JP2009000724A - エンジン溶接機 - Google Patents

Abstract

【課題】 補助電源の出力周波数が５０Ｈｚに設定されている場合でも、オペレータが何ら操作をすることなく、最大の溶接電流を効率よく出力できるようにする。
【解決手段】 エンジン１によって駆動される発電機２の交流出力を直流に変換して溶接出力を導出するとともに、発電機２の交流出力の一部を補助電源として導出する。エンジン１の回転速度を回転センサ２２，エンジン回転速度検出回路１３で検出し、エンジン１が所定の回転速度になるようにエンジンガバナ３０で制御する。そのようなエンジン溶接機において、電流センサ２３，交流負荷判別回路１５により、補助電源の負荷の有無を検出し、補助電源が使用中のときは、当該地域の商用電源周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）で出力できるように固定回転速度でエンジンを運転する。一方、補助電源が使用されていないときは、エンジン回転速度を可変にして最大溶接電流が出力できるようする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直流の溶接出力のほかに電動工具等に交流を出力することができる補助電源を備えたエンジン溶接機に関するものである。

エンジン溶接機は、ディーゼルエンジン、あるいはガソリンエンジンにより発電機を駆動して直流の溶接用電源を得るようにしているが、今日、ほとんどのエンジン溶接機は、溶接用直流電源のほかに電動工具等の使用に備えて交流補助電源をも得られるようにしている。

電動工具等は、商用電源周波数に応じて、それぞれの地域毎に５０Ｈｚ用のものと６０Ｈｚ用のものが用いられている。そのため、エンジン溶接機の補助電源は、５０Ｈｚの地域では５０Ｈｚの交流、６０Ｈｚの地域では６０Ｈｚの交流を出力する必要がある。

すなわち、エンジン溶接機の発電機は、商用電源周波数が５０Ｈｚの地域で使用する場合は５０Ｈｚ用の回転速度、例えば３０００ｒｐｍで運転し、６０Ｈｚの地域で使用する場合は６０Ｈｚ用の回転速度、例えば３６００ｒｐｍで運転する必要がある。

一方、発電機の最大出力は回転速度に応じて制限されるので、最大溶接出力も制限を受け、６０Ｈｚ用の３６００ｒｐｍで運転するときは最大３２０Ａまで出力できるのに対して、５０Ｈｚ用の３０００ｒｐｍで運転するときは最大２８０Ａまでしか出力できなくなる。しかも、従来は、エンジン回転速度の切り換えが簡単にはできないため、５０Ｈｚ地域では、５０Ｈｚ用の回転速度３０００ｒｐｍに固定されてしまい、エンジン溶接機の出力は低く制限されたままになるという不都合があった。

なお、小型のものであれば、インバータを用いて補助電源を供給するようにすれば、簡単に出力周波数が切り換えられるので１台のエンジン溶接機を５０Ｈｚ地域と６０Ｈｚ地域とで共用でき、５０Ｈｚ地域でも高い溶接出力が可能になるが、大容量のエンジン溶接機では、インバータを用いることはコスト的な理由により現実的でない。

そこで、そのような不都合を回避するため、例えば特許文献１に示されるように、発電機駆動用のエンジンの側面に装備するガバナーハンドル機構に５０Ｈｚ調整機構と６０Ｈｚ調整機構を設けることにより、簡単に周波数切換ができるようにしたエンジン溶接機が提案されている。そのようにすれば、５０Ｈｚ地域でも、補助電源を使用していないときは、６０Ｈｚ運転に切り換えることにより高い溶接出力が可能になる。
実開平６−６０７４３号公報

しかしながら、上記従来のエンジン溶接機でも、５０Ｈｚ地域では、最大電流で溶接したいときは機械の傍まで行ってサイドドアを開け、周波数切換ハンドルを操作して周波数を再設定しなければならず、煩雑であるという問題点があった。

また、振動体であるエンジンの側面にこのような複雑な機構を装備することは、エンジン振動による各部のネジの緩みや接触部の摩耗を引き起こし易く、長時間の内には不具合が発生しやすいという問題点もあった。

本発明は、そのような問題点に鑑み、補助電源の出力周波数が５０Ｈｚに設定されている場合でも、オペレータが何ら操作をすることなく、最大の溶接電流を効率よく出力できるようにすることを目的とするものである。

前記課題を解決するため、本願の請求項１にかかる発明は、エンジンによって駆動される交流発電機を有し、該発電機の交流出力を直流に変換して溶接出力を導出するとともに、前記発電機の交流出力の一部を補助電源として導出するようにしたエンジン溶接機であって、前記補助電源の負荷の有無を検出する交流負荷判別手段を備え、該交流負荷判別手段が補助電源の負荷が有ることを検出したときは、前記エンジンを所定の回転速度に固定して運転し、前記交流負荷判別手段が補助電源の負荷が無いことを検出したときは、前記エンジンの回転速度を可変にして最大溶接電流が出力できるようにしたことを特徴とする。

また、本願の請求項２にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、それぞれの溶接電流の大きさに対応させて最適なエンジン回転速度を設定したエンジン回転速度設定手段と、必要な溶接電流を設定する溶接電流設定手段とを備え、補助電源の負荷が無いとき、前記エンジン回転速度設定手段と、前記溶接電流設定手段の設定内容に基づいてエンジン回転速度を制御するようにしたことを特徴とする。

また、本願の請求項３にかかる発明は、請求項１又は２にかかる発明において、補助電源のそれぞれの出力周波数に対応させて異なる出力電圧を設定し、補助電源の負荷があるとき、その時の出力周波数に対応した電圧で出力するようにしたことを特徴とする。

本発明のエンジン溶接機は、次のような効果を奏する。
すなわち、請求項１にかかる発明においては、補助電源の負荷が有るときは、エンジンを所定の回転速度に固定して運転し、補助電源の負荷が無いときは、エンジン回転速度を可変にして最大溶接電流が出力できるようにした。その結果、補助電源の出力周波数が５０Ｈｚに設定されている場合でも、オペレータが何ら操作をすることなく、より大きな溶接電流を確保できるようになる。

また、請求項２にかかる発明においては、請求項１にかかるエンジン溶接機において、それぞれの溶接電流の大きさに対応させて最適なエンジン回転速度を設定したエンジン回転速度設定手段と、必要な溶接電流を設定する溶接電流設定手段とを備え、補助電源の負荷が無いとき、エンジン回転速度設定手段と、溶接電流設定手段の設定内容に基づいてエンジン回転速度を制御するようにした。その結果、最小から最大の溶接電流を、それぞれ最適なエンジン回転速度で運転できるので、効率よく出力できるようになる。

また、請求項３にかかる発明においては、請求項１又は２にかかるエンジン溶接機において、補助電源のそれぞれの出力周波数に対応させて異なる出力電圧を設定し、補助電源の負荷があるとき、その時の出力周波数に対応した電圧で交流出力を行うようにした。その結果、出力周波数に応じて最適な電圧で補助電源の電力供給ができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例に係るエンジン溶接機のシステムブロック図である。図１において、１はエンジン、２は発電機、３は自動電圧調整器、４は整流器、５はインバータ、６は高周波トランス、７は直流リアクタ、８は過電流継電器、９は遮断器である。

発電機２は、通常の交流発電機であり、ディーゼルエンジン，ガソリンエンジン等のエンジン１により駆動され、その出力電圧は自動電圧調整器３により一定に保たれる。発電機２の交流出力は、整流器４で整流された後、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)等よりなるＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御インバータ５によって高周波の交流に逆変換され、高周波トランス６によって必要な電圧に変圧されてから、再び直流に変換され、直流リアクタ７によって平滑化された後、溶接出力端子から溶接電源として供給される。

また、発電機２の交流出力の一部は、過電流継電器８，遮断器９等を介し、電動工具等への補助電源として出力される。

溶接電流、エンジン回転速度の制御は、エンジン溶接機制御回路１０により行う。溶接電流の制御は、溶接電流制御回路１８によりインバータ５を制御することにより行う。溶接電流制御回路１８は、電流センサ２４を介して溶接電流ＡＤ変換器１６から得られる溶接電流と、溶接電圧ＡＤ変換器１７から得られる溶接電圧が入力され、それらの大きさと、溶接電流設定器２１で設定される目標溶接電流の設定値とに基づいて、所定の電圧で目標溶接電流になるように、インバータ５に制御信号を出力する。

エンジン回転速度の制御は、マイコンで構成されるエンジン回転速度目標値設定回路１１により行われるが、エンジン回転速度は、補助電源負荷の有無、周波数の設定、溶接設定電流の大きさに応じて決定される。エンジン回転速度設定データ１２は、それぞれの溶接電流に対応させて最適なエンジン回転速度を設定したものであり、エンジン回転速度目標値設定回路１１内のメモリ（図示せず）に保存される。

エンジン回転速度設定データの一例を図２に示す。このエンジン回転速度設定データは、エンジンが２３００〜３６００ｒｐｍの範囲内で運転される場合のもので、溶接設定電流に対してのエンジン回転速度を示している。このデータは、個々のエンジンの出力特性に応じて、溶接電流に対する最適なエンジン回転速度、すなわち、その溶接電流を流すのに十分で、かつ、大き過ぎないエンジン回転速度が設定される。データとしては、グラフの両端と折曲点のデータのみを保持し、中間点は各点間を直線的に変化するものとして計算により求めるようにしてもよいし、中間点も含めて細かく設定してもよいが、両端と折曲点のデータのみを保持する方がメモリを節約できる。

なお、図２に示すエンジン回転速度設定データでは、溶接設定電流が１４０Ａ以下の領域では、エンジン回転速度を２３００ｒｐｍに固定しているが、回転速度をそれ以下にしようとすると、エンジンの振動が大きくなって安定な運転ができなくなるためである。

交流負荷判別回路１５は、補助電源の出力回路に設けた電流センサ２３の出力を受けて、補助電源の出力の有無を判別し、その結果をエンジン回転速度目標値設定回路１１に与える。 なお、補助電源の出力回路の内、Ｕ相の出力線が電流センサ２３を逆方向に通されているが、その理由は、この電流センサ２３は、電流の正確な値を検出する必要はなく、負荷電流の有無を検出できればよいものであるが、すべての相を同方向に通すと、３相の各相電流が等しい時、電流センサ２３の出力が０になってしまい、負荷電流の有無を検出できなくなってしまうからである。

一方、マグネティックピックアップ等よりなる回転センサ２２によりエンジン１，発電機２の回転速度を検出し、その出力をエンジン回転速度検出回路１３に与える。そして、エンジン回転速度検出回路１３の出力をフィードバックして、エンジン回転速度目標値設定回路１１の出力との差信号をＤＣモータ駆動回路１４に与え、ＤＣモータ駆動回路１４の出力でＤＣギアドモータ３１を駆動する。ＤＣギアドモータ３１とエンジンガバナ３０とはリンク機構により結合されており、ＤＣモータ駆動回路１４によってＤＣギアドモータ３１の正転・逆転の制御がなされる。それに伴って、エンジン１の回転速度が上昇あるいは下降して、所定の回転速度に調整される。

そして、交流負荷判別回路１５が、補助電源の出力があると判定したときは、補助電源を使って電動工具等が稼働中であるということになる。そこで、エンジン回転速度目標値設定回路１１は、周波数選択スイッチ２０により、その地域に応じて選択された周波数の交流電力を出力できるように、例えば、５０Ｈｚ地域では３０００ｒｐｍ、６０Ｈｚ地域では３６００ｒｐｍというように、その周波数に対応した回転速度の信号を出力する。

すなわち、エンジン回転速度検出回路１３の出力とエンジン回転速度目標値設定回路１１の出力との差信号に基づいて、ＤＣモータ駆動回路１４がＤＣギアドモータ３１を制御し、エンジン１が、周波数選択スイッチ２０により選択された周波数に対応する回転速度になるようにする。その結果、発電機２は設定された周波数の交流電力を安定的に発電することができる。

また、一般に、発電機の出力を効率よく取り出すため、５０Ｈｚ運転時の定格電圧は２００Ｖ、６０Ｈｚ運転時の定格電圧は２２０Ｖにしている。そこで、エンジン回転速度目標値設定回路１１は自動電圧調整器３に対して、エンジン１の回転速度が３０００ｒｐｍ一定運転の時は、交流出力２００Ｖ一定の制御信号を出力し、また、３６００ｒｐｍ一定運転の時は、交流出力２２０Ｖ一定の制御信号を出力する。そのようにして、周波数に応じて最適な電圧で補助電源の電力供給ができるようにする。

一方、交流負荷判別回路１５が、補助電源の出力が無いと判別したときは、エンジン回転速度目標値設定回路１１は、電動工具等により補助電源は使用されていないことになるので、周波数は５０Ｈｚ又は６０Ｈｚに維持する必要はない。そこで、エンジン回転速度目標値設定回路１１は、溶接電流制御回路１８を介して溶接電流設定器２１により設定された溶接電流を取得し、その溶接電流に対応する回転速度をエンジン回転速度設定データ１２から取得して、設定された溶接電流に最適な回転速度になるようにする。

次に、図３のフローチャートを参照しながら本発明のエンジン溶接機におけるエンジン回転速度目標値設定回路の制御を説明する。

まず、周波数選択スイッチ２０において５０Ｈｚ，６０Ｈｚのどちらが選択されているかを判別し（ステップＳ１）、５０Ｈｚが選択されていれば、交流負荷判別回路１５の出力に基づいて補助電源から出力される交流電流検出の有無を判別する（ステップＳ２）。その結果、補助電源から出力される交流電流の検出があれば、５０Ｈｚに対応する回転速度である３０００ｒｐｍの信号を出力する（ステップＳ３）。

一方、ステップＳ１で、６０Ｈｚが選択されていれば、交流負荷判別回路１５の出力に基づいて補助電源から出力される交流電流検出の有無を判別する（ステップＳ４）。その結果、補助電源から出力される交流電流の検出があれば、６０Ｈｚに対応する回転速度である３６００ｒｐｍの信号を出力する（ステップＳ５）。

ステップＳ２又はステップＳ４で、補助電源から出力される交流電流の検出がなければ、溶接電流制御回路１８を介して、溶接電流設定器２１で設定されている溶接電流を読み取り（ステップＳ６）、その値が１４０Ａを超えているか否かを判別する（ステップＳ７）。その結果、１４０Ａを超えていなければ、エンジンを安定的に運転できる最低限度の回転速度である２３００ｒｐｍの信号を出力する（ステップＳ８）。

一方、ステップＳ７で、１４０Ａを超えていれば、ステップＳ６で読み取った溶接電流に対応する回転速度をエンジン回転速度設定データ１２から取得して、その信号を出力する。すなわち、２３００〜３６００ｒｐｍの範囲内で、設定された溶接電流に最適な回転速度になるように可変制御を行う（ステップＳ９）。

このように、本発明のエンジン溶接機では、エンジン回転速度は、２３００ｒｐｍ，３０００ｒｐｍ，３６００ｒｐｍの一定回転と、２３００〜３６００ｒｐｍの可変回転の４種類の運転パターンをとることになる。ここで、補助電源の周波数設定がたとえ５０Ｈｚであっても、交流負荷がない条件のもとでは２３００〜３６００ｒｐｍの可変回転制御を行うため、最大溶接出力３２０Ａが可能になる。

本発明の一実施例に係るエンジン溶接機のシステムブロック図である。 エンジン回転速度設定データの一例を示すグラフである。 エンジン回転速度目標値設定回路の制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１…エンジン
２…発電機
３…自動電圧調整器
４…整流器
５…インバータ
６…高周波トランス
７…直流リアクタ
８…過電流継電器
９…遮断器
２２…回転センサ
２３，２４…電流センサ

Claims (3)

1. エンジンによって駆動される交流発電機を有し、該発電機の交流出力を直流に変換して溶接出力を導出するとともに、前記発電機の交流出力の一部を補助電源として導出するようにしたエンジン溶接機であって、
   前記補助電源の負荷の有無を検出する交流負荷判別手段を備え、該交流負荷判別手段が補助電源の負荷が有ることを検出したときは、前記エンジンを所定の回転速度に固定して運転し、前記交流負荷判別手段が補助電源の負荷が無いことを検出したときは、前記エンジンの回転速度を可変にして最大溶接電流が出力できるようにしたことを特徴とするエンジン溶接機。
2. それぞれの溶接電流の大きさに対応させて最適なエンジン回転速度を設定したエンジン回転速度設定手段と、必要な溶接電流を設定する溶接電流設定手段とを備え、補助電源の負荷が無いとき、前記エンジン回転速度設定手段と、前記溶接電流設定手段の設定内容に基づいてエンジン回転速度を制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のエンジン溶接機。
3. 補助電源のそれぞれの出力周波数に対応させて異なる出力電圧を設定し、補助電源の負荷があるとき、その時の出力周波数に対応した電圧で出力するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン溶接機。

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