JP2023020359A - 検出装置および溶接電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物理量を検出する検出部の異常を検出できる検出装置を提供する。【解決手段】本開示の検出装置Ｄ１は、検出センサ２１、補正部２２および異常検出部４を備える。検出センサ２１は、物理量に応じた検出信号を出力する。補正部２２は、検出センサ２１から入力される検出信号の補正を行い、補正後の検出信号を出力する。異常検出部４は、検出センサ２１または補正部２２の異常を検出する。補正部２２は、検出センサ２１から入力される検出信号のオフセット調整を行うオフセット調整部２２３を備える。異常検出部４は、オフセット調整部２２３による調整可能範囲を超えてオフセット調整が必要である場合に、検出センサ２１または補正部２２の異常を検出する。【選択図】図１

Description

本開示は、検出装置および溶接電源装置に関する。

従来、溶接電源装置は、溶接電流を設定された値に保つためにフィードバック制御を行っている。特許文献１には、フィードバック制御を行う溶接電源装置の一例が開示されている。特許文献１に記載の溶接電源装置は、電流検出部により溶接電流値を検出し、検出した電流値と、設定された電流値とを比較しながら、溶接電流値が設定された電流値となるように、フィードバック制御を行っている。

特許第６４１７５４５号公報

従来の溶接電源装置において、溶接電流を検出する電流検出部には、例えばＣＴ（計器用変流器）またはホール電流検出器などが用いられている。電流検出部は、溶接電源装置の使用時間、使用環境および用途などによって、異常が生じることがある。例えば、電流検出部に内蔵される抵抗器は、硫化物質などにより腐食され、抵抗値が高くなることがある。このように、電流検出部に異常が発生すると、適正な電流値が検出されず、実際の電流値と検出値とにズレが生じる。このようなズレが生じた状態でフィードバック制御を行うと、溶接電流を設定電流に制御できない虞がある。その結果、例えば、「アークが不安定になる」、「アークが発生しない」、「溶接電極（例えば溶接ワイヤまたは溶接棒など）と被加工物とが溶着する」または「ＴＩＧ溶接において高周波電力が出力されない」などといった問題が生じる。上記のような異常によって適切な値が検出できなくなることは、溶接電源装置に用いられる電流検出部に限定されず、様々な物理量を検出する検出部において同様に発生する。

本開示は、上記事情に鑑みて考え出されたものであり、その目的は、物理量を検出する検出部の異常を検出できる検出装置および溶接電源装置を提供することにある。

本開示の第１の側面によって提供される検出装置は、物理量に応じた検出信号を出力する検出センサと、前記検出信号の補正を行い、補正後の検出信号を出力する補正部と、前記検出センサまたは前記補正部の異常を検出する異常検出部と、を備え、前記補正部は、前記検出センサから入力される検出信号のオフセット調整を行うオフセット調整部を備え、前記異常検出部は、前記オフセット調整部による調整可能範囲を超えてオフセット調整が必要である場合に、前記異常を検出する。

前記検出装置の好ましい実施の形態において、前記検出センサは、第１線路に設置され、前記第１線路に流れる電流に応じた検出信号を出力し、前記オフセット調整部は、前記補正部の出力端における検出信号の調整を行う第１調整回路を含み、前記第１調整回路は、第１ポテンショメータを含み、当該第１ポテンショメータの調整によって、前記第１線路に電流が流れていない不通電状態のときの、前記出力端における検出信号が０Ａに対応した信号となるように調整し、前記異常検出部は、前記第１調整回路による調整によっても、前記不通電状態のときの前記出力端における検出信号が０Ａに対応した信号にならない時に、前記異常を検出する。

前記検出装置の好ましい実施の形態において、前記補正部は、前記検出センサから検出信号が入力され、且つ、絶対値信号に整形された検出信号を出力する絶対値回路を含み、前記オフセット調整部は、前記絶対値回路から前記補正部の出力端までの間に電気的に介在する第２線路の基準点における前記絶対値信号に整形された検出信号を調整する第２調整回路をさらに含み、前記第２調整回路は、第２ポテンショメータを含み、当該第２ポテンショメータの調整によって、前記不通電状態のときの、前記基準点における検出信号の電圧を０Ｖに調整し、前記異常検出部は、前記第２調整回路による調整によっても、前記不通電状態のときの前記基準点における検出信号の電圧が０Ｖにならない時に、前記異常を検出する。

前記検出装置の好ましい実施の形態において、前記検出センサは、前記第１線路に流れる電流によって発生する磁界を検出して、前記検出信号としての電圧信号を出力するホール素子である。

本開示の第２の側面によって提供される溶接電源装置は、前記第１の側面によって提供される検出装置と、高周波電圧を出力するインバータ回路と、一次巻線および二次巻線を含み、且つ、前記一次巻線に前記高周波電圧が入力される変圧器と、を備え、前記二次巻線は、前記第１線路を介して溶接負荷に電流を出力する。

前記溶接電源装置の好ましい実施の形態において、前記一次巻線に入力される入力電流を検出する入力側検出部をさらに備え、前記異常検出部は、前記第１線路に電流が流れている通電状態のときの、前記入力側検出部による検出値と、前記検出装置による検出値とを用いた対比を行い、当該対比の結果に閾値以上の差がある場合に前記異常を検出する。

本開示の検出装置および溶接電源装置によれば、前記補正部は、前記検出センサから入力される検出信号のオフセット調整を行うオフセット調整部を備える。物理量を検出する検出部（検出センサまたは補正部）に異常がなければ、オフセット調整部による調整可能範囲内で、検出信号のオフセットを適切に調整できるが、前記検出部に異常があれば、オフセット調整部による調整可能範囲内では、検出信号のオフセットを適切に調整できない。従って、異常検出部は、オフセット調整部による調整可能範囲を超えてオフセット調整が必要である場合に、前記検出部（検出センサまたは補正部）の異常を検出することができる。

実施形態に係る検出装置を備える溶接電源装置を示す図である。 図１に示す溶接電源装置において、第２調整回路が行う出力側検出信号の調整例を示すグラフである。 図１に示す溶接電源装置において、第１調整回路が行う出力側検出信号の調整例を示すグラフである。 変形例に係る検出装置を備える溶接電源装置の一部を示す図である。 図４に示す溶接電源装置において、第１調整回路が行う出力側検出信号の調整例を示すグラフである。

本開示の検出装置および溶接電源装置の好ましい実施の形態について、図面を参照して、以下に説明する。

図１は、実施形態に係る検出装置Ｄ１を備える溶接電源装置Ａ１を示している。図１に示す例では、溶接電源装置Ａ１は、溶接電極Ｂと被加工物Ｗとの間にアークを発生させて、当該アークに電力を供給する。溶接電極Ｂ、被加工物Ｗおよび発生したアークを合わせたものが、溶接電源装置Ａ１の負荷なので、これらを合わせたものを「溶接負荷」という。なお、溶接電源装置Ａ１は、アーク溶接を行う溶接機に用いられるものに限定されない。

図１に示すように、溶接電源装置Ａ１は、整流平滑回路ＤＲ１、インバータ回路ＩＮＶ、変圧器ＩＮＴ、整流平滑回路ＤＲ２、入力側検出部１、出力側検出部２、制御部３、異常検出部４、および報知部５を備える。なお、これらのうち、出力側検出部２および異常検出部４によって検出装置Ｄ１が構成される。

整流平滑回路ＤＲ１は、商用電源Ｐから入力される交流電力を直流電力に変換して出力する。整流平滑回路ＤＲ１は、交流電流を整流する整流回路と、整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサとを備える。整流平滑回路ＤＲ１の構成は限定されない。

インバータ回路ＩＮＶは、例えば単相フルブリッジ型のＰＷＭ制御インバータであり、４つのスイッチング素子を備える。インバータ回路ＩＮＶは、制御部３から入力される出力制御駆動信号によってスイッチング素子をスイッチングさせることで、整流平滑回路ＤＲ１から入力される直流電力を高周波電力に変換し出力する。なお、インバータ回路ＩＮＶは、直流電力を高周波電力に変換するものであればよく、例えば２つのスイッチング素子を備えたハーフブリッジ型であってもよいし、その他の構成のインバータ回路であってもよい。

変圧器ＩＮＴは、インバータ回路ＩＮＶが出力する高周波電圧を変圧して、整流平滑回路ＤＲ２に出力する。変圧器ＩＮＴは、一次巻線Ｌ１および二次巻線Ｌ２を含む。一次巻線Ｌ１は、各入力端子に、インバータ回路ＩＮＶの各出力端子がそれぞれ接続されており、インバータ回路ＩＮＶから高周波電圧が入力される。二次巻線Ｌ２は、各出力端子に、整流平滑回路ＤＲ２の各入力端子がそれぞれ接続されており、変圧後の高周波電圧を出力する。インバータ回路ＩＮＶの出力電圧は、一次巻線Ｌ１の巻き数Ｎ１と二次巻線Ｌ２の巻き数Ｎ２との比（巻き数比）に応じて変圧されて、整流平滑回路ＤＲ２に出力される。

整流平滑回路ＤＲ２は、変圧器ＩＮＴから入力される高周波電力を直流電力に変換して出力する。整流平滑回路ＤＲ２は、高周波電流を整流する整流回路と、平滑する直流リアクトルとを備える。整流平滑回路ＤＲ２の構成は限定されない。整流平滑回路ＤＲ２は、出力端子の一方が溶接電極Ｂに接続され、出力端子の他方が被加工物Ｗに接続される。なお、溶接電源装置Ａ１が、交流溶接を行う溶接機に用いられる場合には、整流平滑回路ＤＲ２の後段に、直流－交流変換を行うインバータ回路が設けられる。

制御部３は、インバータ回路ＩＮＶを制御する。制御部３は、溶接電源装置Ａ１の出力電流をフィードバック制御する。制御部３は、溶接電源装置Ａ１の出力電流（溶接電流）の検出値と、出力電流の設定値との偏差に基づいて、ＰＷＭ制御により、インバータ回路ＩＮＶのスイッチング素子を制御するための出力制御駆動信号を生成する。制御部３は生成した出力制御駆動信号を、インバータ回路ＩＮＶに出力する。出力電流の検出値は、出力側検出部２から入力される信号（後述の補正後の出力側検出信号）に基づいて算出される。

出力側検出部２は、変圧器ＩＮＴの二次側の電流であって、溶接電源装置Ａ１の出力電流（溶接電流）を検出する。出力側検出部２は、例えばホール素子を用いた電流検出器で構成される。出力側検出部２は、図１に示すように、検出センサ２１および補正部２２を含む。

検出センサ２１は、変圧器ＩＮＴの二次巻線Ｌ２と溶接負荷との間に電気的に介在する第１線路９１に設置される。本実施形態では、第１線路９１は、整流平滑回路ＤＲ２と被加工物Ｗとを接続する。図１に示す例と異なり、検出センサ２１は、整流平滑回路ＤＲ２と溶接電極Ｂとを接続する線路に設けてもよいし、二次巻線Ｌ２と整流平滑回路ＤＲ２とを接続する線路に設けてもよい。検出センサ２１は、第１線路９１に流れる電流（出力電流）に応じた検出信号を出力する。以下では、検出センサ２１が出力する検出信号を「出力側検出信号」という。また、第１線路９１に電流が流れている状態を「通電状態」といい、反対に、第１線路９１に電流が流れていない状態を「不通電状態」という。検出センサ２１は、例えばホール素子であり、第１線路９１に流れる電流によって発生する磁界を検出して、出力側検出信号としての電圧信号を出力する。検出センサ２１は、ホール素子に限定されず、ＣＴ（計器用変流器）など他の電流センサであってもよい。検出センサ２１は、第１線路９１に電流が流れていなくても、オフセット電圧を発生させることがある。オフセット電圧は、出力側検出信号に重畳されるため、出力側検出部２による検出値に誤差を生じさせる。

補正部２２は、検出センサ２１から出力側検出信号が入力され、出力側検出信号の補正を行う。補正部２２は、補正後の出力側検出信号を制御部３および異常検出部４に出力する。補正部２２は、絶対値回路２２１、反転回路２２２およびオフセット調整部２２３を含む。

絶対値回路２２１は、検出センサ２１から出力側検出信号が入力される。絶対値回路２２１は、入力された出力側検出信号の負の電圧を正の電圧に変換した絶対値信号に整形して、当該整形後の出力側検出信号を反転回路２２２に出力する。なお、図１に示す例と異なり、補正部２２は、絶対値回路２２１の前段に、検出センサ２１から入力される出力側検出信号を増幅させる増幅回路をさらに含んでいてもよい。反転回路２２２は、絶対値回路２２１から出力側検出信号（絶対値信号に整形された信号）が入力される。反転回路２２２は、入力された出力側検出信号の正負を反転させた反転信号に整形して、当該整形後の出力側検出信号を、オフセット調整部２２３に出力する。

オフセット調整部２２３は、検出センサ２１によって生じるオフセット電圧による上記誤差がなくなるように、出力側検出信号のオフセット調整を行う。オフセット調整部２２３は、所定の調整可能範囲があり、この調整可能範囲内でオフセット調整を行う。オフセット調整部２２３は、不通電状態時において、出力側検出信号のオフセット調整を行う。この不通電状態時におけるオフセット調整を「ゼロ調整」という。例えば、オフセット調整部２２３は、溶接電源装置Ａ１の電源投入直後の溶接電流を出力していない時に、ゼロ調整を行う。オフセット調整部２２３は、溶接電源装置Ａ１の電源投入直後に追加して、不通電状態時に定期的にゼロ調整を行ってもよいし、溶接電源装置Ａ１の利用者の操作（例えば点検ボタンの押下）によりゼロ調整を行ってもよい。オフセット調整部２２３は、ゼロ調整が終了すると、ゼロ調整後の状態を維持する。これにより、出力側検出部２に異常がない場合には、検出センサ２１から入力される出力側検出信号にオフセット電圧が重畳されていても、当該出力側検出信号は、オフセット調整部２２３のオフセット調整によって、オフセット電圧による誤差がない信号に補正される。

オフセット調整部２２３は、第１調整回路２２３ａおよび第２調整回路２２３ｂを含む。本実施形態では、補正部２２は、検出センサ２１から入力される出力側検出信号を、まず第２調整回路２２３ｂによってオフセット調整を行った後、第１調整回路２２３ａによってオフセット調整することで、出力側検出信号の補正を行う。

第２調整回路２２３ｂは、図１に示す基準点Ｘにおける、出力側検出信号を調整する。図１に示すように、基準点Ｘは、絶対値回路２２１から補正部２２の出力端Ｔ１までに電気的に介在する第２線路９２上に位置する。本実施形態では、第２線路９２は、反転回路２２２と第１調整回路２２３ａとを接続する。第２調整回路２２３ｂは、図１に示すように第２ポテンショメータＰＭ２を含む。第２調整回路２２３ｂは、上記ゼロ調整において、不通電状態のときの基準点Ｘにおける出力側検出信号の電圧（以下「基準点電圧」という）が、０（ゼロ）Ｖとなるように、第２ポテンショメータＰＭ２の調整（抵抗値の変更）を行う。このとき、第２ポテンショメータＰＭ２の調整により、絶対値回路２２１の出力（絶対値信号に整形された出力側検出信号）が調整される。第２調整回路２２３ｂは、不通電状態における基準点電圧を０Ｖに調整すると、その時の第２ポテンショメータＰＭ２の調整値（抵抗値）を維持する。なお、本開示における「０（ゼロ）」は、厳密な「０（ゼロ）」に限らず、各部の分解能等を考慮して実質的に「０（ゼロ）」とみなされる範囲の値を意味する。第２ポテンショメータＰＭ２の調整は、好ましくは自動であるが、手動であってもよい。また、第２ポテンショメータＰＭ２は、デジタル式でもアナログ式であってもよい。第２調整回路２２３ｂは、所定の調整可能範囲において、基準点電圧の調整が可能である。そのため、基準点電圧が０Ｖから調整可能範囲を超えている場合、上記ゼロ調整によっても、基準点電圧を０Ｖに調整できないことがある。なお、第２調整回路２２３ｂの調整可能範囲は、第２ポテンショメータＰＭ２の抵抗値の可変範囲に対応しており、第２ポテンショメータＰＭ２の抵抗値の可変範囲が大きい場合、調整可能範囲も大きくなる（逆も同様）。

図２は、第２調整回路２２３ｂが行う出力側検出信号の調整例を示すグラフである。図２では、横軸に第１線路９１に流れる実際の出力電流をとり、縦軸に基準点電圧をとっている。図２（ａ）は、出力側検出部２に異常がない場合のグラフであり、図２（ｂ）は、出力側検出部２に異常がある場合のグラフである。図２（ａ），（ｂ）において、点線は補正前の基準点Ｘにおける出力側検出信号を示し、実線は補正後の基準点Ｘにおける出力側検出信号を示している。図２（ａ）においては、サンプルＹ１，Ｚ１ともに、第２調整回路２２３ｂの調整によって、第１線路９１に流れる出力電流が０Ａの時に、基準点電圧が０Ｖになる。一方、図２（ｂ）においては、サンプルＹ２，Ｚ２ともに、第２調整回路２２３ｂの調整によっても、第１線路９１に流れる出力電流が０Ａの時に、基準点電圧が０Ｖになっていない。従って、図２（ａ），（ｂ）から理解されるように、出力側検出部２に異常がない場合には、基準点電圧を０Ｖに調整できるが、出力側検出部２に異常がある場合、基準点電圧を０Ｖに調整できない。

第１調整回路２２３ａは、補正部２２の出力端Ｔ１における出力側検出信号の調整を行う。以下において、補正部２２の出力端Ｔ１における出力側検出信号を「出力端信号」ということがある。第１調整回路２２３ａは、図１に示すように第１ポテンショメータＰＭ１を含む。第１調整回路２２３ａは、上記ゼロ調整において、不通電状態のときの出力端信号が、０Ａに対応した信号となるように、第１ポテンショメータＰＭ１の調整（抵抗値の変更）を行う。つまり、制御部３が検出する出力電流の検出値が、０（ゼロ）Ａとなるように、出力側検出信号を調整する。第１調整回路２２３ａは、不通電状態における出力端信号を０Ａに対応した信号に調整すると、その時の第１ポテンショメータＰＭ１の調整値（抵抗値）を維持する。第１ポテンショメータＰＭ１は、デジタル式でもアナログ式であってもよい。第１調整回路２２３ａは、所定の調整可能範囲において出力側検出信号の調整が可能である。そのため、出力側検出信号が０Ａに対応した信号から調整可能範囲を超えている場合、上記ゼロ調整によっても、出力端信号を０Ａに対応した信号に調整できないことがある。なお、第１調整回路２２３ａの調整可能範囲は、第１ポテンショメータＰＭ１の抵抗値の可変範囲に対応しており、第１ポテンショメータＰＭ１の抵抗値の可変範囲が大きい場合、調整可能範囲も大きくなる（逆も同様）。

図３は、第１調整回路２２３ａが行う出力側検出信号の調整例を示すグラフである。図３では、横軸に第１線路９１に流れる実際の出力電流をとり、縦軸に制御部３が検出する出力電流の検出値（つまり出力端信号を出力電流値に変換したもの）をとっている。図３（ａ）は、出力側検出部２に異常がない場合のグラフであり、図３（ｂ）は、出力側検出部２に異常がある場合のグラフである。図３（ａ），（ｂ）において、点線は補正前の出力端信号（出力端Ｔ１における出力側検出信号）に対応した出力電流の検出値を示し、実線は補正後の出力端信号に対応した出力電流の検出値を示している。図３（ａ）においては、サンプルＹ３，Ｚ３ともに、第１調整回路２２３ａの調整によって、第１線路９１に流れる出力電流が０Ａの時に、出力電流の検出値が０Ａになる。一方、図３（ｂ）においては、サンプルＹ４，Ｚ４ともに、第１調整回路２２３ａの調整によっても、第１線路９１に流れる出力電流が０Ａの時に、出力電流の検出値が０Ａになっていない。従って、図３（ａ），（ｂ）から理解されるように、出力側検出部２に異常がない場合には、出力電流の検出値を０Ａ（つまり出力端信号を０Ａに対応した信号）に調整できるが、出力側検出部２に異常がある場合、出力電流の検出値を０Ａ（つまり、出力端信号を０Ａに対応した信号）に調整できない。

補正部２２は、通電状態において、検出センサ２１から入力される出力側検出信号を、オフセット調整部２２３のオフセット調整によって補正し、補正後の出力側検出信号を制御部３および異常検出部４に出力する。また、補正部２２は、オフセット調整部２２３によるゼロ調整後の基準点電圧および出力端信号を異常検出部４に出力する。なお、補正部２２は、上記ゼロ調整時において、基準点電圧に変化がある場合、第２調整回路２２３ｂによる調整中であると判断し、一方、基準点電圧に変化がない場合、あるいは、基準点電圧が０Ｖである場合に、第２調整回路２２３ｂによる調整が終了したと判断する。また、補正部２２は、上記ゼロ調整時において、出力端信号に変化がある場合、第１調整回路２２３ａによる調整中であると判断し、一方、出力端信号に変化がない場合、あるいは、出力端信号が０Ａに対応した信号である場合に、第１調整回路２２３ａによる調整が終了したと判断する。なお、図１に示す例と異なり、出力側検出部２は、補正部２２の後段に、Ａ／Ｄ変換器を含んでいてもよい。

入力側検出部１は、変圧器ＩＮＴの一次側の電流であって、一次巻線Ｌ１に入力される入力電流を検出する。入力側検出部１は、図１に示すように、検出センサ１１および補正部１２を含む。

検出センサ１１は、インバータ回路ＩＮＶと変圧器ＩＮＴの一次巻線Ｌ１とを接続する第３線路９３に設置される。検出センサ１１は、第３線路９３に流れる電流（入力電流）に応じた検出信号を出力する。検出センサ１１が出力する検出信号を「入力側検出信号」という。検出センサ１１は、例えばホール素子またはＣＴなどにより構成される。

補正部１２は、検出センサ１１から入力される入力側検出信号を補正し、補正後の入力側検出信号を異常検出部４に出力する。補正部１２は、補正部２２と同様に構成され、入力側検出信号のオフセット調整を行うことで、入力側検出信号の補正を行う。

異常検出部４は、出力側検出部２（検出センサ２１または補正部２２）の異常を検出する。異常検出部４は、上記ゼロ調整時に、オフセット調整部２２３の調整可能範囲を超えて、出力側検出信号のオフセット調整が必要である場合、検出センサ２１または補正部２２の異常を検出する。また、異常検出部４は、通電状態において、入力電流の検出値と出力電流の検出値とを用いた対比を行い、当該対比の結果に閾値以上の差がある場合、検出センサ２１または補正部２２の異常を検出する。具体的には、異常検出部４は、次に示す３つの判断基準によって、出力側検出部２の異常を検出する。

第１の判断基準では、異常検出部４は、不通電状態において、第２調整回路２２３ｂによる調整でも、基準点電圧が０Ｖにならない時、出力側検出部２の異常を検出する。つまり、異常検出部４は、上記ゼロ調整時において、第２調整回路２２３ｂの調整可能範囲を超えて、基準点電圧を調整する必要がある場合に、出力側検出部２の異常を検出する。具体的には、異常検出部４は、上記ゼロ調整後において、補正部２２から入力されるゼロ調整後の基準点電圧を確認し、当該基準点電圧が０Ｖでなければ、出力側検出部２の異常と判断する。本実施形態と異なる例において、ゼロ調整で基準点電圧を０Ｖに調整できなかった場合に、その旨を示す信号を、補正部２２から異常検出部４に出力するようにしておき、異常検出部４は、この調整できなかったことを示す信号が入力された時に、出力側検出部２の異常と判断してもよい。

出力側検出部２に異常がなければ、出力側検出信号のオフセット電圧が規格値内に収まるので、上記ゼロ調整における第２調整回路２２３ｂの調整によって、基準点電圧を０Ｖに調整できる。しかしながら、出力側検出部２に異常がある場合、出力側検出信号のオフセット電圧が規格値外となるので、上記ゼロ調整における第２調整回路２２３ｂの調整によっても、基準点電圧を０Ｖに調整できない。従って、異常検出部４は、不通電状態において、第２調整回路２２３ｂによる調整を行っても、基準点電圧が０Ｖにならなければ、出力側検出部２（検出センサ２１または補正部２２）に異常が発生していると検出できる。

第２の判断基準では、異常検出部４は、不通電状態において、第１調整回路２２３ａによる調整によっても、出力端信号が、０Ａに対応した信号にならない時、出力側検出部２の異常を検出する。つまり、異常検出部４は、上記ゼロ調整において、第１調整回路２２３ａの調整可能範囲を超えて、出力端信号を調整する必要がある場合に、出力側検出部２の異常を検出する。具体的には、異常検出部４は、上記ゼロ調整後において、補正部２２から入力される出力端信号を確認し、当該出力端信号が０Ａに対応した信号でなければ、出力側検出部２の異常と判断する。本実施形態と異なる例において、ゼロ調整で出力端信号を０Ａに対応した信号に調整できなかった場合に、その旨を示す信号を、補正部２２から異常検出部４に出力するようにしておき、異常検出部４は、この調整できなかったことを示す信号が入力された時に、出力側検出部２の異常と判断してもよい。

出力側検出部２に異常がなければ、出力側検出信号のオフセット電圧が規格値内に収まるので、上記ゼロ調整における第１調整回路２２３ａの調整によって、出力端信号を０Ａに対応した信号に調整できる。しかしながら、出力側検出部２に異常がある場合、出力側検出信号のオフセット電圧が規格値外となるので、上記ゼロ調整における第１調整回路２２３ａの調整によっても、出力端信号を０Ａに対応した信号に調整できない。従って、異常検出部４は、不通電状態において、第１調整回路２２３ａによる調整を行っても、出力端信号が０Ａに対応した信号にならなければ、出力側検出部２（検出センサ２１または補正部２２）に異常が発生していると検出できる。

第３の判断基準では、異常検出部４は、入力電流の検出値Ｉｉｎ（例えば０．１秒間の平均値）と一次巻線Ｌ１の巻き数Ｎ１との第１乗算値（Ｉｉｎ×Ｎ１）と、出力電流の検出値Ｉｏｕｔ（例えば０．１秒間の平均値）と二次巻線Ｌ２の巻き数Ｎ２との第２乗算値（Ｉｏｕｔ×Ｎ２）との対比を行う。そして、当該対比の結果により、第１乗算値と第２乗算値との間に、例えば（出力電流の検出値Ｉｏｕｔ×α＋β）×二次巻線Ｌ２の巻き数Ｎ２によって演算される閾値以上の差がある場合、出力側検出部２の異常を検出する。なお、αには、例えば０～１の値が代入され、βには、例えば０～２００の値が代入される。例えば、異常検出部４は、第１乗算値と第２乗算値との差の絶対値を算出し、当該算出した値が、上記閾値以上であれば、出力側検出部２の異常を検出する。入力電流の検出値は、入力側検出部１から入力される入力側検出信号に基づいて算出され、出力電流の検出値は、出力側検出部２から入力される出力側検出信号に基づいて算出される。また、巻き数Ｎ１および巻き数Ｎ２の情報は、異常検出部４に予め設定されている。変圧器ＩＮＴは、一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２との巻き数比に応じて変圧を行うので、出力側検出部２に異常がなければ、上記第１乗算値と上記第２乗算値とは略同じ値となる（Ｉｉｎ×Ｎ１≒Ｉｏｕｔ×Ｎ２）。しかしながら、出力側検出部２に異常がある場合、上記第１乗算値と上記第２乗算値とに上記閾値以上の差が生じる。従って、異常検出部４は、入力電流の検出値と出力電流の検出値とを用いた対比によって、閾値以上の差がある場合に、出力側検出部２（検出センサ２１または補正部２２）に異常が発生していると検出できる。

異常検出部４は、上記第１の判断基準および上記第２の判断基準による異常検出を、オフセット調整部２２３によるゼロ調整が終了した時に行う。本実施形態では、上記第１の判断基準および上記第２の判断基準による異常検出は、例えば、溶接電源装置Ａ１の電源投入直後のゼロ調整後に行われる。なお、上記第１の判断基準および上記第２の判断基準による異常検出は、オフセット調整部２２３によるゼロ調整が終了したタイミングに合わせて行われればよく、不通電状態時に定期的に行われるゼロ調整後であってもよいし、溶接電源装置Ａ１の利用者の操作（例えば点検ボタンの押下）により行われるゼロ調整後であってもよい。また、異常検出部４は、上記第３の判断基準による異常検出を、溶接電流が出力されている通電状態時（溶接実行時）に行う。異常検出部４は、上記３つの判断基準のいずれか１つを満たした場合に、出力側検出部２の異常を検出する。なお、この構成と異なり、異常検出部４は、上記３つの判断基準のうち、２つ以上を満たした場合に、出力側検出部２の異常を検出してもよい。異常検出部４は、出力側検出部２の異常を検出すると、報知部５を介して、出力側検出部２の異常を報知する。報知部５による報知としては、例えば表示装置を用いた表示あるいはスピーカを用いた音声出力などがある。

本実施形態によると、溶接電源装置Ａ１は、検出装置Ｄ１を備える。検出装置Ｄ１は、出力側検出信号を出力する検出センサ２１と、出力側検出信号の補正を行う補正部２２と、検出センサ２１または補正部２２の異常を検出する異常検出部４とを備える。補正部２２は、出力側検出信号のオフセット調整を行うオフセット調整部２２３を備えており、オフセット調整部２２３は、第１調整回路２２３ａおよび第２調整回路２２３ｂを含む。第１調整回路２２３ａでは、不通電状態のとき（出力電流が０Ａであるとき）の出力端Ｔ１における出力側検出信号が、０Ａに対応した信号となるように、出力端Ｔ１における出力側検出信号を調整する。第２調整回路２２３ｂでは、不通電状態のときの基準点Ｘにおける出力側検出信号の電圧（基準点電圧）が、０Ｖとなるように、基準点Ｘにおける出力側検出信号を調整する。しかしながら、硫化物質などによる腐食などによって出力側検出部２に異常が発生すると、異常が発生していない時と比較して、検出センサ２１のオフセット電圧が規格値外となることがある。また、出力側検出部２の異常によって、補正部２２は、第１調整回路２２３ａおよび第２調整回路２２３ｂの各調整を適正に行えないことがある。その結果、第１調整回路２２３ａの調整では、出力端Ｔ１における出力側検出信号を０Ａに対応した信号に調整できなかったり、第２調整回路２２３ｂの調整では、基準点Ｘにおける出力側検出信号の電圧を０Ｖに調整できなかったりする。つまり、出力側検出部２に異常が発生すると、オフセット調整部２２３による調整可能範囲を超えて、出力側検出信号のオフセット調整が必要となる。従って、異常検出部４は、オフセット調整部２２３による調整可能範囲を超えて、出力側検出信号のオフセット調整が必要である場合、検出センサ２１または補正部２２に異常が発生していると検出することができる。つまり、溶接電源装置Ａ１（検出装置Ｄ１）は、出力側検出信号のオフセット調整ができないことに基づいて、出力側検出部２の異常（オフセット異常）を検出できる。

本実施形態によると、溶接電源装置Ａ１は、変圧器ＩＮＴと、変圧器ＩＮＴの一次側の電流（入力電流）を検出する入力側検出部１とを備える。出力側検出部２に異常がなければ、上述の通り、出力電流の検出値と二次巻線Ｌ２の巻き数Ｎ２との乗算値（第２乗算値）は、入力電流の検出値と一次巻線Ｌ１の巻き数Ｎ１との乗算値（第１乗算値）と略同じ値となる。一方、出力側検出部２にゲイン異常が発生すると、出力側検出部２の検出値が、第１線路９１に流れる実際の電流値よりも大きくなったり小さくなったりするので、上記第２乗算値は、第１乗算値と略同じ値とならない。従って、異常検出部４は、入力側検出部１の検出結果（入力電流の検出値）と出力側検出部２の検出結果（出力電流の検出値）とを用いた対比を行い、当該対比の結果が閾値以上の差がある場合に、検出センサ２１または補正部２２に異常が発生していると検出することができる（なお、本実施形態では、閾値として、（出力電流の検出値Ｉｏｕｔ×α＋β）×二次巻線Ｌ２の巻き数Ｎ２の演算値が用いられる）。つまり、溶接電源装置Ａ１は、出力側検出部２の検出値と入力側検出部１の検出値との対比に基づいて、出力側検出部２の異常（ゲイン異常）を検出できる。

本実施形態によると、溶接電源装置Ａ１は、検出装置Ｄ１によって、上述の通り、出力側検出部２（検出センサ２１または補正部２２）の異常を検出できるので、当該異常を、溶接電源装置Ａ１の利用者に報知して、部品（出力側検出部２）の交換を促すことができる。これにより、溶接電源装置Ａ１は、出力電流のフィードバック制御を適切に行うことが可能となる。

本実施形態によると、溶接電源装置Ａ１では、異常検出部４は、上記ゼロ調整時に、第２調整回路２２３ｂによる調整でも、基準点電圧が０Ｖにならない時、出力側検出部２の異常を検出する（上記第１の判断基準）。また、異常検出部４は、上記ゼロ調整時に、第１調整回路２２３ａによる調整によっても、出力端信号が、０Ａに対応した信号にならない時、出力側検出部２の異常を検出する（第２の判断基準）。従来の溶接電源装置においても、出力電流（溶接電流）を検出する検出センサ２１のオフセット調整（ゼロ調整）を行うために、第１ポテンショメータＰＭ１および第２ポテンショメータＰＭ２が搭載されていることがある。このように、第１ポテンショメータＰＭ１および第２ポテンショメータＰＭ２を搭載する溶接電源装置においては、コストアップすることなく、出力側検出部２の異常を検出する（つまり、検出装置Ｄ１を構成する）ことができる。

上記実施形態では、異常検出部４は、入力電流の検出値と一次巻線Ｌ１の巻き数Ｎ１との第１乗算値と、出力電流の検出値と二次巻線Ｌ２の巻き数Ｎ２との第２乗算値との対比を行い、当該対比の結果により、例えば（出力電流×α＋β）×二次巻線Ｌ２の巻き数Ｎ２以上の差がある場合、出力側検出部２の異常を検出する例を示した。この構成と異なり、異常検出部４は、入力電流の検出値と出力電流の検出値との対比を行い、この対比の結果、一次巻線Ｌ１の巻き数Ｎ１および二次巻線Ｌ２の巻き数Ｎ２を考慮した閾値以上の差があれば、出力側検出部２の異常を検出する構成であってもよい。あるいは、異常検出部４は、第１乗算値に対する第２乗算値の比率に基づいて、当該比率が所定の範囲外であれば、出力側検出部２の異常を検出する構成であってもよいし、入力電流の検出値に対する出力電流の検出値の比率に基づいて、当該比率が一次巻線Ｌ１の巻き数Ｎ１および二次巻線Ｌ２の巻き数Ｎ２を考慮した所定の範囲外であれば、出力側検出部２の異常を検出する構成であってもよい。

上記実施形態では、出力側検出部２の補正部２２が絶対値回路２２１を含む例を示した。この構成とは異なり、出力側検出部２の補正部２２は、図４に示すように、絶対値回路２２１を含んでいなくてもよい。この場合、図４に示すように、オフセット調整部２２３は、第２調整回路２２３ｂを含んでいなくてもよい。

図５は、図４に示す構成において、第１調整回路２２３ａが行う出力側検出信号の調整例を示すグラフであって、図３に対応する。図５（ａ）においては、サンプルＹ５，Ｚ５ともに、第１調整回路２２３ａの調整によって、第１線路９１に流れる出力電流が０Ａの時に、出力電流の検出値が０Ａになる。一方、図５（ｂ）においては、サンプルＹ６，Ｚ６ともに、第１調整回路２２３ａの調整によっても、第１線路９１に流れる出力電流が０Ａの時に、出力電流の検出値が０Ａになっていない。従って、図５（ａ），（ｂ）から理解されるように、出力側検出部２に異常がない場合には、出力電流の検出値を０Ａ（つまり出力端信号を０Ａに対応した信号）に調整できるが、出力側検出部２に異常がある場合、出力電流の検出値を０Ａ（つまり、出力端信号を０Ａに対応した信号）に調整できない。従って、図４に示す構成の溶接電源装置であっても、出力側検出部２の異常を検出できる。

上記実施形態では、出力側検出部２は、補正後の出力側検出信号を、制御部３および異常検出部４に出力する例を示した。この構成と異なり、出力側検出部２は、補正後の出力側検出信号に基づいて、出力電流の電流値を算出し、当該電流値を制御部３および異常検出部４に出力してもよい。入力側検出部１においても同様であり、入力側検出部１は、補正後の入力側検出信号に基づいて、入力電流の電流値を算出し、当該電流値を異常検出部４に出力してもよい。

上記実施形態では、異常検出部４は、出力側検出部２の異常を検出する例を示した。この構成と異なり、異常検出部４は、出力側検出部２の異常検出と同様に、さらに入力側検出部１の異常検出を行ってもよい。例えば、異常検出部４は、検出センサ１１から出力される入力側検出信号を、補正部１２で補正する際に、補正部１２に設けられたオフセット調整部（オフセット調整部２２３と同様に構成されたもの）の調整可能範囲を超えて、入力側検出信号のオフセット調整が必要である場合に、検出センサ１１または補正部１２の異常を検出してもよい。

上記実施形態では、異常検出部４は、溶接電流を検出するための出力側検出部２（ホール電流検出器）の異常を検出する例を示したが、これに限定されず、溶接機に用いられる他のセンサ（例えばシールドガスの流量センサ、冷却水の流量センサあるいは、溶接電圧を検出する電圧センサ）などの異常を検出するものであってもよい。

上記実施形態では、検出装置Ｄ１を溶接電源装置Ａ１に適用した例を示したが、これに限定されず、検出装置Ｄ１は、様々な装置に適用することが可能である。つまり、検出装置Ｄ１は、溶接電源装置Ａ１以外の他の装置に適用され、当該他の装置において、物理量を検出する検出部の異常を検出するものであってもよい。例えば、検出装置Ｄ１は、電力機器、電子機器、および、産業機器などに適用してもよい。

本開示にかかる検出装置および溶接電源装置は、上記した実施形態に限定されるものではない。本開示の検出装置および溶接電源装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ１：溶接電源装置、Ｄ１：検出装置、１：入力側検出部、１１：検出センサ、１２：補正部、２：出力側検出部、２１：検出センサ、２２：補正部、２２１：絶対値回路、２２２：反転回路、２２３：オフセット調整部、２２３ａ：第１調整回路、２２３ｂ：第２調整回路、３：制御部、４：異常検出部、５：報知部、９１：第１線路、９２：第２線路、ＤＲ１：整流平滑回路、ＤＲ２：整流平滑回路、ＩＮＴ：変圧器、ＩＮＶ：インバータ回路、Ｌ１：一次巻線、Ｌ２：二次巻線、ＰＭ１：第１ポテンショメータ、ＰＭ２：第２ポテンショメータ、Ｔ１：出力端、Ｘ：基準点、Ｂ：溶接電極、Ｗ：被加工物

Claims (6)

1. 物理量に応じた検出信号を出力する検出センサと、
   前記検出信号の補正を行い、補正後の検出信号を出力する補正部と、
   前記検出センサまたは前記補正部の異常を検出する異常検出部と、
   を備え、
   前記補正部は、前記検出センサから入力される検出信号のオフセット調整を行うオフセット調整部を備え、
   前記異常検出部は、前記オフセット調整部による調整可能範囲を超えてオフセット調整が必要である場合に、前記異常を検出する、検出装置。
2. 前記検出センサは、第１線路に設置され、前記第１線路に流れる電流に応じた検出信号を出力し、
   前記オフセット調整部は、前記補正部の出力端における検出信号の調整を行う第１調整回路を含み、
   前記第１調整回路は、第１ポテンショメータを含み、当該第１ポテンショメータの調整によって、前記第１線路に電流が流れていない不通電状態のときの、前記出力端における検出信号が０Ａに対応した信号となるように調整し、
   前記異常検出部は、前記第１調整回路による調整によっても、前記不通電状態のときの前記出力端における検出信号が０Ａに対応した信号にならない時に、前記異常を検出する、請求項１に記載の検出装置。
3. 前記補正部は、前記検出センサから検出信号が入力され、且つ、絶対値信号に整形された検出信号を出力する絶対値回路を含み、
   前記オフセット調整部は、前記絶対値回路から前記補正部の出力端までの間に電気的に介在する第２線路の基準点における前記絶対値信号に整形された検出信号を調整する第２調整回路をさらに含み、
   前記第２調整回路は、第２ポテンショメータを含み、当該第２ポテンショメータの調整によって、前記不通電状態のときの、前記基準点における検出信号の電圧を０Ｖに調整し、
   前記異常検出部は、前記第２調整回路による調整によっても、前記不通電状態のときの前記基準点における検出信号の電圧が０Ｖにならない時に、前記異常を検出する、請求項２に記載の検出装置。
4. 前記検出センサは、前記第１線路に流れる電流によって発生する磁界を検出して、前記検出信号としての電圧信号を出力するホール素子である、請求項２または請求項３のいずれかに記載の検出装置。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の検出装置と、
   高周波電圧を出力するインバータ回路と、
   一次巻線および二次巻線を含み、且つ、前記一次巻線に前記高周波電圧が入力される変圧器と、
   を備え、
   前記二次巻線は、前記第１線路を介して溶接負荷に電流を出力する、溶接電源装置。
6. 前記一次巻線に入力される入力電流を検出する入力側検出部をさらに備え、
   前記異常検出部は、前記第１線路に電流が流れている通電状態のときの、前記入力側検出部による検出値と、前記検出装置による検出値とを用いた対比を行い、当該対比の結果に閾値以上の差がある場合に前記異常を検出する、請求項５に記載の溶接電源装置。

Images