JP3691797B2

JP3691797B2 - 溶接電源

Info

Publication number: JP3691797B2
Application number: JP2002037809A
Authority: JP
Inventors: 厚伊藤
Original assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Current assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: JP2003236675A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細被覆線の端子への接合に使用するインバータ方式電源またはトランジスタ式電源に係り、特にその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来微細被覆線の端子への接合にはパルスヒート方式が用いられていた。このパルスヒート方式はモリブデン、チタン等の高抵抗材料によって板状に形成されたヒータチップと、このヒータチップの先端部に接続された熱電対とを備えており、ヒータチップがパルスヒート方式で加熱される。パルスヒート方式はパルス状の大電流を流し、この時発生するジュール熱を利用して加熱する方式である。
【０００３】
微細被覆線は直径が数１０μｍ〜１ｍｍで心線の表面がウレタン樹脂等の絶縁皮膜によって被覆されている。このような微細被覆線を端子に接合するには、端子に予めはんだを塗布しておき、その上に接合すべき微細被覆線を載置する。しかる後にヒータチップの先端を微細被覆線に接触させてパルス状の大電流を１００ｍｓ〜数１００ｍｓの間隔で流すと、ヒータチップはジュール熱により加熱され、絶縁皮膜およびはんだを溶融し、微細被覆線の心線を端子へ接合する。
【０００４】
図３は、このようなパルスヒート電源のブロック図である。図３において、４１はトライアック、４２はトライアック４１の出力を低電圧、大電流に変換してヒータチップ４３に供給するためのトランス、４４はヒータチップ４３の先端に取り付けられた熱電対、４５は熱電対４４で得られた熱起電力を増幅する差動増幅器、４６はヒータチップ４４の温度を設定するための温度設定スイッチ、４７は増幅器４５の出力電圧とスイッチ４６の出力電圧の差分をとる加算回路、４８はトライアック４１をオン／オフさせることによってヒータチップ４３に流れる電流を制御する位相制御回路、５１は端子、５２ははんだ、５３は微細被覆線である。
【０００５】
次に、このようなパルスヒート電源の動作を説明する。
最初に、位相制御回路４８が動作を開始してトライアック４１がオンとなり、図示しない単相商用交流電源からの交流電圧（ＡＣ１００Ｖ）がトランス４２に印加され、ヒータチップ４３に電流が流れ始める。これにより、ヒータチップ４３の温度は上昇し、ヒータチップ４３の温度は熱電対４４によって電圧に変換される。
【０００６】
次いで、加算回路４７は、熱電対４４の熱起電力を増幅した増幅器４５の出力電圧と、設定温度に対応するスイッチ４６からの電圧の差を出力する。そして、位相制御回路４８は加算回路４７の出力に基づきヒータチップ４３の温度が設定温度となるようにトライアック４１を制御する。
【０００７】
このようにヒータチップ４３の温度は熱電対４４からの熱起電力をフィードバックすることによって制御されるので、熱電対の熱起電力の応答遅れるが生じる。また熱電対には寿命がある。また単相の商用交流電源をトランスの一次電源として用いているために時間の解像度が粗い（５０Ｈｚの場合１０ｍｓ、６０Ｈｚの場合８．３３ｍｓ）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来のパルスヒート電源は、熱電対による熱起電力のフィードバック制御であり、かつ商用周波数の位相制御でヒータチップの温度を制御しているためその応答遅れや時間の解像度の粗さのためヒータチップの接合部近傍に不必要な熱を加えてしまうという欠点があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、制御の応答速度が早く、時間解像度の高い溶接電源を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、抵抗値が温度の関数であることに着目してなされたものである。すなわち抵抗値は次の式で表現することができる。
Ｒ＝ρ×｛１＋α×（Ｔ−Ｔ２５）｝×（Ｌ／Ａ）
ここで、ρは抵抗体を構成する材料の抵抗率。αは抵抗体を構成する材料の温度係数、Ｔ２５は基準温度（ここでは、摂氏２５度）、Ｌは抵抗体の長さ、Ａは抵抗体の断面積である。
この式から、抵抗値を測定することができれば温度を算出することが可能であり、抵抗値その物を制御パラメータとして溶接電流を制御することが可能となる。
【００１０】
本発明になる第１の溶接電源は、商用交流電圧を整流する電源部と、この電源部の出力を前記商用交流電圧よりも高い周波数の交流電圧に変換するインバータ部と、このインバータ部の交流出力が一次側に入力され、その二次側に誘起される交流低電圧を一対の溶接電極に印加する溶接トランスと、この溶接トランスの二次側の溶接電流を検出する電流検出手段と、前記一対の溶接電極間の溶接電圧を検出する電圧検出手段と、これら溶接電流および溶接電圧から溶接抵抗を算出し、この溶接抵抗を前記一対の溶接電極の温度情報として前記インバータ部の制御回路にフィードバックする帰還回路とを有することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明になる第２の溶接電源は、商用交流電圧を降圧し、整流し、その電圧で充電する電源部と、この電源部の出力を一定時間幅に制限して一対の溶接電極に溶接電流を通電する通電制御部と、この通電制御部からの溶接電流を検出する電流検出手段と、前記一対の溶接電極間の溶接電圧を検出する電圧検出手段と、これら溶接電流および溶接電圧から溶接抵抗を算出し、この溶接抵抗を前記一対の溶接電極の温度情報として前記通電制御部の制御回路にフィードバックする帰還回路とを有することを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】
本発明によれば、熱電対の代わりに温度の関数となる抵抗を算出してその結果で溶接電流を制御することとしたので応答遅れが少ない。また、インバータ方式の溶接電源または連続波で溶接電流を制御できるトランジスタ方式の溶接電源を使用したので時間解像度の高い溶接制御が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
実施の形態１
図１は本発明の１実施形態を示す溶接電源であるインバータ方式の溶接電源の要部ブロック図である。
図１において、１は電源部であるＡＣ２００Ｖの三相交流電源を整流し、平滑化する整流平滑部、２は整流平滑部１からの直流電源を後述するＰＷＭ制御部１０の制御によりＡＣ２００Ｖの三相交流電源より高い周波数の交流電源に変換するインバータ部、３はインバータ部２からの交流電圧を受けて低電圧で大電流の交流出力電圧を得る溶接トランス、４は溶接トランス３からの交流電圧電源を整流する整流部、５は電流検出手段である溶接電流検出素子、６ａ、６ｂは溶接電極、７は溶接電流検出素子５で得られた溶接電流と溶接電極６ａ、６ｂ間に設けられた電圧検出手段１２で検出された電圧を受けて所定の増幅を行い、その増幅後の電圧を電流で除算して溶接抵抗を算出する増幅除算部、９は溶接条件として抵抗の変化プロファイルを設定する溶接条件設定部、１０は溶接条件設定部９からの設定抵抗プロファイルと増幅除算部７からの抵抗値を受けて、この抵抗値が設定抵抗プロファイルに一致するようにインバータ２の駆動信号を生成するＰＷＭ制御部である。なお、図示しないが溶接電極６ａ、６ｂ間に微細被覆線とこの微細被覆線が溶接される端子が挟み込まれる。
【００１５】
次に、このようなインバータ方式の溶接電源の動作について説明する。
商用三相ＡＣ２００Ｖの電源が整流平滑部１に入力され、整流、平滑されてインバータ部２に入力される。インバータ部は４つのトランジスタからなり、ＰＷＭ制御部１０からの商用交流周波数よりも十分に高い所定の周波数のインバータ駆動信号Ｓ１、Ｓ２によって、この４つのトランジスタを２組のトランジスタに分けて交互にオン／オフすることにより高周波の交流矩形波を出力する。
【００１６】
インバータ部２から出力された前記高周波の交流矩形波はトランス３の一次側コイルに供給され、二次側コイルに低電圧で大電流の矩形波を生成する。この二次側コイルに生じた低電圧で大電流の矩形波は一対のダイオードからなる整流部４で直流に変換されて、これに応じた溶接電流が溶接電極６ａ、６ｂに流れ、被溶接物で抵抗発熱が発生する。この抵抗発熱によって被溶接物である微細被覆線が端子に溶接されるのである。
【００１７】
次に、ＰＷＭ制御部１０のインバータ駆動信号Ｓ１、Ｓ２の生成について説明する。溶接電流検出のために検出素子５を設け、この検出素子５で検出される溶接電流Ｉを増幅除算部７の一方に入力する。また溶接電極６ａ、６ｂ間には被溶接物の抵抗値に応じた電圧降下が発生する。この電圧降下Ｖも同じように増幅除算部７のもう一方に入力する。この増幅除算部７では溶接電流Ｉと降下電圧Ｖを増幅除算して溶接抵抗Ｒを求める。
【００１８】
ＰＷＭ制御部１０は市販のＰＷＭＩＣを使用し、外付けのタイミング用の抵抗で決定される周波数のランプ信号を生成し、溶接条件設定部９の設定抵抗プロファイルと増幅除算部７からの溶接抵抗Ｒとが一致するようにインバータ駆動信号Ｓ１、Ｓ２を生成する。
【００１９】
このようにして、溶接条件設定部９の設定温度プロファイルに応じた溶接が可能となるから、熱電対を用いて温度を監視することなく微細被覆線を適切に端子に溶接することができる。また、インバータを使用しているので、商用電源の周波数より高い周波数で制御できるから時間分解能が高い制御が可能となる。
【００２０】
実施の形態２
図２は本発明のもう１つの実施の形態を示す溶接電源であるトランジスタ方式の溶接電源の要部ブロック図である。
図２において、２１、２２、２３は電源部であり、２１は商用の単相ＡＣ１００Ｖの交流電圧を所定の交流電圧に降圧するトランス、２２はトランス２１からの交流電圧を整流する整流部、２３は整流部２２からの整流電圧で充電するコンデンサ、２４はコンデンサ２３への充電電圧を制御する充電制御部、２５は溶接ヘッド、２６は後述するゲート制御部２９からの制御のもとに溶接ヘッド２５に溶接電流を流す通電制御部であるトランジスタ、３０は電流検出手段である電流検出素子、３１は電圧検出手段、２７は溶接電流と溶接電圧を所定量増幅するとともに増幅後の電圧を電流で除算して溶接抵抗を算出する増幅除算部、２８は溶接条件となる抵抗のプロファイルを設定する溶接条件設定部、２９は増幅除算部２７の溶接抵抗と溶接条件設定部２８の抵抗プロファイルを受けて、溶接抵抗が設定抵抗プロファイルと一致するようにトランジスタ２６のゲート電圧幅を決定するゲート制御部である。なお、図示しないが溶接ヘッド２５間に微細被覆線とこの微細被覆線が溶接される端子が挟み込まれる。
【００２１】
次に、このような、トランジスタ式の溶接電源の動作について説明する。商用交流電圧ＡＣ１００Ｖをトランス２１で適宜の電圧に降圧し、整流部（ブリッジ）２２で全波整流してコンデンサ２３に充電する。ここでコンデンサ２３の充電電圧は、整流部２２の整流素子の一部となるスイッチング素子（サイリスタ）２２ａ、２２ａの点弧位相を充電制御部２４で制御することにより制御する。こうしてコンデンサ２３には常に所定の充電電圧で充電されることとなる。
【００２２】
コンデンサ２３から溶接ヘッド２５に導かれる電流はトランジスタ２６により電流制御される。すなわち、溶接電流および溶接電圧が増幅除算部２７に入力され、ここで溶接抵抗が求められてゲート制御回路２９にフィードバックされる。ゲート制御回路２９は溶接条件設定部２８で設定された抵抗プロファイルに従ってトランジスタ２６のゲート電圧を決め、トランジスタ２６を制御する。こうして溶接電流が溶接ヘッド２５に流れ、被溶接物で抵抗発熱が発生する。この抵抗発熱によって被溶接物である微細被覆線が端子に溶接されるのである。
【００２３】
このようにして、溶接条件設定部９の設定温度プロファイルに応じた溶接が可能となるから、熱電対を用いて温度を監視することなく微細被覆線を適切に端子に溶接することができる。また、一定時間幅連続して溶接電流を流しているので時間分解能が高い制御が可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、以上説明したように、熱電対の代わりに温度の関数となる抵抗を算出してその結果で溶接電流を制御することとしたので応答遅れが少なくなり、また、インバータ方式の溶接電源または連続波で溶接電流を制御できるトランジスタ方式の溶接電源を使用したので時間解像度の高い溶接制御が可能となるるから溶接部に余分な熱が加わることがない信頼性の高い溶接電源を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態を示す溶接電源であるインバータ方式の溶接電源の要部ブロック図である。
【図２】本発明のもう１つの実施の形態を示す溶接電源であるトランジスタ方式の電源の要部ブロック図である。
【図３】従来の微細被覆線の溶接に使用される溶接電源であるパルスヒート電源のブロック図である。
【符号の説明】
１整流平滑部
２インバータ部
３溶接トランス
４整流部
５電流検出素子
６ａ、６ｂ溶接電極
７増幅除算部
９溶接条件設定部
１０ＰＷＭ制御部
１２電圧検出手段

Claims

商用交流電圧を整流する電源部と、
この電源部の出力を前記商用交流電圧よりも高い周波数の交流電圧に変換するインバータ部と、
このインバータ部の交流出力が一次側に入力され、その二次側に誘起される交流低電圧を一対の溶接電極に印加する溶接トランスと、
この溶接トランスの二次側の溶接電流を検出する電流検出手段と、
前記一対の溶接電極間の溶接電圧を検出する電圧検出手段と、
これら溶接電流および溶接電圧から溶接抵抗を算出し、この溶接抵抗を前記一対の溶接電極の温度情報として前記インバータ部の制御回路にフィードバックする帰還回路と
を有することを特徴とする溶接電源。
商用交流電圧を降圧し、整流し、その電圧で充電する電源部と、
この電源部の出力を一定時間幅に制限して一対の溶接電極に溶接電流を通電する通電制御部と、
この通電制御部からの溶接電流を検出する電流検出手段と、
前記一対の溶接電極間の溶接電圧を検出する電圧検出手段と、
これら溶接電流および溶接電圧から溶接抵抗を算出し、この溶接抵抗を前記一対の溶接電極の温度情報として前記通電制御部の制御回路にフィードバックする帰還回路と
を有することを特徴とする溶接電源。