JP2016209913A - 溶接電源装置、および、溶接システム - Google Patents

Abstract

【課題】補助トランスの容量を小さくすることができる溶接電源装置を提供する。
【解決手段】サイリスタ位相制御を行う溶接電源装置の電源部１１において、主トランス１１１と、主トランス１１１の第１の二次側巻線の出力を入力されるサイリスタ回路１１２と、補助トランス１１３と、主トランス１１１の第２の二次側巻線の出力電力を出力する第１の状態と、補助トランス１１３の二次側巻線の出力電力を出力する第２の状態とを切り替える切替回路１１４とを備えるようにした。切替回路１１４の出力電力が、電力伝送線５１，５２を介して、ワイヤ送給装置に供給される。大電力が必要なときには、切替回路１１４を第１の状態に切り替え、大電力が必要ないときには、切替回路１１４を第２の状態に切り替える。第２の状態のときに使用される補助トランス１１３は、大きな電力を出力する必要がないので、容量の小さなトランスを用いることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶接電源装置、および、溶接システムに関する。

消耗電極式の溶接システムは、溶接電源装置と、溶接個所の変更に伴って溶接作業者が持ち運びするワイヤ送給装置とを備えている。溶接電源装置として、サイリスタ位相制御型の溶接電源装置が、従来からよく使われている。例えば、特許文献１には、サイリスタ位相制御型の溶接電源装置が記載されている。

サイリスタ位相制御型の溶接電源装置には、サイリスタの上流側に三相トランスが接続されている。当該三相トランスの励磁電流による電力損失を抑制するために、三相トランスの一次側には電磁接触器が直列接続されており、溶接待機時には電磁接触器によって開路されて、三相トランスに励磁電流が流れないようになっている。この場合、溶接電源装置からワイヤ送給装置に電力が供給されない。しかし、溶接待機時でも、ワイヤ送給装置は、通信や内部制御のために電力を必要とする。溶接待機時にワイヤ送給装置に電力を供給するために、サイリスタに電力を供給するためのトランスとは別に補助トランスを設けて、ワイヤ送給装置に電力を供給する方法がある。例えば、特許文献２には、溶接待機時に、補助トランスが出力する電力をワイヤ送給装置に供給する溶接電源装置が記載されている。

特開２００６−２２３０３１号公報 特許第４７３９６２１号公報

溶接待機時でも、インチングのために送給モータを駆動したり、ガスチェックのためにガス電磁弁を開閉したりする必要があるので、補助トランスは、これらに必要な電力を供給できるものである必要がある。例えば、送給モータの駆動には１５０［Ｗ］程度の電力が必要になるので、補助トランスは、他の回路に供給する分も含めて、２００［Ｗ］程度の電力を供給できるものが必要になる。このようなトランスは、大きくて重く、高価である。

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、補助トランスの容量を小さくすることができる溶接電源装置を提供することをその目的としている。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面によって提供される溶接電源装置は、サイリスタ位相制御を行う溶接電源装置であって、入力される交流電圧を変圧する第１のトランスと、前記第１のトランスの第１の二次側巻線の出力を入力されるサイリスタ回路と、前記交流電圧を変圧する第２のトランスと、前記第１のトランスの第２の二次側巻線の出力電力を出力する第１の状態と、前記第２のトランスの二次側巻線の出力電力を出力する第２の状態とを切り替える切替手段とを備えており、前記切替手段の出力電力が、電力伝送線を介して、ワイヤ送給装置に供給されることを特徴とする。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記溶接電源装置は、前記切替手段の出力を整流する整流手段をさらに備え、前記整流手段が出力する直流電力を、ワイヤ送給装置に供給する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１のトランスの入力側に設けられており、前記切替手段によって第１の状態に切り替えられている間は閉路し、前記切替手段によって第２の状態に切り替えられている間は開路するスイッチ手段を、前記溶接電源装置が、さらに備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記切替手段によって第１の状態に切り替えられている間は前記交流電圧が前記第１のトランスに入力され、前記切替手段によって第２の状態に切り替えられている間は前記交流電圧が前記第２のトランスに入力されるように切り替えを行うスイッチ手段を、前記溶接電源装置が、さらに備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記切替手段は、溶接時に第１の状態に切り替える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記切替手段は、ワイヤインチング時に第１の状態に切り替える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記切替手段は、ガスチェック時に第１の状態に切り替える。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記溶接電源装置は、前記ワイヤ送給装置との間で、前記電力伝送線を介して通信を行う。

本発明の第２の側面によって提供される溶接システムは、本発明の第１の側面によって提供される溶接電源装置と、前記ワイヤ送給装置とを備えていることを特徴とする。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記溶接システムは、前記溶接電源装置および前記ワイヤ送給装置を通って、溶接トーチにシールドガスを供給するガス配管をさらに備え、前記電力伝送線は、前記ガス配管の内側に配置されている。

本発明によると、切替手段によって、第１のトランスの第２の二次側巻線の出力電力がワイヤ送給装置に供給される状態（第１の状態）と、第２のトランスの二次側巻線の出力電力がワイヤ送給装置に供給される状態（第２の状態）とが切り替えられる。したがって、ワイヤ送給装置が必要とする電力が大きい場合に第１の状態に切り替え、ワイヤ送給装置が必要とする電力が小さい場合に第２の状態に切り替えるようにすれば、第２のトランスは容量の小さいものを用いることができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

第１実施形態に係る溶接システムの全体構成を説明するための図である。 ガス配管を説明するための断面図である。 溶接電源装置の電源部の内部構成を機能ブロックで示した図である。 溶接電源装置の電源部の回路図の一例である。 溶接電源装置の制御部が行う切替処理を説明するためのフローチャートである。 溶接電源装置の電源部の変形例を示す回路図である。 溶接電源装置の電源部の他の変形例を示す回路図である。 溶接電源装置の電源部の他の変形例を示す回路図である。 第１実施形態に係る溶接システムの変形例を示す回路図である。 第２および第３実施形態に係る溶接システムの全体構成を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜５は、第１実施形態に係る溶接システムＡ１を説明するための図である。図１は、溶接システムＡ１の全体構成を示すものである。図２は、ガス配管を説明するための断面図である。図３は、溶接電源装置の電源部の内部構成を機能ブロックで示した図である。図４は、溶接電源装置の電源部の回路図の一例である。図５は、溶接電源装置の制御部が行う切替処理を説明するためのフローチャートである。

溶接システムＡ１は、溶接電源装置１、ワイヤ送給装置２、溶接トーチ３、パワーケーブル４１,４２、電力伝送線５１，５２，５２’、ガスボンベ６、および、ガス配管７を備えている。溶接システムＡ１は、実際には、ワイヤ電極が巻回されたワイヤリールなどを備えているが、図への記載や説明を省略している。

溶接電源装置１の溶接電力用の一方の出力端子ａは、パワーケーブル４１を介して、ワイヤ送給装置２に接続されている。ワイヤ送給装置２は、ワイヤ電極を溶接トーチ３に送り出して、ワイヤ電極の先端を溶接トーチ３の先端から突出させる。溶接トーチ３の先端に配置されているコンタクトチップにおいて、パワーケーブル４１とワイヤ電極とは電気的に接続されている。溶接電源装置１の溶接電力用の他方の出力端子ｂは、パワーケーブル４２を介して、被加工物Ｗに接続される。溶接電源装置１は、溶接トーチ３の先端から突出するワイヤ電極の先端と、被加工物Ｗとの間にアークを発生させ、アークに電力を供給する。溶接システムＡ１は、当該アークの熱で被加工物Ｗの溶接を行う。

溶接システムＡ１は、溶接時にシールドガスを用いる。ガスボンベ６のシールドガスは、溶接電源装置１およびワイヤ送給装置２を通るように設けられているガス配管７によって、溶接トーチ３の先端に供給される。ガス配管７は、ガスボンベ６と溶接電源装置１とを接続する配管、溶接電源装置１の内部に配置されている配管、溶接電源装置１とワイヤ送給装置２とを接続する配管、および、ワイヤ送給装置２の内部に配置され溶接トーチ３の先端に接続する配管を備えている。図２は、ガス配管７のうち、溶接電源装置１とワイヤ送給装置２とを接続する配管が、溶接電源装置１の内部に配置されている配管に接続された接続金具１ａ、および、ワイヤ送給装置２の内部に配置されている配管に接続された接続金具２ａに接続されている部分の断面図である。例えばゴム製のガス配管７は、接続金具１ａ（２ａ）に嵌め込むようにして、接続されている。なお、ガス配管７の素材は限定されず、各区間によって異なっていてもよいが、溶接電源装置１とワイヤ送給装置２とを接続する部分は、ゴムなどの絶縁体としている。

ワイヤ電極を送り出すための送給モータ２４（後述）などを駆動するための電力は、電力伝送線５１およびパワーケーブル４１を介して、溶接電源装置１からワイヤ送給装置２に供給される。溶接電源装置１の電源（後述する電源部１１）は、溶接用の電力を出力し、かつ、ワイヤ送給装置２の駆動用の電力も出力する。電源部１１は、２つの出力端子からなる出力端子対を２対備えている。一方の出力端子対は、溶接電力用であり、出力端子aおよび出力端子ｂに接続している。他方の出力端子対は、ワイヤ送給装置２の駆動用である。当該出力端子対の一方の出力端子は、電力伝送線５１を介して、ワイヤ送給装置２の電源（後述する電源部２１）の一方の入力端子に接続されている。

電力伝送線５１は、溶接電源装置１とワイヤ送給装置２との間では、ガス配管７の内側に配置されている。図２に示すように、溶接電源装置１の内部で、電力伝送線５１は導電性の接続金具１ａに接続しており、ワイヤ送給装置２の内部で、電力伝送線５１は導電性の接続金具２ａに接続している。そして、ガス配管７の内側に配置された電力伝送線５１が、ガス配管７と接続金具１ａ（２ａ）との間に挟まれて固定され、接続金具１ａ（２ａ）と電気的に接続されている。つまり、接続金具１ａが、溶接電源装置１の内部の電力伝送線５１と、ガス配管７の内側に配置された電力伝送線５１とを接続するコネクタとして機能し、接続金具２ａが、ワイヤ送給装置２の内部の電力伝送線５１と、ガス配管７の内側に配置された電力伝送線５１とを接続するコネクタとして機能している。

また、ワイヤ送給装置２駆動用の出力端子対の他方の出力端子とパワーケーブル４１とが、溶接電源装置１の内部で、電力伝送線５２によって接続されており、電源部２１の他方の入力端子とパワーケーブル４１とが、ワイヤ送給装置２の内部で、電力伝送線５２’によって接続されている。これにより、ワイヤ送給装置２駆動用の出力端子対の他方の出力端子と電源部２１の他方の入力端子とが、電気的に接続されている。ワイヤ送給装置２駆動用として電源部１１から出力される電力は、電力伝送線５１およびパワーケーブル４１によって、電源部２１に供給される。また、溶接電源装置１とワイヤ送給装置２とは、電力伝送線５１とパワーケーブル４１との間に信号を重畳させて通信を行う。

溶接電源装置１は、アーク溶接のための直流電力を溶接トーチ３に供給するものである。溶接電源装置１は、電源部１１、制御部１３、および、通信部１４を備えている。

電源部１１は、電力系統から入力される三相交流電力を、アーク溶接に適した直流電力と、ワイヤ送給装置２駆動用の直流電力とに、変換して出力するものである。電源部１１は、図３に示すように、主トランス１１１、サイリスタ回路１１２、補助トランス１１３、切替回路１１４、整流回路１１５、および、スイッチ回路１１６を備えている。

主トランス１１１は、電力系統から入力される三相交流電圧を降圧（または昇圧）するものであり、本実施形態では、相間リアクトル付二重星形結線の変圧器において、二次側にさらに単相交流を取り出すためのリアクトルを追加したものとしている（図４参照）。主トランス１１１は、一次側に、３個のリアクトルがΔ結線された一次側巻線１１１ａを備えており、二次側に、３個のリアクトルがＹ結線（星形結線）された二次側巻線１１１ｂ、１１１ｃを、それぞれの中性点を相間リアクトル１１１ｅを介して接続して、六相の出力としたものと、一つのリアクトルを備えた二次側巻線１１１ｄとを備えている。一次側巻線１１１ａは、スイッチ回路１１６を介して、電力系統に接続されている。二次側巻線１１１ｂ、１１１ｃは、サイリスタ回路１１２に接続されており、相間リアクトル１１１ｅに設けられたセンタータップは、パワーケーブル４２に接続されている。また、二次側巻線１１１ｄは、切替回路１１４に接続されている。

なお、主トランス１１１の回路構成は、上述したものに限定されない。二次側のサイリスタ回路１１２への出力を六相にしているのは、サイリスタ回路１１２からの出力をできるだけ平滑化するためである。例えば、より平滑化するために、出力が１２相になるようにしてもよい。また、より簡略化した回路とするために、二次側巻線１１１ｃおよび相間リアクトル１１１ｅを設けずに、出力が三相になるようにしてもよい（図６の主トランス１１１’およびサイリスタ回路１１２’参照）。また、本実施形態においては、一次側と二次側との位相のずれを利用して、ゼロクロスのタイミングを取得するために、一次側巻線１１１ａと二次側巻線１１１ｂ、１１１ｃとの結線方式をΔ−Ｙ結線としているが、Δ−Δ結線や、Ｙ−Δ結線、Ｙ−Ｙ結線などの他の結線方式としてもよい。つまり、一次側巻線１１１ａを３個のリアクトルがＹ結線されたものとしてもよいし、二次側巻線１１１ｂ、１１１ｃを３個のリアクトルがΔ結線されたものとしてもよい。主トランス１１１は、２次側の出力が、溶接用の電力を出力するものと、ワイヤ送給装置２の駆動用の電力を出力するものとの、２つがあるものであればよい。後述するように、二次側巻線１１１ｄは、ワイヤ送給装置２の溶接時などの駆動用電力（例えば２００［Ｗ］程度）を供給するものなので、当該電力を出力できるものである必要がある。

サイリスタ回路１１２は、整流を行いつつ、位相制御により電圧の調整を行うものである。本実施形態では、サイリスタ回路１１２は、６個のサイリスタを備えている（図４参照）。各サイリスタは、アノード端子が主トランス１１１の六相の出力にそれぞれ接続されており、カソード端子が互いに接続されて、平滑リアクトルを介して、パワーケーブル４１に接続されている。また、各サイリスタのゲート端子には、制御部１３から、制御のためのトリガパルスが入力される。制御部１３は、トリガパルスの位相を変化させることで、各サイリスタのターンオンのタイミングを変化させて、電源部１１が出力する溶接電圧を調整する。なお、サイリスタ回路１１２の回路構成は、上述したものに限定されない。

補助トランス１１３は、電力系統から入力される単相交流電圧を降圧（または昇圧）するものである。本実施形態では、補助トランス１１３は、一次側に一次側巻線１１３ａを備えており、二次側に２つの二次側巻線１１３ｂ、１１３ｃを備えている（図４参照）。一次側巻線１１３ａは、電力系統に接続されている。二次側巻線１１３ｂは、切替回路１１４に接続されている。二次側巻線１１３ｃの出力は、溶接電源装置１内部の各回路（制御部１３など）を駆動するための電力として用いられている。なお、補助トランス１１３の回路構成は、上述したものに限定されない。例えば、二次側巻線１１３ｃを設けずに、補助トランス１１３とは別に設けられたトランスの出力を、内部駆動用の電力として用いるようにしてもよい。補助トランス１１３は、後述するように、ワイヤ送給装置２の待機時の駆動用電力（例えば５０［Ｗ］程度）を供給するものなので、２次側の出力として当該電力を出力できるものであればよい。

切替回路１１４は、主トランス１１１からの出力と、補助トランス１１３からの出力とを切り替えて、整流回路１１５に出力するものである。本実施形態では、切替回路１１４は、２つの単極双投形スイッチを備えており、主トランス１１１の二次側巻線１１１ｄの出力が整流回路１１５に入力される第１の状態と、補助トランス１１３の二次側巻線１１３ｂの出力が整流回路１１５に入力される第２の状態とを切り替える（図４参照）。切替回路１１４は、制御部１３からの指令信号に応じて、第１の状態と第２の状態とを切り替える。なお、切替回路１１４の回路構成は、上述したものに限定されない。例えば、２つの単極双投形スイッチを設ける代わりに、１個のダイオードと１個の単極単投形スイッチとを設けるようにしてもよい（図７の切替回路１１４’参照）。また、図７の切替回路１１４’において、ダイオードに代えて、単極単投形スイッチを設けるようにしてもよい。この場合は、２個の単極単投形スイッチが同時にオンしないように制御する必要ある。切替回路１１４は、第１の状態と第２の状態とを切り替えられるものであればよい。

整流回路１１５は、切替回路１１４より入力される交流電力を直流電力に変換するものであり、例えば単相ブリッジ型全波整流回路である。なお、整流回路１１５は、これに限定されず、半波整流回路などであってもよく、交流電力を直流電力に変換するものであればよい。整流回路１１５の出力は、電力伝送線５１，５２に接続されている。

スイッチ回路１１６は、電力系統と主トランス１１１の一次側巻線１１１ａとの接続をオンオフするものであり、例えば３極３投形の電磁接触器である（図４参照）。なお、スイッチ回路１１６は、これに限定されず、電力系統と主トランス１１１の一次側巻線１１１ａとの接続をオンオフするものであればよい。スイッチ回路１１６は、制御部１３からの指令信号に応じて、オンとオフとを切り替える。

なお、切替回路１１４が第１の状態のときに、電力系統と主トランス１１１の一次側巻線１１１ａとが接続されて、切替回路１１４が第２の状態のときに、電力系統と主トランス１１１の一次側巻線１１１ａとが切り離されていればよいので、例えば、図８に示すスイッチ回路１１６’のように、３極３投形スイッチに代えて、１つの単極単投形スイッチと２つの単極双投形スイッチを設けるようにしてもよい。当該単極単投形スイッチは、電力系統の１つの相と主トランス１１１の一次側巻線１１１ａの１つの相との接続をオンオフする。また、当該２つの単極双投形スイッチは、電力系統の他の２つの相からの入力を、主トランス１１１の一次側巻線１１１ａの他の２つの相に入力する状態と、補助トランス１１３の一次側巻線１１３ａに入力する状態とで切り替える。この場合、制御部１３は、切替回路１１４を第１の状態に切り替えている間は、スイッチ回路１１６’を電力系統と主トランス１１１の一次側巻線１１１ａとが接続される状態とし、切替回路１１４を第２の状態に切り替えている間は、スイッチ回路１１６’を電力系統と補助トランス１１３の一次側巻線１１３ａとが接続される状態とすればよい。

図１に戻って、電源部１１は、出力端子ａが出力端子ｂより電位が高くなるようにして、パワーケーブル４１の電位がパワーテーブル４２の電位より高くなるように、電圧を印加する。また、電源部１１は、電力伝送線５１の電位が電力伝送線５２の電位より低くなるように、電圧を印加する。電力伝送線５２はパワーケーブル４１に接続しているので、電力伝送線５１の電位は、パワーケーブル４１の電位より低くなる。つまり、電力伝送線５１およびパワーケーブル４２の電位をどちらもパワーケーブル４１より低くすることで、電力伝送線５１とパワーケーブル４２との電位差があまり大きくならないようにしている。例えば、電源部１１がパワーケーブル４１，４２に印加する無負荷電圧が９０Ｖ、電力伝送線５１，５２に印加する電圧が４８Ｖの場合、電力伝送線５１とパワーケーブル４２との電位差は４２Ｖになる。仮に、電力伝送線５１の電位を電力伝送線５２の電位より高くした場合は、電力伝送線５１とパワーケーブル４２との電位差は１３８Ｖになる。なお、電力伝送線５１とパワーケーブル４２との電位差を気にしない場合は、電力伝送線５１と電力伝送線５２との間に印加する電圧を逆極性（電力伝送線５１の電位が電力伝送線５２の電位より高くなるように、電圧を印加する）にしてもよい。

制御部１３は、溶接電源装置１の制御を行うものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御部１３は、溶接電源装置１から出力される溶接電圧および溶接電流が設定電圧および設定電流になるように、電源部１１のサイリスタ回路１１２を制御する。制御部１３は、図示しない設定ボタンの操作に応じて溶接条件の変更を行ったり、図示しない起動ボタンの操作に応じて電源部１１を起動させたりなどの制御を行う。また、制御部１３は、図示しないセンサによって検出された溶接電圧や溶接電流の検出値を図示しない表示部に表示させたり、異常が発生した場合に図示しない報知部に報知させたりする。

また、制御部１３は、通信部１４から入力される信号に基づいても、溶接条件の変更や電源部１１の起動を行い、検出された溶接電圧または溶接電流の検出値や、異常発生を示す信号、ワイヤ送給装置２に対するワイヤ送給指令やガス供給指令などのための信号を通信部１４に出力する。

さらに、制御部１３は、電源部１１の切替回路１１４およびスイッチ回路１１６の切り替えのための切替処理を行う。切替処理の詳細については後述する。

通信部１４は、電力伝送線５１およびパワーケーブル４１を介して、ワイヤ送給装置２との間で通信を行うためのものである。通信部１４は、ワイヤ送給装置２から受信した信号を復調して、制御部１３に出力する。ワイヤ送給装置２から受信する信号には、例えば、溶接条件を設定するための信号や、電源部１１に溶接用の電力の供給を開始させる起動信号、インチングを指示する信号、ガスチェックを指示する信号などがある。また、通信部１４は、制御部１３から入力される信号を変調して、通信信号としてワイヤ送給装置２に送信する。ワイヤ送給装置２に送信する通信信号には、例えば、検出された溶接電圧または溶接電流の検出値や、異常発生を示す信号、ワイヤ送給指令やガス供給指令などのための信号などがある。なお、ワイヤ送給装置２との間で送受信される通信信号は、上記したものに限定されない。

通信部１４は、直接スペクトル拡散（Direct Sequence Spread Spectrum:DSSS）通信方式を用いて通信を行う。直接スペクトル拡散通信方式では、送信側は、送信する信号に対して拡散符号による演算を行い、元の信号のスペクトルをより広い帯域に拡散して送信する。受信側は、受信した信号を共通する拡散符号を用いて逆拡散することで、元の信号に戻す。通信信号にノイズが重畳された場合でも、逆拡散によってノイズのスペクトルが拡散されるので、フィルタリングによって元の通信信号を抽出することができる。また、溶接システムＡ１毎に異なる拡散符号を用いていれば、別の溶接システムＡ１で送受信される通信信号を誤って受信したとしても、当該通信信号は異なる拡散符号で逆拡散されて、ノイズとして除去される。したがって、高い通信品質で通信を行うことができる。

通信部１４は、結合回路を備えている。当該結合回路は、通信部１４の入出力端に接続されたコイルと、電力伝送線５１，５２に並列接続されたコイルとを磁気結合させた高周波トランスを備えており、通信部１４が出力する通信信号を電力伝送線５１，５２に重畳し、また、電力伝送線５１，５２に重畳された通信信号を検出する。電力伝送線５２は、溶接電源装置１の内部で、パワーケーブル４１に接続しているので、通信信号は、電力伝送線５１とパワーケーブル４１との間に重畳される。通信部１４は、制御部１３より入力される信号に応じてキャリア信号をＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調し、変調信号にスペクトル拡散を行い、アナログ信号に変換して送信する。なお、変調方法はＢＰＳＫ変調に限られず、ＡＳＫ変調やＦＳＫ変調を行うようにしてもよい。また、スペクトル拡散は直接拡散方式に限られず、周波数ホッピング方式を用いてもよい。なお、本実施形態では、スペクトル拡散を行っているが、これに限定されず、スペクトル拡散を行わないようにしてもよい。また、通信部１４は、電力伝送線５１，５２に重畳された通信信号を検出し、デジタル信号に変換して、逆拡散およびフィルタリングを行い、復調を行って、制御部１３に出力する。溶接電源装置１からワイヤ送給装置２に送信する信号と、ワイヤ送給装置２から溶接電源装置１に送信する信号とでは、時間をずらして送受信を行う。なお、異なる周波数帯域を利用するようにしてもよい。

ワイヤ送給装置２は、ワイヤ電極を溶接トーチ３に送り出すものである。また、ワイヤ送給装置２は、ガスボンベ６のシールドガスを溶接トーチ３の先端に供給する。ワイヤ送給装置２は、電源部２１、制御部２２、通信部２３、送給モータ２４、および、ガス電磁弁２５を備えている。

電源部２１は、制御部２２、送給モータ２４およびガス電磁弁２５に電力を供給するものである。電源部２１は、電力伝送線５１，５２’を介して溶接電源装置１から電力を供給され、制御部２２、送給モータ２４およびガス電磁弁２５のそれぞれに適した電圧に変換を行って出力する。電源部２１は、溶接電源装置１から供給される電力を蓄積するコンデンサ、コンデンサから電力伝送線５１，５２’に電流が逆流するのを防ぐためのダイオード、制御部２２、送給モータ２４およびガス電磁弁２５に出力する電圧を調整するためのＤＣ／ＤＣコンバータを備えている。なお、電源部２１の構成は、上記したものに限定されない。

制御部２２は、ワイヤ送給装置２の制御を行うものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御部２２は、溶接トーチ３に設けられている図示しないトーチスイッチより入力される起動のための操作信号に応じて、溶接電源装置１の電源部１１に溶接用の電力の供給を開始させる起動信号を通信部２３に出力する。また、図示しない操作部より入力される溶接条件を変更するための操作信号に応じて、図示しない記憶部に記憶されている溶接条件を変更する。また、操作部には、インチングを行うための操作ボタンと、ガスチェックを行うための操作ボタンとが設けられている。制御部２２は、操作部より入力される、インチングを行うための操作信号に応じて、インチングを指示する信号を通信部２３に出力する。また、制御部２２は、操作部より入力される、ガスチェックを行うための操作信号に応じて、ガスチェックを指示する信号を通信部２３に出力する。なお、操作部は、ワイヤ送給装置２の本体に設けられていてもよいし、本体と無線接続または有線接続されたリモコンに設けられていてもよい。

また、制御部２２は、通信部２３より入力される溶接電圧または溶接電流の検出値を、図示しない表示部に出力して表示させたり、通信部２３より入力される異常発生を示す信号に基づいて、図示しない報知部に異常の報知（例えば、スピーカによる警告音や振動による報知）をさせたりする。また、制御部２２は、通信部２３からワイヤ送給指令を入力されている間、送給モータ２４にワイヤ電極の送給を行わせて、溶接トーチ３にワイヤ電極を送り出す。また、通信部２３からガス供給指令を入力されている間、ガス電磁弁２５を開放して、ガスボンベ６のシールドガスを溶接トーチ３の先端から放出させる。

通信部２３は、電力伝送線５１およびパワーケーブル４１を介して、溶接電源装置１との間で通信を行うためのものである。通信部２３は、溶接電源装置１から受信した通信信号を復調して、制御部２２に出力する。溶接電源装置１から受信する通信信号には、例えば、溶接電源装置１においてセンサで検出された溶接電圧または溶接電流の検出値や、異常発生を示す信号、ワイヤ送給指令やガス供給指令などのための信号などがある。また、通信部２３は、制御部２２から入力される信号を変調して、通信信号として溶接電源装置１に送信する。溶接電源装置１に送信する通信信号には、例えば、溶接条件を設定するための信号や、電源部１１に溶接用の電力の供給を開始させる起動信号、インチングを指示する信号、ガスチェックを指示する信号などがある。なお、溶接電源装置１との間で送受信される通信信号は、上記したものに限定されない。通信部２３も、通信部１４と同様に、直接スペクトル拡散通信方式を用いて通信を行う。

通信部２３は、結合回路を備えている。当該結合回路は、電力伝送線５１，５２’に並列接続されたコイルと通信部２３の入出力端に接続されたコイルとを磁気結合させた高周波トランスを備えており、通信部２３が出力する通信信号を電力伝送線５１，５２’に重畳し、また、電力伝送線５１，５２’に重畳された通信信号を検出する。電力伝送線５２’は、ワイヤ送給装置２の内部で、パワーケーブル４１に接続しているので、通信信号は、電力伝送線５１とパワーケーブル４１との間に重畳される。

送給モータ２４は、溶接トーチ３にワイヤ電極の送給を行うものである。送給モータ２４は、制御部２２からのワイヤ送給指令に基づいて回転し、送給ローラを回転させて、ワイヤ電極を溶接トーチ３に送り出す。

ガス電磁弁２５は、ガスボンベ６と溶接トーチ３とを接続するガス配管７に設けられており、制御部２２からのガス供給指令に基づいて開閉される。制御部２２からガス供給指令が入力されている間、ガス電磁弁２５は開放され、溶接トーチ３へシールドガスの供給が行われる。一方、制御部２２からガス供給指令が入力されていないときは、ガス電磁弁２５は閉鎖され、溶接トーチ３へのシールドガスの供給が停止される。

次に、溶接電源装置１の制御部１３が行う切替処理について説明する。

切替処理は、ワイヤ送給装置２の駆動用の電力を、主トランス１１１から出力する第１の状態と、補助トランス１１３から出力する第２の状態とを切り替える処理である。制御部１３は、通常時（待機時）には、第２の状態を維持し、溶接時、インチング時およびガスチェック時に、第１の状態に切り替える。

溶接時には、送給モータ２４およびガス電磁弁２５を駆動させる必要がある。また、インチング時には、送給モータ２４を駆動させる必要があり、ガスチェック時には、ガス電磁弁２５を駆動させる必要がある。これらの場合、電源部２１には、２００［Ｗ］程度の電力が供給される必要がある。したがって、制御部１３は、第１の状態に切り替えて、大電力を供給できる主トランス１１１に駆動用の電力を供給させる。具体的には、制御部１３は、切替回路１１４に指令信号を出力して、主トランス１１１の二次側巻線１１１ｄの出力が整流回路１１５に入力される状態に切り替えさせ、スイッチ回路１１６に指令信号を出力して、電力系統と主トランス１１１の一次側巻線１１１ａとを接続させる。これにより、電力系統より入力される三相交流電力が、主トランス１１１を介して、整流回路１１５に入力され、整流された直流電力が、ワイヤ送給装置２の電源部２１に供給される。

一方、待機時には、送給モータ２４およびガス電磁弁２５を駆動させないので、電源部２１には、制御部２２を駆動するための５０［Ｗ］程度の電力が供給されればよい。したがって、制御部１３は、第２の状態に切り替えて、容量の小さい補助トランス１１３に駆動用の電力を供給させる。具体的には、制御部１３は、切替回路１１４に指令信号を出力して、補助トランス１１３の二次側巻線１１３ｂの出力が整流回路１１５に入力される状態に切り替えさせ、スイッチ回路１１６に指令信号を出力して、電力系統と主トランス１１１の一次側巻線１１１ａとの接続を切り離させる。これにより、電力系統より入力される交流電力が、補助トランス１１３を介して、整流回路１１５に入力され、整流された直流電力が、ワイヤ送給装置２の電源部２１に供給される。また、電力系統と主トランス１１１とが切り離されるので、主トランス１１１に励磁電流が流れず、励磁電流による電力損失を抑制することができる。

制御部１３は、通信部１４より、起動信号、インチングを指示する信号、または、ガスチェックを指示する信号が入力された時に、第２の状態から第１の状態に切り替え、これらの信号が入力されなくなった時に、第１の状態から第２の状態に切り替える。

図５は、制御部１３が行う切替処理を説明するためのフローチャートである。当該切替処理は、溶接電源装置１が起動された時に開始される。切替処理の開始時は、第２の状態、すなわち、電力系統と主トランス１１１の一次側巻線１１１ａとの接続が切り離されて、ワイヤ送給装置２の駆動用の電力が補助トランス１１３から供給されている状態になっている。

まず、制御部１３は、インチングを指示する信号が入力されたか否かを判別する（Ｓ１）。入力された場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、制御部１３は、切替回路１１４およびスイッチ回路１１６に指令信号を出力して、第１の状態への切り替えを行う（Ｓ４）。そして、制御部１３は、通信部１４に、ワイヤ送給指令を出力させる。これにより、ワイヤ送給装置２において送給モータ２４が回転し、溶接トーチ３へワイヤ電極の送り出し（インチング）が行われる。次に、インチングを指示する信号の入力が完了したか否かを判別し（Ｓ５）、完了した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ワイヤ送給指令の出力を停止させ、切替回路１１４およびスイッチ回路１１６に指令信号を出力して、第２の状態への切り替えを行って（Ｓ６）、ステップＳ１に戻る。インチングを指示する信号の入力が完了するまで（すなわち、インチングを指示する信号が入力されている間）は（Ｓ５：ＮＯ）、第１の状態が維持される。

インチングを指示する信号が入力されていない場合（Ｓ１：ＮＯ）、制御部１３は、ガスチェックを指示する信号が入力されたか否かを判別する（Ｓ２）。入力された場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、切替回路１１４およびスイッチ回路１１６に指令信号を出力して、第１の状態への切り替えを行う（Ｓ４）。そして、制御部１３は、通信部１４に、ガス供給指令を出力させる。これにより、ワイヤ送給装置２においてガス電磁弁２５が開放され、溶接トーチ３へシールドガスの供給（ガスチェック）が行われる。次に、ガスチェックを指示する信号の入力が完了したか否かを判別し（Ｓ５）、完了した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ガス供給指令の出力を停止させ、切替回路１１４およびスイッチ回路１１６に指令信号を出力して、第２の状態への切り替えを行って（Ｓ６）、ステップＳ１に戻る。ガスチェックを指示する信号の入力が完了するまで（すなわち、ガスチェックを指示する信号が入力されている間）は（Ｓ５：ＮＯ）、第１の状態が維持される。

ガスチェックを指示する信号が入力されていない場合（Ｓ２：ＮＯ）、制御部１３は、起動信号が入力されたか否かを判別する（Ｓ３）。入力された場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、切替回路１１４およびスイッチ回路１１６に指令信号を出力して、第１の状態への切り替えを行う（Ｓ４）。そして、制御部１３は、サイリスタ回路１１２に制御のためのトリガパルスを入力して、溶接電力を出力させる。併せて、制御部１３は、通信部１４に、ワイヤ送給指令およびガス供給指令を出力させる。これにより、溶接が行われる。次に、起動信号の入力が完了したか否かを判別し（Ｓ５）、完了した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、トリガパルスの出力を停止し、ワイヤ送給指令およびガス供給指令の出力を停止させ、切替回路１１４およびスイッチ回路１１６に指令信号を出力して、第２の状態への切り替えを行って（Ｓ６）、ステップＳ１に戻る。起動信号の入力が完了するまで（すなわち、起動信号が入力されている間）は（Ｓ５：ＮＯ）、第１の状態が維持される。

本実施形態によると、制御部１３は、溶接時、インチング時およびガスチェック時の、大電力が必要なときには、切替回路１１４を第１の状態に切り替え、それ以外の待機時の、大電力が必要ないときには、切替回路１１４を第２の状態に切り替える。第２の状態のときに使用される補助トランス１１３は、大きな電力を出力する必要がないので、容量の小さなトランスを用いることができる。容量の小さなトランスは、容量の大きなトランスと比べて、小さくて軽量で、低価格である。したがって、溶接電源装置１を、より小さく、軽量で、低価格なものにすることができる。

また、本実施形態によると、制御部１３は、切替回路１１４を第１の状態に切り替えるときには、スイッチ回路１１６に電力系統と主トランス１１１の一次側巻線１１１ａとを接続させ、切替回路１１４を第２の状態に切り替えるときには、スイッチ回路１１６に電力系統と主トランス１１１の一次側巻線１１１ａとの接続を切り離させる。したがって、第２の状態の間は、主トランス１１１に励磁電流が流れず、励磁電流による電力損失を抑制することができる。

また、本実施形態によると、電力伝送線５１は、溶接電源装置１とワイヤ送給装置２との間では、ガス配管７の内側に配置されている。したがって、電力伝送線５１がガス配管７とは別に配置される場合と比べて、ワイヤ送給装置２を移動させる際の邪魔にならない。また、電力伝送線５１は、ガス配管７に囲まれているので、外部からの衝撃を受けにくく、電力伝送線５１が断線することを抑制することができる。また、ガス配管７を接続するための接続金具１ａ、２ａを、電力伝送線５１を接続するためのコネクタとして利用しているので、電力伝送線５１の接続が容易であり、ガス配管７に電力伝送線５１を通すための孔を設ける必要がない。

なお、本実施形態においては、ワイヤ送給装置２の操作部でインチング（ガスチェック）を行うための操作ボタンが操作された場合、インチング（ガスチェック）を行うための操作信号が溶接電源装置１に送信されて、溶接電源装置１がワイヤ送給装置２にワイヤ送給指令（ガス供給指令）を送信する場合について説明したが、これに限られない。例えば、ワイヤ送給装置２が溶接電源装置１にインチング（ガスチェック）を行うための操作信号を送り、所定のタイミングで送給モータ２４（ガス電磁弁２５）を駆動するようにしてもよい。この場合、溶接電源装置１がワイヤ送給装置２にワイヤ送給指令（ガス供給指令）を送信する必要がなくなる。

本実施形態においては、電源部１１が電源部２１に直流電力を供給する場合について説明したが、交流電力を供給するようにしてもよい。この場合、電源部１１は整流回路１１５を備えなくてもよい。一方、電源部２１には、交流電力を直流電力に変換するための整流回路を設ける必要がある。

本実施形態においては、溶接システムＡ１が消耗電極式の溶接システムである場合について説明した。非消耗電極式の溶接システムの場合、ワイヤ電極を送給するためのワイヤ送給装置は必要ないが、溶加ワイヤを自動送給するためのワイヤ送給装置を用いる場合がある。この場合は、溶接システムＡ１と同様の構成になり、本発明を適用することができる。

本実施形態においては、コイルによる磁気結合を利用して、通信部１４（２３）が通信信号を電力伝送線５１と５２（５２’）との間に重畳し、電力伝送線５１と５２（５２’）との間に重畳された通信信号を検出する場合について説明したが、これに限られない。例えば、コンデンサによる電界結合を利用するようにしてもよい。また、電力伝送線５１，５２（５２’）に並列に通信信号を入力するのではなく、電力伝送線５１または５２（５２’）に直列に通信信号を入力するようにしてもよい。

本実施形態においては、電源部１１が、電力伝送線５１およびパワーケーブル４１を介して、電源部２１に電力を供給する場合について説明したが、これに限られない。パワーケーブル４１に代えてパワーケーブル４２を用いるようにしてもよい。図９は、電源部１１が、電力伝送線５１およびパワーケーブル４２を介して、電源部２１に電力を供給するようにした場合を示している。

図９（ａ）に示す溶接システムＡ１は、パワーケーブル４２がワイヤ送給装置２の内部を通っており、電力伝送線５２および５２’が、パワーケーブル４１ではなくパワーケーブル４２に接続している点で、図１に示す溶接システムＡ１と異なる。なお、図９（ａ）においては、溶接電源装置１およびワイヤ送給装置２の内部構成の一部の記載を省略している（図９（ｂ）も同様）。また、図９（ｂ）に示すように、パワーケーブル４２をワイヤ送給装置２の内部に通さない場合は、電力伝送線５２’を被加工物Ｗに接続するようにしてもよい。

電源部１１から電源部２１への電力供給にパワーケーブル４２を用いる場合（図９参照）、パワーケーブル４１を用いる場合（図１参照）とは逆に、電力伝送線５１の電位が電力伝送線５２の電位より高くなるように、電源部１１が電圧を印加する。これにより、電力伝送線５１およびパワーケーブル４１の電位をどちらもパワーケーブル４２より高くして、電力伝送線５１とパワーケーブル４１との電位差があまり大きくならないようにしている。なお、電力伝送線５１とパワーケーブル４１との電位差を気にしない場合は、電力伝送線５１と電力伝送線５２との間に印加する電圧を逆極性にしてもよい。

上記第１実施形態においては、電力伝送線５１が、溶接電源装置１とワイヤ送給装置２との間で、ガス配管７の内側に配置されている場合について説明したが、これに限られない。例えば、溶接時にシールドガスを用いない場合などには、ガス配管７が設けられていない。電力伝送線５１がガス配管７の内側に配置されない場合について、第２実施形態として、以下に説明する。

図１０（ａ）は、第２実施形態に係る溶接システムＡ２の全体構成を説明するための図である。同図において、第１実施形態に係る溶接システムＡ１(図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。なお、図１０（ａ）においては、溶接電源装置１およびワイヤ送給装置２の内部構成の一部の記載を省略している。

図１０（ａ）に示す溶接システムＡ２は、ガスボンベ６およびガス配管７が設けられておらず、電力伝送線５１が、溶接電源装置１とワイヤ送給装置２との間でむき出しになっている点で、第１実施形態に係る溶接システムＡ１と異なる。

本実施形態の場合、ガス配管７によって保護されないので、電力伝送線５１の被覆を厚くするなどして、断線しにくいように補強する必要がある。本実施形態においても、電源部１１は第１実施形態に係る溶接電源装置１のものと同様なので、補助トランス１１３として、容量の小さなトランスを用いることができる。したがって、溶接電源装置１を、より小さく、軽量で、低価格なものにするという効果を奏することができる。

なお、ガス配管７が設けられていても、電力伝送線５１をガス配管７の内側に配置しないようにしてもよい。

上記第１および第２実施形態においては、電源部１１が、電力伝送線５１およびパワーケーブル４１（４２）を介して、電源部２１に電力を供給する場合について説明したが、これに限られない。電力伝送線５２と５２’とを直接接続して、すなわち、電源部１１と電源部２１とを２本の電力伝送線で接続して、当該２本の電力伝送線を介して、電力を供給するようにしてもよい。この場合を、第３実施形態として、以下に説明する。

図１０（ｂ）は、第３実施形態に係る溶接システムＡ３の全体構成を説明するための図である。同図において、第１実施形態に係る溶接システムＡ１(図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。なお、図１０（ｂ）においては、溶接電源装置１およびワイヤ送給装置２の内部構成の一部の記載や、ガス配管７などの記載を省略している。

図１０（ｂ）に示す溶接システムＡ３は、電源部１１と電源部２１とを２本の電力伝送線５１,５２で接続して、当該２本の電力伝送線５１,５２を介して、電源部１１から電源部２１に電力を供給する点で、第１実施形態に係る溶接システムＡ１と異なる。本実施形態においても、電源部１１は第１実施形態に係る溶接電源装置１のものと同様なので、補助トランス１１３として、容量の小さなトランスを用いることができる。したがって、溶接電源装置１を、より小さく、軽量で、低価格なものにするという効果を奏することができる。

なお、ガス配管７は、設けられていても、設けられていなくてもよい。また、ガス配管７の内側に、２本の電力伝送線５１,５２を配置するようにしてもよい。

上記第１ないし第３実施形態においては、溶接電源装置１とワイヤ送給装置２とが、電力伝送線５１とパワーケーブル４１（４２）との間に信号を重畳させて通信を行う場合について説明したが、これに限られない。例えば、溶接電源装置１とワイヤ送給装置２とが、パワーケーブル４１とパワーケーブル４２との間に信号を重畳させて通信を行うようにしてもよい。また、溶接電源装置１とワイヤ送給装置２とが、有線通信ではなく、無線通信を行うようにしてもよい。

本発明に係る溶接装置および溶接システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る溶接装置および溶接システムの具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ１，Ａ２，Ａ３ 溶接システム
１ 溶接電源装置
１１ 電源部
１１１，１１１’ 主トランス（第１のトランス）
１１１ａ 一次側巻線
１１１ｂ，１１１ｃ 二次側巻線（第１の二次側巻線）
１１１ｄ 二次側巻線（第２の二次側巻線）
１１１ｅ 相間リアクトル
１１２，１１２’ サイリスタ回路
１１３ 補助トランス（第２のトランス）
１１３ａ 一次側巻線
１１３ｂ，１１３ｃ 二次側巻線
１１４，１１４’ 切替回路
１１５ 整流回路
１１６，１１６’ スイッチ回路
１３ 制御部
１４ 通信部
１ａ 接続金具
２ ワイヤ送給装置
２１ 電源部
２２ 制御部
２３ 通信部
２４ 送給モータ
２５ ガス電磁弁
２ａ 接続金具
３ 溶接トーチ
４１，４２ パワーケーブル
５１，５２，５２’ 電力伝送線
６ ガスボンベ
７ ガス配管
Ｗ 被加工物

Claims (10)

1. サイリスタ位相制御を行う溶接電源装置であって、
   入力される交流電圧を変圧する第１のトランスと、
   前記第１のトランスの第１の二次側巻線の出力を入力されるサイリスタ回路と、
   前記交流電圧を変圧する第２のトランスと、
   前記第１のトランスの第２の二次側巻線の出力電力を出力する第１の状態と、前記第２のトランスの二次側巻線の出力電力を出力する第２の状態とを切り替える切替手段と、
   を備えており、
   前記切替手段の出力電力が、電力伝送線を介して、ワイヤ送給装置に供給される、
   ことを特徴とする溶接電源装置。
2. 前記切替手段の出力を整流する整流手段をさらに備え、
   前記整流手段が出力する直流電力を、ワイヤ送給装置に供給する、
   請求項１に記載の溶接電源装置。
3. 前記第１のトランスの入力側に設けられており、前記切替手段によって第１の状態に切り替えられている間は閉路し、前記切替手段によって第２の状態に切り替えられている間は開路するスイッチ手段をさらに備えている、
   請求項１または２に記載の溶接電源装置。
4. 前記切替手段によって第１の状態に切り替えられている間は前記交流電圧が前記第１のトランスに入力され、前記切替手段によって第２の状態に切り替えられている間は前記交流電圧が前記第２のトランスに入力されるように切り替えを行うスイッチ手段をさらに備えている、
   請求項１または２に記載の溶接電源装置。
5. 前記切替手段は、溶接時に第１の状態に切り替える、
   請求項１ないし４のいずれかに記載の溶接電源装置。
6. 前記切替手段は、ワイヤインチング時に第１の状態に切り替える、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の溶接電源装置。
7. 前記切替手段は、ガスチェック時に第１の状態に切り替える、
   請求項１ないし６のいずれかに記載の溶接電源装置。
8. 前記ワイヤ送給装置との間で、前記電力伝送線を介して通信を行う、
   請求項１ないし７のいずれかに記載の溶接電源装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の溶接電源装置と、
   前記ワイヤ送給装置と、
   を備えている、
   ことを特徴とする溶接システム。
10. 前記溶接電源装置および前記ワイヤ送給装置を通って、溶接トーチにシールドガスを供給するガス配管をさらに備え、
    前記電力伝送線は、前記ガス配管の内側に配置されている、
    請求項９に記載の溶接システム。

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