(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスを含む抵抗溶接機に所定の交流電流を供給する抵抗溶接制御装置であって、
直流電源と、前記直流電源からの直流電流を交流電流に変換するインバータとを有し、
前記インバータは、トランジスタで構成され、前記トランスにほぼ矩形状の波形の交流電流を供給し、
前記トランジスタは、前記矩形状の各波形の電流値が所定範囲以内となるように前記トランスへの通電と通電停止を繰り返すようにデューティ制御され、
前記トランジスタがデューティ制御によって前記トランスへの通電状態とされた際に前記電流値が前記所定範囲の上限値に上昇するまでの時間が所定の標準値よりも所定以下に短くなった場合に、前記トランスに磁気飽和が生じたと判断するものであり、
前記標準値を、
前記矩形状の各波形において前記トランスへの通電を開始して電流値が初めて前記所定範囲の上限値に達した後、次に前記トランスへの通電を開始してから前記上限値に達するまでの時間から求める、または前記矩形状の各波形において前記トランスへの通電を開始して電流値が初めて前記所定範囲の上限値に達するまでの電流値の変化から計算によって求める、ことを特徴とする抵抗溶接制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、抵抗溶接機に所定の交流電流を供給する抵抗溶接制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
抵抗溶接機は、一対の電極間に溶接電流を流して、両電極間に挟持されたワークの溶接を行うものであり、例えば次のようなものがある。図１に示すように、その抵抗溶接機８０は、抵抗溶接制御装置１０から供給される交流電流をトランス９０によって変圧し、交流電流のままで両電極８１，８２間に流すものである。
【０００３】
この抵抗溶接機８０に対する抵抗溶接制御装置として、本出願人は、次のような特許出願をしている。なお、その出願は本出願時点において未公開である。
その抵抗溶接制御装置１０では、マクロ的には、第１及び第４トランジスタ２１，２４がオンで第２及び第３トランジスタ２２，２３がオフの状態（第１の状態）と、第２及び第３トランジスタ２２，２３がオンで第１及び第４トランジスタ２１，２４がオフの状態（第２の状態）の２つの状態が繰り返される。
この２つの状態の切替えによって、抵抗溶接機８０の１次コイル９１を流れる電流の方向が切り替えられ、抵抗溶接機８０（電極８１・８２間）に交流電流が供給される。
【０００４】
ミクロ的には次のようにされる。すなわち、上記第１の状態（第１及び第４トランジスタ２１，２４がオン）の際にも、両トランジスタ２１，２４に対してデューティ制御され、（１）両トランジスタ２１，２４がオンの状態，（２）第４トランジスタ２４のみがオンで第１トランジスタ２１はオフの状態，（３）両トランジスタ２１，２４がオンの状態，（４）第１トランジスタ２１のみがオンで第４トランジスタ２４はオフの状態の４つの状態が繰り返される。第２の状態においても同様である。
【０００５】
このようにして、図５(a) に示すように、１次コイル９１の側を流れる交流電流（ひいては２次コイル９２の側を流れる交流電流）がほぼ矩形状とされる。すなわち、その交流電流の電流値は変動しつつ、所定の範囲以内となるように制御される。
【０００６】
ところで、抵抗溶接機のトランスが磁気飽和してくると、抵抗溶接機の性能が落ちることになる。このため、その磁気飽和が生じたか否かを認識する必要があり、そのために、従来は次のようにされている。
すなわち、図５(b) において２点鎖線で示すように、磁気飽和してくると、両トランジスタ２１，２４がオンされる際等における電流の上昇度合いが急激なものとなってくるため、常に、その電流の上昇速度を測定し、その上昇速度が所定以上になったら、磁気飽和が生じたと判断するのである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、それでは、常に、各微小時間Δｔごとに電流変動値Δｉを求め、それから、各微小時間Δｔごとにおける電流上昇速度Δｉ／Δｔを求め、それが所定値以上か否かを判断するということをしなければならず、煩雑である。
【０００８】
そこで、本発明は、抵抗溶接機の磁気飽和を容易に検出することができる抵抗溶接制御装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明の第１発明である請求項１に記載の抵抗溶接制御装置は、トランスを含む抵抗溶接機に所定の交流電流を供給する抵抗溶接制御装置であって、直流電源と、前記直流電源からの直流電流を交流電流に変換するインバータとを有し、前記インバータは、トランジスタで構成され、前記トランスにほぼ矩形状の波形の交流電流を供給し、前記トランジスタは、前記矩形状の各波形の電流値が所定範囲以内となるように前記トランスへの通電と通電停止を繰り返すようにデューティ制御され、前記トランジスタがデューティ制御によって前記トランスへの通電状態とされた際に前記電流値が前記所定範囲の上限値に上昇するまでの時間が所定の標準値よりも所定以下に短くなった場合に、前記トランスに磁気飽和が生じたと判断するものであり、前記標準値を、前記矩形状の各波形において前記トランスへの通電を開始して電流値が初めて前記所定範囲の上限値に達した後、次に前記トランスへの通電を開始してから前記上限値に達するまでの時間から求める、または前記矩形状の各波形において前記トランスへの通電を開始して電流値が初めて前記所定範囲の上限値に達するまでの電流値の変化から計算によって求めることを特徴とする。
なお、電流値が所定範囲の「上限値」に「上昇する」とは、電流値の絶対値で判断したものである。すなわち、絶対値ではない実際の値を考慮した場合、マイナスの値については「下限値」に「下降する」ものとする。
【００１０】
この発明においては、上限値までの電流値の上昇時間をもって磁気飽和が生じたか否かを判断するために、電流値の上昇速度をそのたびごとに計算する場合と比べて、磁気飽和を検出することが容易となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、この抵抗溶接制御装置１０は、直流電源１２と、インバータ２０と、制御部４０と、一対の抵抗溶接機接続端子４８と、コンデンサ５０を有している。
【００１２】
直流電源１２は、三相交流電源１４とダイオード１６によって形成されている。直流電源１２に対して、インバータ２０とコンデンサ５０とは、直流電源１２に対して並列的に設けられている。
【００１３】
インバータ２０は、４つのトランジスタ（第１トランジスタ２１〜第４トランジスタ２４）を有している。
第１トランジスタ２１及び第２トランジスタ２２の組と、第３トランジスタ２３及び第４トランジスタ２４の組とが、直流電源１２に対して並列的に接続されている。第１トランジスタ２１と第２トランジスタ２２とは、直流電源１２に対して直列的に接続されており、第３トランジスタ２３と第４トランジスタ２４とも、直流電源１２に対して直列的に接続されている。各トランジスタ２１〜２４の通電方向はすべて同一の方向である。また、各トランジスタ２１〜２４のベースは制御部４０に接続されている。
【００１４】
また、各トランジスタ２１〜２４に対して並列的にダイオード（第１ダイオード３１〜第４ダイオード３４）が接続されている。各トランジスタ２１〜２４の通電方向と各ダイオード３１〜３４の通電方向とは逆である。
一対の抵抗溶接機接続端子４８は、第１トランジスタ２１と第２トランジスタ２２との間の部分及び第３トランジスタ２３と第４トランジスタ２４との間の部分に接続されている。
【００１５】
直流電源１２とインバータ２０とを接続する電線に対して電流検出回路４２が設けられており、電流検出回路４２は制御部４０に接続されている。
【００１６】
交流用抵抗溶接機８０は、一対の電極（第１電極８１，第２電極８２）と、制御装置接続端子８４を有している。制御装置接続端子８４にはトランス９０が接続され、トランス９０の２次コイル９２の一端側が第１電極８１に接続され、他端側が第２電極８２に接続されている。
【００１７】
そして、この交流用抵抗溶接機８０は、その制御装置接続端子８４において抵抗溶接制御装置１０の抵抗溶接機接続端子４８に接続されることによって、抵抗溶接制御装置１０から所定の交流電流の供給を受ける。
【００１８】
次に、この抵抗溶接制御装置１０の概略的な制御内容（マクロ的に見たもの）について説明する。
抵抗溶接制御装置１０において、制御部４０による制御の下、第１及び第４トランジスタ２１，２４がオンで第２及び第３トランジスタ２２，２３がオフの状態（第１の状態）と、第２及び第３トランジスタ２２，２３がオンで第１及び第４トランジスタ２１，２４がオフの状態（第２の状態）の２つの状態が繰り返される。
【００１９】
第１の状態（第１及び第４トランジスタ２１，２４がオン）の際には、直流電源１２→第１トランジスタ２１→１次コイル９１→第４トランジスタ２４→直流電源１２と、電流が流れる。
第２の状態（第２及び第３トランジスタ２２，２３がオン）の際には、直流電源１２→第３トランジスタ２３→１次コイル９１→第２トランジスタ２２→直流電源１２と、電流が流れる。
【００２０】
この２つの状態の切替えによって、抵抗溶接機８０の１次コイル９１を流れる電流がａ方向（プラス方向），ｂ方向（マイナス方向）に切り替えられ、２次コイル９２を流れる電流もａ′方向（プラス方向），ｂ′方向（マイナス方向）に切り替えられる（図２も参照）。例えば、商用の電流と同一の周波数（５０Ｈｚ等）の交流電流を抵抗溶接機８０に供給する場合は、上記のトランジスタ２１〜２４の２つの状態を１／１００秒ごとに切り替えて、周期Ｔ＝１／５０（秒）とする。
【００２１】
このようにして、交流用抵抗溶接機８０の第１電極８１と第２電極８２との間に交流の溶接電流が流れ、両電極８１，８２間に挟持されたワークＷ，Ｗの溶接が行われる。
【００２２】
次に、ミクロ的な制御内容について説明する。
図２に示すように、第１の状態（第１及び第４トランジスタ２１，２４がオン）の際にも、両トランジスタ２１，２４に対してデューティ制御され、（１）両トランジスタ２１，２４がオンの状態，（２）第４トランジスタ２４のみがオンで第１トランジスタ２１はオフの状態，（３）両トランジスタ２１，２４がオンの状態，（４）第１トランジスタ２１のみがオンで第４トランジスタ２４はオフの状態の４つの状態が繰り返される。
【００２３】
（１）及び（３）の状態の際には、前述したように、直流電源１２→第１トランジスタ２１→１次コイル９１（ａ方向）→第４トランジスタ２４→直流電源１２と、電流が流れる。これによって、抵抗溶接機８０（２次コイル９２側）では、２次コイル９２（ａ′方向）→第２電極８２→第１電極８１→２次コイル９２と、電流が流れる。
【００２４】
（２）の状態の際には、抵抗溶接制御装置１０から積極的に電流を供給しようとするのではないが、抵抗溶接機８０内の２次コイル９２等のコイル分によって抵抗溶接機８０内（２次コイル９２側）ではそれまでと同様に引き続き電流（ａ′方向）が流れようとする。このため、それによって誘導された電流が、第２ダイオード３２→１次コイル９１（ａ方向）→第４トランジスタ２４→第２ダイオード３２と、引き続き流れようとする。そして、このルートは第２ダイオード３２によって導通状態のために、電流がスムーズに流れ、図２(a) に示すように、電流はそれほど急激には降下しない。
【００２５】
同様に、（４）の状態の際には、第１トランジスタ２１→１次コイル９１（ａ方向）→第３ダイオード３３→第１トランジスタ２１と、引き続き流れようとする。このルートも第３ダイオード３３によって導通状態のために、電流がスムーズに流れ、電流（絶対値）はそれほど急激には降下しない。
【００２６】
次に、すべてのトランジスタ２１〜２４がオフの状態の時間を挟んで、上述と同様に、第２の状態において、（５）両トランジスタ２２，２３がオンの状態，（６）第２トランジスタ２２のみがオンで第３トランジスタ２３はオフの状態，（７）両トランジスタ２２，２３がオンの状態，（８）第３トランジスタ２３のみがオンで第２トランジスタ２２はオフの状態の４つの状態が繰り返される。
【００２７】
以上のようにして、１次コイル９１の側を流れる交流電流（ひいては２次コイル９２の側を流れる電流）は、ほぼ矩形状とされる。すなわち、その電流値は変動しつつ、所定の範囲以内となるように制御される。
【００２８】
そして、この抵抗溶接制御装置１０では、両トランジスタがオンの状態（第１の状態における（１）及び（３）の状態や第２の状態における（５）及び（７）の状態）の時間ｔ1 ，ｔ2 、…，ｔn ，…が認識される。
トランス９０が磁気飽和していない場合には、その値に大きなばらつきはない。すなわち、図３に示すように、ｔ1 ≒ｔ2 ≒，…，≒ｔn ≒ｔ0 （ｔ0 は標準値）である。なお、この標準値であるｔ0 は、次のように求められる。すなわち、たとえば、図２中にＢで示すように、ある方向（例えばプラスの方向）へ通電を開始して電流値が初めて所定の範囲のうちの上限値に達した後に、最初に両トランジスタがオン状態となる時間から求められる。また、図２中にＡで示すように、通電を開始して電流値が初めて所定の範囲のうちの上限値に達するまでの電流値の変化から、計算によって負荷のインダクタンスや抵抗値が求められ、それらの値から求められることもある。
【００２９】
しかしながら、トランス９０が磁気飽和してくると、その時間が短くなってくる。すなわち、図４に示すように、ｔ1 ＞ｔ2 ＞，…，＞ｔn となり、ｔn ＜＜ｔ0 （標準値）となる。このため、その時間ｔが標準値ｔ0 よりも所定以下に短かくなったとき、ある程度以上の磁気飽和が生じたとして、それを検知するのである。「その時間ｔが標準値ｔ0 よりも所定以下に短かくなったとき」とは、種々の判断方法があるが、例えばｔ≦ｔ0 ×α（αは所定の割合（％））となったとき等がある。
また、このようにして磁気飽和が検知された場合には、警報が発せられるようにしてもよい。
【００３０】
このように、この抵抗溶接制御装置１０では、各微小時間Δｔごとに電流値の上昇速度Δｉ／Δｔを算出することなく、電流値が所定範囲の上限値に上昇するまでの時間ｔに基づいて磁気飽和が生じたか否かを判断するものであるため、磁気飽和の検出が容易となる。
【００３１】
なお、本発明は、上記のタイプの抵抗溶接制御装置に限らず、他のタイプのものにも適用され得る。例えば、第１の状態においては、第１・第４トランジスタ２１，２４が同時にオンオフされるデューティ制御がされるものであってもよい。また、抵抗溶接機としては、両電極間に交流電流を流すタイプのもの（交流用）に限らず、直流電流を流すタイプのもの（直流用）であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態を示す回路図である。従来の装置も同様である。
【図２】  図１の装置における制御内容を示す図である。(a) は抵抗溶接制御装置及び抵抗溶接機の１次コイルの側を流れる電流を示し、(b) はその際におけるトランジスタのオンオフ状態を示す図である。
【図３】  図２の要部拡大図である。磁気飽和が生じていない場合を示す。
【図４】  図２の要部拡大図である。磁気飽和が生じている場合を示す。
【図５】  従来における磁気飽和の検出方法を示す図である。(a) は抵抗溶接制御装置及び抵抗溶接機の１次コイルの側を流れる電流を示し、(b) はその要部拡大図であり、具体的な磁気飽和検出方法を示す。
【符号の説明】
１０  抵抗溶接制御装置
２０  インバータ
２１〜２４  第１〜第４トランジスタ
４０  制御部
８０  抵抗溶接機
９０  トランス
【図１】
0003746553.tif 000002
【図２】
0003746553.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003746553.tif 000005
【図５】
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