とを含む加工負荷に負荷電力を供給してアーク溶接を行うアーク溶接機を対象とし、次のような解決手段を講じた。【００１０】
すなわち、第１の態様は、前記加工負荷に供給された負荷電流を検出する負荷電流検出部と、
前記加工負荷に供給された負荷電圧を検出する負荷電圧検出部と、
前記負荷電流及び前記負荷電圧に基づいて、所定の単位時間内で消費された消費電力を計算する電力計算部と、
前記消費電力が所定の電力閾値よりも大きい場合に、前記負荷電力の出力が異常であると判定する異常判定部とを備えたことを特徴とするものである。【００１１】
第１の態様では、所定の単位時間内で消費された消費電力を、負荷電流と負荷電圧とに基づいて計算する。そして、消費電力が所定の電力閾値よりも大きい場合には、負荷電力の出力が異常であると判定するようにしている。【００１２】
具体的に、アーク溶接機の電源は、定格負荷として、例えば、負荷電流が３５０Ａ、負荷電圧が３６Ｖ（あるいは、規格上、負荷電流が３５０Ａ、負荷電圧が３１．５Ｖ）、使用率が６０％と定められている。ここで、使用率とは、アーク溶接機を使用している時間に対して、実際にアークを発生させている時間の比率を示している。例えば、溶接機を１０分間使用する場合には、アーク発生時間が６分間、休止時間が４分間となる。【００１３】
しかしながら、低使用率（又は、瞬時）の条件下において、例えば、パルス溶接時に、２ｍｓで負荷電流が５２０Ａ、負荷電圧が４０Ｖ程度の高負荷が発生することがある。【００１４】
そこで、アーク溶接機の負荷電力の状態を常に監視しながら、単位時間（例えば、１０分間）当たりの負荷電力の累積値、つまり、単位時間内で消費された消費電力が所定の電力閾値よりも大きくなった場合には、負荷電力の出力が異常であると判定して、例えば、アーク溶接機を緊急停止したり、警報やエラーメッセージによって作業者に警告するようにすればよい。なお、単位時間は、例えば、１分間や５分間でもよく、任意に設定できるようにすればよい。【００１５】
ここで、異常判定のための電力閾値は、例えば、機器内部の主半導体の許容温度に基づいて設定すればよい。また、定格負荷に基づいて、（３５０×３６）／１０００＝１２．６ｋＷに設定してもよい。【００１６】
これにより、アーク溶接機の定格標準負荷特性を上回る瞬時高負荷が発生した場合でも、アーク溶接機の過熱保護を行うことができる。【００１７】
第２の態様は、第１の態様において、
前記加工負荷に対する前記負荷電力の供給動作を制御する出力制御部を備え、
前記出力制御部は、前記異常判定部で異常判定された場合に、前記負荷電力の供給動作を停止することを特徴とするものである。【００１８】
第２の態様では、負荷電力の出力が異常であると判定された場合に、負荷電力の供給動作を停止することで、それ以上、機器内の温度が上昇するのを抑え、機器内の各部品が温度許容値を超えないように保護することができる。【００１９】
第３の態様は、第１又は第２の態様において、
機器周辺の温度を検出する温度検出部を備え、
前記異常判定部は、前記温度検出部で検出された検出温度と、所定の温度閾値との差分値を計算して、該差分値に基づいて前記電力閾値を変化させることを特徴とするものである。【００２０】
第３の態様では、機器周辺の検出温度と所定の温度閾値との差分値に基づいて、異常判定のための電力閾値を変化させるようにしている。これにより、機器周辺の温度に合わせて機器を保護することができる。【００２１】
具体的に、機器周辺の温度が低い場合、例えば、寒冷地などで機器を使用する場合には、機器の定格以上の高負荷が発生して機器内部のスイッチング部などが発熱しても、発熱部品が冷却されて温度が下がるため、機器の温度許容値を越えるまでに余裕がある状態となる。【００２２】
そのため、機器周辺の検出温度と温度閾値との差分値が大きいほど、異常判定のための電力閾値が大きくなるように変化させることで、機器の温度許容値に余裕があるにもかかわらず異常と判定されるのを抑えることができる。これにより、負荷電力の出力を安定化させながら、機器を保護することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本開示の態様によれば、機器の定格以上の高負荷が発生した場合に、機器の過熱保護を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本実施形態１に係るアーク溶接機の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、本実施形態２に係るアーク溶接機の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２６】
《実施形態１》
図１に示すように、アーク溶接機１０は、アーク溶接用の電極１１と母材１２とを含む加工負荷１３に負荷電力を供給してアーク溶接を行うものである。アーク溶接機１０の入力端子１６には、交流電源１５が接続されている。アーク溶接機１０は、交流電源１５の交流電力を負荷電力に変換する電力変換部２０を備えている。
【００２７】
電力変換部２０は、交流電源１５の交流電力を直流電力に整流する入力整流部２１と、入力整流部２１の出力電力を所定の周波数の交流電力に変換するスイッチング部２２と、スイッチング部２２の出力電圧を降圧するトランス部２３と、トランス部２３の出力電力を電極１１に供給するための直流の負荷電力に整流する出力整流部２４と、出力整流部２４の出力電力の高調波を抑制する直流リアクタ２５とを備えている。
【００２８】
出力整流部２４の出力側には、母材１２に繋がるケーブル２６が接続されている。直流リアクタ２５の出力側には、電極１１に繋がるケーブル２６が接続されている。
【００２９】
アーク溶接機１０には、加工負荷１３に供給された負荷電流を検出する負荷電流検出部３１と、加工負荷１３に供給された負荷電圧を検出する負荷電圧検出部３２が設けられている。
【００３０】
負荷電流検出部３１は、出力整流部２４の出力側に接続されている。負荷電圧検出部３２は、電極１１の近傍と、母材１２の近傍とからそれぞれ配索された負荷電圧検出ライン３３に接続されている。
【００３１】
負荷電流検出部３１で検出された負荷電流と、負荷電圧検出部３２で検出された負荷電圧とは、出力制御部３４に入力される。出力制御部３４は、負荷電流及び負荷電圧に基づいて、アーク溶接を適切に行うための負荷電力が得られるように、スイッチング部２２に対して制御信号を出力し、スイッチング部２２の動作をフィードバック制御する。
【００３２】
スイッチング部２２の周辺には、温度センサ３５が配置されている。温度センサ３５で検出された検出温度は、出力制御部３４に入力される。出力制御部３４は、検出温度が各部品の温度許容値を越えた場合に、スイッチング部２２の動作を停止させる。
【００３３】
ところで、従来のアーク溶接機では、溶接方法や溶接条件によって、機器の定格以上の高負荷が発生した場合には、機器の内部温度が許容値を超えてしまうおそれがある。
【００３４】
具体的に、定格負荷を越える高負荷によって急激な熱集中が生じてしまい、機器の内部温度が高くなるが、この急激な温度変化を温度センサ３５で敏感に検出することは困難である。そのため、スイッチング部２２のスイッチング動作が停止することなく、機器内部の各部品の温度許容値を超えてしまい、アーク溶接機１０が破損するおそれがある。
【００３５】
そこで、本実施形態では、加工負荷１３で消費される負荷電力の累積値に基づいて、負荷電力の出力の異常を判定できるようにしている。
【００３６】
具体的に、アーク溶接機１０は、異常判定部４０を備えている。異常判定部４０は、電力計算部４１と、比較部４２とを有する。異常判定部４０には、負荷電流検出部３１で検出された負荷電流を示す信号と、負荷電圧検出部３２で検出された負荷電圧を示す信号とが入力される。
【００３７】
電力計算部４１は、負荷電流と負荷電圧とを積算することで、加工負荷１３で消費される負荷電力を計算する。ここで、電力計算部４１では、所定の単位時間（例えば、１０分間）当たりの負荷電力の累積値、つまり、単位時間内で消費された消費電力を計算する。
【００３８】
比較部４２は、電力計算部４１で計算された消費電力を、所定の電力閾値と比較する。所定の電力閾値は、例えば、機器内部の主半導体の許容温度に基づいて設定すればよい。また、アーク溶接機１０の定格負荷（例えば、負荷電流が３５０Ａ、負荷電圧が３６Ｖ）に基づいて、（３５０×３６）／１０００＝１２．６ｋＷに設定してもよい。
【００３９】
異常判定部４０は、比較部４２の比較結果に基づいて、負荷電力の出力の異常を判定する。具体的に、異常判定部４０では、所定の単位時間内で消費された消費電力が所定の電力閾値よりも大きい場合に、瞬時定格越えによる過負荷が生じる等して、負荷電力の出力が異常であると判定するようにしている。
【００４０】
そして、異常判定部４０は、負荷電力の出力が異常であると判定した場合に、異常信号を出力制御部３４に出力する。出力制御部３４では、異常判定部４０の判定結果に基づいて、例えば、負荷電力の供給動作を停止してアーク溶接機１０を緊急停止させたり、警報やエラーメッセージによって作業者に警告する。
【００４１】
以上のように、本実施形態に係るアーク溶接機１０によれば、定格標準負荷特性を上回る瞬時高負荷が発生した場合でも、アーク溶接機１０の過熱保護を行うことができる。
【００４２】
《実施形態２》
図２は、本実施形態２に係るアーク溶接機の構成を示す概略図である。以下、前記実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。
【００４３】
図２に示すように、アーク溶接機１０は、機器周辺の温度を検出する温度検出部４３を備えている。温度検出部４３で検出された検出温度を示す信号は、異常判定部４０に入力される。
【００４４】
異常判定部４０は、温度検出部４３で検出された検出温度と、所定の温度閾値との差分値を計算する。温度閾値は、機器周辺の定格温度（例えば、４０℃）に設定すればよい。異常判定部４０は、検出温度と温度閾値との差分値に基づいて、異常判定のための電力閾値を変化させる。
【００４５】
具体的に、機器周辺の温度が低い場合、例えば、寒冷地などで機器を使用する場合には、機器の定格以上の高負荷が発生して機器内部のスイッチング部２２が発熱しても、スイッチング部２２が冷却されて温度が下がるため、機器の温度許容値を越えるまでに余裕がある状態となる。
【００４６】
そのため、異常判定部４０では、機器周辺の検出温度と温度閾値との差分値が大きいほど、異常判定のための電力閾値が大きくなるように変化させるようにしている。
【００４７】
例えば、温度閾値が４０℃で、機器周辺の温度が３０℃のときには、差分値が１０℃となるが、機器周辺の温度が０℃のときには、差分値が４０℃となる。そのため、差分値が４０℃の場合には、差分値が１０℃のときに比べて電力閾値が大きくなるように変化させることで、機器の温度許容値に余裕があるにもかかわらず異常と判定されるのを抑えることができる。これにより、負荷電力の出力を安定化させながら、機器を保護することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上説明したように、本発明は、機器の定格以上の高負荷が発生した場合に、機器の過熱保護を行うことができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。
【符号の説明】
【００４９】
１０    アーク溶接機
１１    電極
１２    母材
１３    加工負荷
３１    負荷電流検出部
３２    負荷電圧検出部
３４    出力制御部
４０    異常判定部
４１    電力計算部
４３    温度検出部
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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