CN111465464B

CN111465464B - 逆变器电源装置

Info

Publication number: CN111465464B
Application number: CN201980006348.2A
Authority: CN
Inventors: 落合吉彦; 佐藤进一; 渕胁本章
Original assignee: Toya Co ltd
Current assignee: Toya Co ltd
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2022-01-04
Anticipated expiration: 2039-08-08
Also published as: US11545911B2; JP6633719B1; CA3083396A1; WO2020095501A1; ES2943490T3; EP3702085A1; US20200336082A1; JP2020075271A; EP3702085A4; CN111465464A; CA3083396C; EP3702085B1

Abstract

技术问题：提供一种具备测量二极管等整流元件的劣化的测量功能的逆变器电源装置。解决方案：具有：降压稳定部(120)，其向二极管(172、174)施加逐渐上升的逆电压；绝缘放大器(130)，当施加逆电压时，其检测流过二极管(172、174)的电流的电流值；以及逆变器控制部(140)，如果检测到的电流值比用于判定二极管(172、174)的劣化的判定电流值大，则判断为二极管(172、174)发生劣化，如果检测到的电流值比用于判定二极管(172、174)的劣化的判定电流值小，则判断为二极管(172、174)未劣化。

Description

逆变器电源装置

技术领域

本发明涉及一种具备测量二极管等整流元件的劣化的测量功能的逆变器电源装置。

背景技术

近年来，在汽车的车身上，面向确保强度和实现轻量化，而使用一种与现有的钢板相比提高了拉伸强度的高张力钢板。在对高张力钢板彼此进行点焊的情况下，需要使与对现有的钢板进行点焊时相比更大的焊接电流长时间通过。因此，在高张力钢板彼此的点焊中，使用一种能够设定宽范围的焊接条件并且能够进行高品质的焊接的、专利文献1～3所公开的逆变器式的电阻焊机。逆变器方式的电阻焊机具备逆变器电源装置和逆变变压器，逆变变压器具有对焊接电流进行整流的二极管堆栈(组合了两个以上的二极管的单元)。对于设置于逆变变压器的二极管堆栈，由于在点焊时使大的焊接电流通过而易于劣化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-087280号公报

专利文献2：日本特开2000-42751号公报

专利文献3：实用新型登录第3008433号说明书

发明内容

(一)要解决的技术问题

但是，二极管堆栈的劣化的发展状况因各自的性能、使用环境、使用频率、焊接条件等而不同。在配置于工厂的生产线的电阻焊机中，如果该二极管堆栈由于不可预料的劣化而产生故障，则其更换需要时间，因此不得不停止生产线。因此，能够定期地确认二极管堆栈的劣化的发展程度在防止生产线停止方面是重要的。

另外，近年来，电阻焊机实现为焊接机器人，因此为了定期地确认二极管堆栈的劣化的发展程度，操作人员必须进入焊接机器人的可活动区域内。因此，操作人员在其确认操作中面临不少危险。

本发明为了消除这些问题而做出，其目的在于提供一种逆变器电源装置，其具备测量二极管等整流元件的劣化的测量功能。

(二)技术方案

用于实现上述目的的本发明的逆变器电源装置具有：电源，其向整流元件施加逐渐上升的逆电压；电流检测部，当施加逆电压时，其检测流过整流元件的电流的电流值；以及控制部，如果检测到的电流值比用于判定整流元件的劣化的判定电流值大，则判断为整流元件发生劣化，如果检测到的电流值比用于判定整流元件的劣化的判定电流值小，则判断为整流元件未劣化。

(三)有益效果

根据本发明的逆变器电源装置，由于利用当向整流元件施加逆电压时流动的电流的电流值来判断整流元件的劣化，因此易于测量整流元件的劣化的发展程度。通过定期地进行该测量，而能够得知整流元件的劣化的发展程度，从而能够进行整流元件的预防维护，并能够进行计划性的维修。另外，由于逆变器电源装置自身具有测量整流元件的劣化的测量功能，因此如果能够预先在整流元件上自动地形成施加来自电源的电压的电路，则能够在生产线的运转中自动并定期地进行测量。

附图说明

图1是具备本实施方式的逆变器电源装置的焊接机器人的结构示意图。

图2是图1所示的二极管堆栈的结构图。

图3是本实施方式的逆变器电源装置的普通模式时的说明图。

图4是本实施方式的逆变器电源装置的普通模式时的动作流程图。

图5是本实施方式的逆变器电源装置的测量模式时的说明图。

图6是本实施方式的逆变器电源装置的测量模式时的动作流程图。

图7是用于图6的动作流程图的动作说明的图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的逆变器电源装置的实施方式进行详细说明。

＜逆变器电源装置的结构＞

图1是具备本实施方式的逆变器电源装置的焊接机器人的结构示意图。逆变器电源装置100具有测量逆变变压器160的二极管堆栈170的二极管172、174的劣化发展程度的功能，该逆变变压器160是作为电阻焊机发挥功能的焊接机器人(在图中是焊枪210)所具备的。

逆变器电源装置100具备整流部105、开关部110、A接点继电器115。A接点继电器115连接于逆变变压器160的初级绕组164上。而且，逆变器电源装置100具备降压稳定部120、绝缘放大器130、作为控制部发挥功能的逆变器控制部140、A接点继电器145、切换部150、以及与A接点继电器145联动的B接点继电器155。此外，B接点继电器155是在测量电极220间的电压的情况下使用的、电极间电压监视器用的继电器。另一方面，逆变变压器160具有二极管堆栈170。二极管堆栈170具备两个二极管172、174。二极管172、174连接于逆变变压器160的次级绕组162。逆变变压器160组装进焊接机器人的焊枪210，并向焊枪210的电极220间供给焊接电流。逆变变压器160生成交流的焊接电流，并利用二极管堆栈170的二极管172、174将交流的焊接电流切换为直流的焊接电流。直流的焊接电流供给至在电极220间加压的钢板(未图示)，钢板通过电极220进行点焊。

整流部105连接于三相的商用电源，将例如三相50Hz的交流切换为直流，并向逆变器电源装置100的所有的构成要素供给电力。开关部110利用从逆变器控制部140输出的开关信号进行开关，并输出与焊接条件对应的焊接电流。切换部150对向焊枪210供给焊接电流的普通模式和用于判定二极管堆栈170的二极管172、174的劣化的测量模式进行切换。普通模式与测量模式的切换通过逆变器控制部140来进行。另外，A接点继电器115的接通断开也通过切换部150来进行。当由切换部150切换为普通模式时，逆变器控制部140使开关部110进行开关，另外，切换部150接通A接点继电器115并将开关部110与逆变变压器160的初级绕组164连接，并向初级绕组164供给焊接电流。另一方面，当由切换部150切换到测量模式时，切换部150断开A接点继电器115并将开关部110与逆变变压器160的初级绕组164分离。另外，切换部150接通A接点继电器145并且断开联动的B接点继电器，向降压稳定部120供给整流部105的直流，并使绝缘放大器130发挥功能。即，当由切换部150切换到普通模式时，作为降压稳定部120及电流检测部发挥功能的绝缘放大器130停止正常工作，另一方面，当切换到测量模式时，降压稳定部120及绝缘放大器130发挥功能。

降压稳定部120是使用从整流部105供给的电压向作为整流元件的二极管172、174施加恒定电压或者逐渐上升的逆电压Va的电源。此外，在这种情况下，虽然未图示，但是需要将降压稳定部120与焊枪210的电极220电连接。降压稳定部120被编程为，使向二极管172、174施加的逆电压成为恒定电压或者阶段性上升，并且，关于该逆电压的阶段性的上升，当向下个阶段上升时，从现阶段的电压开始经过恒定的时间上升到下个阶段的电压。

降压稳定部120向二极管172、174施加的逆电压的最大电压设定为二极管172、174的反向耐压的20～60％之间的电压，使得即使施加至劣化发展的二极管172、174，二极管172、174也不损坏。例如，当二极管172、174的反向耐压是600V时，降压稳定部120编程为不向二极管172、174施加120V～360V以上的逆电压。此外，向二极管172、174施加的逆电压最优选是二极管172、174的反向耐压的20～60％，但是也可以在2～90％之间。

绝缘放大器130利用降压稳定部120向二极管172、174施加的逆电压而将流过二极管172、174的电流(漏电流：也称为IRD)转换为电压。在绝缘放大器130内，内置有用于将流过二极管172、174的电流切换为电压的电阻器(未图示)。将二极管172的电流的电流值与二极管174的电流的电流值相加得到的电流值的电流流过该电阻器。因而，电阻器的端子间电压Vb为，电阻器的电阻值(R)乘以将二极管172的电流的电流值(i₁₇₂)与二极管174的电流的电流值(i₁₇₄)相加得到的电流值得到的电压值(V)。即，电阻器的端子间电压用Vb＝R×(i₁₇₂+i₁₇₄)的公式来表达。

绝缘放大器130是使输入侧(电源侧)与输出侧(控制部侧)绝缘的放大器，向逆变器控制部140中输出降压稳定部120向二极管172、174施加的逆电压Va和电阻器的端子间电压Vb。

如上所述，绝缘放大器130作为电流检测部发挥功能，其检测当降压稳定部120向二极管172、174施加逆电压时流过二极管172、174的电流的电流值。绝缘放大器130包含串联连接于二极管172、174的电阻器，使用由流过电阻器的电流所产生的电阻器的端子间电压Vb检测流过二极管172、174的电流的电流值。绝缘放大器130可以是检测内置的电阻器的端子间电压的电压计。另外，也可以省略绝缘放大器130，而直接利用电流计来测量。此时，现场的操作人员可以根据电压计、电流计的数值来判断二极管172、174的劣化发展程度。

逆变器控制部140存储用于判定二极管172、174的劣化的判定电流值。判定电流值根据即将损坏之前的二极管172、174的电气特性来设定。例如，预先测量多个即将损坏之前的二极管172、174的相反方向的电阻值并对该电阻值进行累积，并参考该累积的电阻值而计算出判定电流值，并使该计算出的判定电流值存储于逆变器控制部140中。对于如二极管172、174的整流元件，已知施加逆电压时的电流随着劣化发展而增大。例如，由于二极管172、174劣化，1mA以下的电流值也会成为超过100mA的电流值。这样，达到超过100mA的电流值的二极管172、174在几天以内损坏。判定电流值的设定在判断二极管172、174的劣化的发展程度方面是重要的，因此可以按如下求出。如果即将损坏之前的二极管乘以逆电压Vinv时Iinv的电流流动，则即将损坏之前的二极管的电阻值Rinv能够求出为Rinv＝Vinv/Iinv。判定电流值能够通过将降压稳定部120施加的逆电压的最大电压除以二极管的电阻值Rinv来求出。为了提高二极管172、174的劣化的发展程度的判断的可靠性，判定电流值设定为比这样求出的值稍微小的值。

另外，逆变器控制部140具备用于将流过二极管172、174的电流的电流值与所存储的判定电流值进行比较的程序。如果流过二极管172、174的电流的电流值比判定电流值大，则逆变器控制部140判断为二极管172、174发生劣化。另外，如果流过二极管172、174的电流的电流值比判定电流值小，则判断为二极管172、174未劣化。

图2是图1所示的二极管堆栈的结构图。二极管堆栈170由导电性及热传导性良好的例如铜等金属体形成，二极管172、174由该金属体夹持。二极管172、174连接于图1所示的逆变变压器160的次级绕组162。二极管172、174向焊枪210的电极220供给大电流值的焊接电流，因此发热而变热。二极管172、174在处于高温时损坏，因此在二极管堆栈170中如图示配置有供冷却水流通的冷却水路径176。通过经由歧管178使冷却水在冷却水路径176内流通，而使二极管堆栈170及二极管172、174的温度成为适合动作的温度。

在歧管178上设置有未图示的供水阀，当由切换部150切换为普通模式时，供水阀接通而使冷却水在冷却水路径176内流通。另一方面，当由切换部150切换为测量模式时，供水阀断开而供给空气并从冷却水路径176中去除冷却水。此外，供水阀的接通、断开受逆变器控制部140控制。

＜逆变器电源装置的动作＞

[普通模式]

图3是本实施方式的逆变器电源装置的普通模式时的说明图。另外，图4是本实施方式的逆变器电源装置的普通模式时的动作流程图。

当利用切换部150切换为普通模式时，切换部150使A接点继电器115接通并且使A接点继电器145断开。因而，开关部110与逆变变压器160的初级绕组164连接，另一方面，降压稳定部120和绝缘放大器130停止其正常工作。

在普通模式时，首先，焊接机器人用焊枪210的电极220把持工件(S100)。接着，逆变器控制部140使规定的焊接电流在电极220间通电(S101)。逆变器控制部140使开关部110开关而从整流部105中生成规定的交流电流，并向逆变变压器160的初级绕组164供给。逆变变压器160利用次级绕组162使初级绕组164的一次电压下降，并将降压后的二次电压供给至二极管堆栈170的二极管172、174。二极管172、174向焊枪210的电极220间供给整流后的焊接电流，并焊接作为工件的钢板。此时，在二极管堆栈170中，由于冷却水在冷却水路径176中流动，因此抑制二极管172、174的发热。

逆变器控制部140判断规定的所有焊接点的焊接是否完成(S102)。如果所有焊接点的焊接没有完成(S102中“否”的情况)，则返回S100的步骤，并进行下个打点的焊接。如果所有焊接点的焊接完成(S102中“是”的情况)，则结束焊接操作。

[测量模式]

图5是本实施方式的逆变器电源装置的测量模式时的说明图。另外，图6是本实施方式的逆变器电源装置的测量模式时的动作流程图。图7是用于图6的动作流程图的动作说明的图。

如图5所示，当利用切换部150切换为测量模式时，切换部150使A接点继电器115断开并且使A接点继电器145接通。因而，开关部110与逆变变压器160的初级绕组164分离，降压稳定部120与输出端子180连接。另外，逆变器控制部140使正在二极管堆栈170的冷却水路径176中流动的冷却水停止，并供给空气而从冷却水路径176中去除冷却水。如果去除冷却水，则二极管堆栈170的二极管172、174的劣化的发展程度不受冷却水的影响而能够更准确地进行测量。当切换到测量模式时，向焊枪210的两个电极220施加降压稳定部120的电压，因此利用测量线230将逆变器电源装置100的输出端子180与电极220连接。由此，来自降压稳定部120的电压作为逆电压施加至二极管堆栈170的二极管172、174。在测量模式时，输出端子180与电极220的测量线230的连接可以由现场的操作人员进行，但是也可以通过焊接机器人用电极220夹持连接于输出端子180的棒状端子，而能够自动地测量二极管172、174的劣化的发展程度。

首先，如图6的动作流程图所示，降压稳定部120使用由整流部105整流后的直流电压以恒定的电压或者阶段性上升的电压向二极管172、174施加直流的逆电压(S200)。

如用图7的实线所示，降压稳定部120使向二极管172、174施加的逆电压Va阶段性上升。例如，降压稳定部120向二极管172、174首先施加V1作为逆电压，接着施加V2，最后施加V3。此外，在本实施方式中，分三阶段以每次50V使电压上升，但也可以是恒定电压、经过二阶段、或者四阶段以上的阶段使电压上升。这样阶段性上升，是为了即使在万一二极管172、174的劣化明显时，也不会损坏二极管172、174，而能够测量二极管172、174的劣化的发展程度。

另外，关于该逆电压的阶段性的上升，在使其向下个阶段上升到时，从现阶段的电压开始经过恒定的时间上升到下个阶段的电压。例如，降压稳定部120在向二极管172、174首先施加V1作为逆电压，接着施加V2时，不是从V1突然上升到V2，而是如图7所示，经过从T2到T3的时间使其上升。此外，在本实施方式中，呈直线进行从V1到V2的电压的上升，但也可以不呈直线而呈曲线进行。关于从0上升到V1、从V2上升到V3的电压也同样。另外，从V1到V2的电压的上升速度可以与例如从0到V1的电压的上升速度或者从V2到V3的电压的上升速度不同。这样，使现阶段的电压经过恒定的时间上升到下个阶段的电压，是为了防止由于流过逆变变压器160的次级绕组162的电流的变化而在逆变变压器160的初级绕组164中产生高电压。而且，维持阶段性上升的电压的时间在各阶段是相同的时间。例如，当使逆电压上升到V1时，从T1到T2的时间维持该电压，当使逆电压上升到V2时，从T3到T4的时间维持该电压，当使逆电压上升到V3时，从T4到T6的时间维持该电压。此外，从T1到T2的时间、从T3到T4的时间、从T4到T6的时间分别是相同的时间。维持阶段性上升的电压的这些时间在各阶段也可以是不同的时间。例如，也可以随着逆电压的电压值升高而缩短该电压的维持时间。

而且，逆电压的最大电压即V3设定为二极管172、174的反向耐压的20～60％之间的电压，使得即使施加至劣化正在发展的二极管172、174，二极管172、174也不损坏。像这样施加比反向耐压低的电压，是为了即使在万一二极管172、174的劣化明显时，也不会损坏二极管172、174，而能够测量二极管172、174的劣化的发展程度。此外，逆电压的最大电压最优选是二极管172、174的反向耐压的20～60％，但也可以在2～90％之间。

接着，绝缘放大器130检测流过二极管172、174的电流(S201)。如上所述，流过二极管172、174的电流被检测为设置于绝缘放大器130的电阻器的端子间电压Vb。例如，当二极管172、174的劣化未发展时(IRD＝OK时)，该电流检测为如图示点线I1所示。另一方面，当二极管172、174的劣化发展时(IRD＝NG时)，该电流检测为如图示点线I2所示。

接着，逆变器控制部140判断检测的电流是否比判定电流值大(S202)。如图示点线I2所示，如果流过二极管172、174的电流比判定电流值大(S202中“是”的情况)，则逆变器控制部140判断为二极管172、174发生劣化(S203)。另一方面，如图示点线I1所示，如果流过二极管172、174的电流比判定电流值小(S202中“否”的情况)，则逆变器控制部140判断为二极管172、174未劣化(S204)。

这样，根据本实施方式的逆变器电源装置100，在普通模式时能够使焊接机器人焊接，在测量模式时能够使用自己的电源测量二极管172、174的劣化的发展程度。通过定期地进行该测量，而能够得知二极管172、174的劣化的发展程度，从而能够进行二极管172、174的预防维护，并能够进行计划性的维修。例如，如果在配置有焊接机器人的生产线上使用本实施方式的逆变器电源装置100，则能够向二极管172、174施加使逆变器电源装置100内的电源的电压(DC600V程度)下降的电压，由此，能够对二极管172、174进行预防维护，因此能够防止生产线停止，并能够实现提高制造效率和降低制造成本。

此外，在本实施方式中，在测量模式时用测量线230将变器电源装置100的输出端子180与焊枪210的电极220连接，而通过预先将连接于逆变器电源装置100的输出端子180的测量线230与焊枪210的电极220连接，并沿着机器人臂进行配线，则能够使测量操作自动化或者简洁化。

如上所述，根据本实施方式的逆变器电源装置，能够在现场易于测量二极管等整流元件的劣化的发展程度。因此，能够防止例如焊接机器人那样的生产机器由于二极管的劣化而突然停止，并为了对每个变压器来更换二极管堆栈而不得不使生产线长时间停止。另外，能够进行预防维护，因此能够进行二极管堆栈的计划性的更换。

以上说明了逆变器电源装置的实施方式，但本发明的技术范围不限于该实施方式的记载内容。因而，即使不明确地记载在本实施方式中，本领域技术人员在权利要求书记载的范围内改变的内容也包含于本发明的技术范围中。

附图标记说明

100-逆变器电源装置；105-整流部；110-开关部；115、145-A接点继电器；120-降压稳定部；130-绝缘放大器(电流检测部)；140-逆变器控制部(判断部)；150-切换部；155-B接点继电器；160-逆变变压器；162-次级绕组；164-初级绕组；170-二极管堆栈；172、174-二极管；176-冷却水路径；178-歧管；180-输出端子；210-焊枪；220-电极；230-测量线。

Claims

1.一种逆变器电源装置，其具有：

电源，其向整流元件施加逐渐上升的逆电压；

电流检测部，当施加所述逆电压时，其检测流过所述整流元件的电流的电流值；以及

控制部，如果检测到的电流值比用于判定所述整流元件的劣化的判定电流值大，则判断为所述整流元件发生劣化，如果检测到的电流值比用于判定所述整流元件的劣化的判定电流值小，则判断为所述整流元件未劣化，

所述整流元件是设置于电阻焊机所具备的逆变变压器的二极管堆栈的二极管，

所述逆变器电源装置还具有切换部，所述切换部对向所述电阻焊机供给焊接电流的普通模式和用于判定所述整流元件的劣化的测量模式进行切换，

当由所述切换部切换到所述普通模式时，所述电源及所述电流检测部使功能停止，当切换到所述测量模式时，所述电源及所述电流检测部使功能工作，

还在所述二极管堆栈中形成有用于冷却所述二极管的冷却水路径，当由所述切换部切换到所述普通模式时，使冷却水在所述冷却水路径内流通，当切换到所述测量模式时，从所述冷却水路径中去除冷却水。

2.根据权利要求1所述的逆变器电源装置，其特征在于，

所述电源使向所述整流元件施加的所述逆电压阶段性上升。

3.根据权利要求2所述的逆变器电源装置，其特征在于，

关于所述逆电压的阶段性的上升，在向下个阶段上升时，从现阶段的电压开始经过恒定的时间上升到下个阶段的电压。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的逆变器电源装置，其特征在于，

向所述整流元件施加的所述逆电压的最大电压设定为所述整流元件的反向耐压的20～60％之间的电压，使得即使施加至劣化正在发展的所述整流元件，所述整流元件也不会损坏。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的逆变器电源装置，其特征在于，

所述电流检测部包含串联连接于所述整流元件的电阻器，使用由流过所述电阻器的电流所产生的所述电阻器的端子间电压检测流过所述整流元件的电流的电流值。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的逆变器电源装置，其特征在于，

用于判定所述整流元件的劣化的判定电流值根据损坏前的所述整流元件的电气特性设定。