JP3703680B2 - エンジン駆動溶接用発電機の回転数制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接出力とともに交流出力を生じるエンジン駆動溶接用発電機に係り、とくにエンジンを溶接用発電機の溶接電流の大きさ、および交流出力の有無に応じた回転数で駆動するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン駆動溶接用発電機では、溶接出力の外に作業用補助電源としての交流出力を形成するものが汎用されている。
【０００３】
この場合、エンジン回転数は、作業用補助電源としての交流出力と溶接電源としての溶接出力とを同時に使用するとき、交流出力を優先させ交流出力時の回転数に合わせて高速運転し、交流出力がないときは溶接出力に応じた回転数で運転している。
【０００４】
このように、エンジンは、２種類の発電機利用状況があり、これら両者に適合するように合理的に運転を行う必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここにおいて、エンジン駆動溶接用発電機は、たとえば工事現場が住宅地であって夜間作業を要するという状況で使用されることがある。また、エンジンを運転する上での課題として、排出ガスを少なくすることと、燃費を最少にすることとがある。
【０００６】
そこで、エンジン駆動溶接用発電機の運転に当たっては、無駄にエンジンを高速運転することなく、騒音および燃費を考慮しながら最適化する必要がある。
【０００７】
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、発生騒音をできるだけ低減し、しかも燃費をできるだけ改善したエンジン駆動溶接用発電機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、本発明では、
運転速度を調節するためのアクチュエータが設けられたエンジンと、このエンジンによって駆動され、溶接出力および交流出力を形成する発電機と、前記溶接出力を整流して直流出力として送出する整流器と、前記交流出力を得て周波数制御を行い所定周波数の補助電源出力を形成するインバータとをそなえ、前記溶接出力および前記補助電源出力に基いて前記アクチュエータを調節することにより前記エンジンの回転数を制御するようにしたエンジン駆動溶接用発電機の回転数制御装置において、
操作に応じ前記エンジンの回転数に関する指令信号を形成する指令器と、
前記補助電源出力を検出して交流負荷検知信号を形成する交流負荷検知回路と、
前記溶接出力を検出して溶接負荷の検知および溶接負荷の大きさを表す信号を形成する溶接負荷検知回路と、
前記指令器からの指令信号を基に、前記交流負荷検知回路および前記溶接負荷検知回路からの各信号を勘案して前記エンジンの回転数を調節するための制御信号を前記アクチュエータに与える制御回路とをそなえ、
補助電源出力単独出力時は補助電源出力に適した中速である第１の設定回転数で前記エンジンを運転し、溶接出力単独出力時は低速ないし高速の範囲における出力に応じた回転数である第２の設定回転数で前記エンジンを運転し、補助電源出力を含む溶接出力時は補助電源出力および溶接出力を加算した出力に応じた中速ないし高速の回転数である第３の設定回転数で前記エンジンを運転するようにしたことを特徴とするエンジン駆動溶接用発電機の回転制御装置、
を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例の基本構成を示したブロック線図である。この実施例では、エンジンの回転速度を制御するために、マイクロコンピュータＭＣを用いた構成としており、電流検出器ＤＥＴ１からの交流出力電流、電流検出器ＤＥＴ２からの溶接出力電流および電圧検出器ＶＤからの溶接出力電圧、溶接電流調整器ＶＲからの溶接電流設定値、ならびに回転制御スイッチＳＷのオン／オフをマイクロコンピュータＭＣに入力として与え、マイクロコンピュータＭＣがガバナ制御装置ＧＣを作動させるとともに、チョッパ制御回路ＣＣを作動制御する。
【００１０】
このように、図１の実施例の動作は、マイクロコンピュータＭＣの動作によって制御される。マイクロコンピュータＭＣは、４つの入力用アナログ・ディジタル変換ポートＡ／Ｄ、１つの出力用ディジタル・アナログ変換ポートＤ／Ａ、ならびに２つの入力用オン・オフ信号ポートおよび２つの出力用オン・オフ信号ポートを有する。
【００１１】
そして、４つのＡ／Ｄ入力ポートには、電流検出器ＤＥＴ２の検出信号、電圧検出器ＶＤの検出信号、溶接電流調整器ＶＲの設定値信号、ポテンショメータＰＭの検出信号が与えられ、また、２つの入力用オン・オフ信号ポートには制御回路ＩＣからの交流負荷有無信号、回転制御スイッチＳＷからの信号が与えられ、２つの出力用オン・オフ信号ポートからはリレーＬ１、Ｌ２に対して付勢信号が与えられる。
【００１２】
このうち、電流検出器ＤＥＴ２の検出信号は、Ａ／Ｄ入力ポートに入力された後、マイクロコンピュータＭＣ内部で、レベル判定により負荷の有無に対応したオン・オフ信号に変換されるとともに、電流値に応じたディジタル信号に変換される。つまり、マイクロコンピュータＭＣは、電流検出器ＤＥＴ２の検出信号に基づいて２つの信号を形成する。また、マイクロコンピュータＭＣは、１つのＤ／Ａ出力ポートを有し、このＤ／Ａ出力ポートから制御回路ＣＣに対して電流制御信号を出力する。
【００１３】
発電機Ｇは、エンジンＥにより駆動されて発生した出力が、一方で整流器ＲＥＣ１を通って直流変換された上でインバータＩＶに与えられ、所望周波数の交流出力に変換されて交流出力端子に供給され、他方で整流器ＲＥＣ２により直流変換された上でチョッパＣＨに与えられ、溶接出力として溶接出力端子に供給される。
【００１４】
そして、インバータＩＶは、制御回路ＩＣが電流検出器ＤＥＴ１の検出電流を基にインバータＩＶを制御するとともに、制御回路ＩＣからマイクロコンピュータＭＣに対して交流負荷有無の信号が与えられる。これにより、マイクロコンピュータＭＣは、エンジンＥを中速運転させるようにガバナ制御装置ＧＣを動作させる。
【００１５】
また、整流器ＲＥＣ２により直流変換された発電機Ｇの出力は、チョッパＣＨで直流−直流変換されて溶接出力端子に供給される。このチョッパＣＨは、制御回路ＣＣから制御信号が与えられて溶接出力を形成し、溶接出力端子に供給する。制御回路ＣＣは、マイクロコンピュータＭＣにおいて、溶接電流調整器ＶＲによる設定値に、電流検出器ＤＥＴ２の検出電流と電圧検出器ＶＤの溶接出力電圧とを加味して形成される制御信号が与えられる。
【００１６】
そして、制御回路ＣＣでは、マイクロコンピュータＭＣのＤ／Ａポートから与えられた制御信号を基準信号として電流検出器ＤＥＴ２の検出電流が比較され、この比較結果に基づいてチョッパＣＨを制御する。
【００１７】
ガバナ制御装置ＧＣは、エンジンＥに設けられたガバナＥＧを調節するもので、モータＭを正回転、逆回転させてプーリＰＬに巻装されたケーブルの繰り出し長を変えることによりガバナＥＧを作動させてエンジンＥの回転速度を変えるものである。モータＭの正逆回転切換は、リレーＬ１、Ｌ２の接点切換により行い、リレーＬ１、Ｌ２に対する付勢信号はマイクロコンピュータＭＣから各リレーＬ１、Ｌ２に与えられる。そして、モータＭの回転量が、モータＭに連結されたポテンショメータＰＭによってマイクロコンピュータＭＣにフィードバックされる。
【００１８】
図２は、図１に示した実施例の動作内容を示すフローチャートである。このフローチャートに基づき、図１の実施例の動作を説明する。
【００１９】
いま図１に示していない電源スイッチとしてのキースイッチをオンにすると、スタートからステップＳ１に移行し、回転制御スイッチＳＷがオンか否かが判定される。オンでない場合は、回転を抑制せずエンジンを高速運転するということであり、ステップＳ１１によりリレーＬ１を付勢し、次いでステップＳ１２によりモータＭを正回転させる。
【００２０】
モータＭの正回転は、ステップＳ１３によりポテンショメータ電圧ＰＶが最大値に達するまで行う。そして、最大値に達するとステップＳ１４に移行してリレーＬ１を消勢し、続いてステップＳ１５によりモータＭを停止し、ステップＳ７０によりエンジンガバナＥＧの制御を行う。このときエンジンガバナＥＧは、エンジンＥを高速で運転させる。そして、ステップＳ１に戻る動作を繰り返す。
【００２１】
他方、回転制御スイッチＳＷがオンであると、ステップＳ１からステップＳ２に移行し、負荷があるか否か、つまり交流負荷、溶接負荷を問わず負荷があるか否かを判定し、負荷があればステップＳ２１以降に進む。
【００２２】
ステップＳ２１では、交流負荷、溶接負荷の一方であればステップＳ２２に移行し、両方であればステップＳ４１以降に進む。ここでは、単独負荷であるとしてステップＳ２２に進み、交流負荷か否かの判定を行う。そして、交流負荷であるとステップＳ２３に移行してリレーＬ１が付勢され、ステップＳ２４に進んでモータＭを正回転させる。この正回転の結果、ステップＳ２５でポテンショメータ電圧ＰＶが設定値（１）に達したと判定されると、ステップＳ２６でリレーＬ１が消勢される。この結果、ステップＳ２７によりモータＭが停止される。この位置は、高速よりもある程度低速の中速位置である。そして、ステップＳ７０に移行してエンジンＥを中速で運転させる。
【００２３】
次にステップＳ２２における判定の結果、交流負荷ではなく溶接負荷であると、ステップＳ２８に移り、ポテンショメータ電圧ＰＶが設定値（２）つまり任意に設定された値に対して小さいかどうかが判定される。
【００２４】
小さいとポテンショメータ電圧を増す必要があり、ステップＳ２９に移行してリレーＬ１を付勢し、ステップＳ３０によりモータＭを正回転させる。そして、ポテンショメータＰＭの電圧が設定値（２）に達するとステップＳ３１からステップＳ３２に移行し、リレーＬ１が消勢される。これが設定値（２）に相当する位置であり、ステップＳ３３におけるモータＭの停止、ステップＳ７０によるエンジンガバナ制御へと移行する。
【００２５】
これに対し、ステップＳ２８によるポテンショメータ電圧ＰＶと設定値との比較により、ポテンショメータ電圧ＰＶが設定値（２）より大きいと、ステップＳ３４によりリレーＬ２が付勢される。そして、ステップＳ３５によりモータＭの逆回転が行われ、ステップＳ３６によりポテンショメータ電圧ＰＶが設定値（２）に達したと判定されるまで続けられる。達したらステップＳ３７によりリレーＬ２が消勢され、ステップＳ３３によるモータ停止、ステップＳ７０によるエンジンガバナ制御へと移行する。
【００２６】
次に、ステップＳ２１における判定の結果、交流負荷と溶接負荷とが併存する場合を説明する。このときは、ステップＳ２１からステップＳ４１に移行する。ステップＳ４１では、設定値（１）と設定値（２）とを加算する。そして、ステップＳ４２における判定でポテンショメータ電圧ＰＶが加算値より小さければ、ステップＳ４３ないしＳ４６によりリレーＬ１の付勢、モータＭの正回転を行ってポテンショメータ電圧ＰＶを増加させた上で、ステップＳ４７によるモータ停止、さらにステップＳ７０によるエンジンガバナ制御を行う。
【００２７】
反対に、ステップ４２による判定でポテンショメータ電圧ＰＶが加算値より大きければ、ステップＳ４８ないしＳ５１によるリレーＬ２の付勢、モータＭの逆回転を行ってポテンショメータ電圧ＰＶを減少させた上で、ステップＳ４７によるモータ停止、さらにステップＳ７０によるエンジンガバナ制御を行う。
【００２８】
最後に、交流負荷も溶接負荷もないと、ステップＳ２からステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、ポテンショメータ電圧ＰＶが最小値より小さいか否かが判定され、最小値よりも大きければステップＳ６１に移行してリレーＬ２を付勢し、ステップＳ６２によりモータＭを逆回転させる。そして、ステップＳ６３でポテンショメータ電圧ＰＶが最小値に達したと判定されると、ステップＳ６４に移行しリレーＬ２を消勢してステップＳ６５によりモータＭを停止し、ステップＳ７０によるエンジンガバナ制御を行う。
【００２９】
また、ステップＳ３でポテンショメータ電圧ＰＶが最小値より小さければ、ステップＳ１に戻り、ステップＳ２、ステップＳ３を経る循環動作を繰り返す。
【００３０】
図３（ａ）ないし（ｃ）は、本発明に係る回転制御による溶接用発電機として回転変動により無負荷電圧が変動する出力電流−出力電圧特性を示したものである。溶接用発電機は、図３（ａ）に示すように、回転変動により高速回転時における出力曲線ＭＡＸと低速回転における出力曲線ＭＩＮとの間を制御範囲として出力を供給する。
【００３１】
このとき、小電流域では、無負荷電圧が小さくなるので、アーク切れを起こさないように、図３（ｂ）に示すような特性の補助巻線出力を溶接巻線出力に重畳して電圧を高め、溶接用発電機の回転数が低下してもアークが安定的に発生するようにしている。
【００３２】
図３（ｃ）は、このような対策を施した溶接巻線と補助巻線との合成出力特性を示している。すなわち、この図３（ｃ）に示すように、小電流域では補助巻線の出力電圧が重畳されてアーク安定の目的で電圧を高めて出力し、ある程度以上の電流域では溶接巻線の特性にしたがうようにしている。
【００３３】
（変形例）
上記実施例では、モータＭの回転速度制御を明記しないものと速度制御するものとを示したが、エンジンガバナの機能に合わせて適宜選択すればよい。
【００３４】
そして、速度制御する場合、パルス周波数変調方式でモータＭの回転速度を制御しているが、パルス巾変調方式でも同様に回転速度を制御することができる。
【００３５】
また、エンジン速度の検出は、ガバナ制御装置ＧＣにおけるポテンショメータＰＭから取り出す例と、発電機Ｇの出力から取り出す例とを示したが、エンジン速度そのものを検出してもよいし、他の代替信号を利用してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は上述のように、溶接出力の外に交流出力を供給する溶接用発電機を運転するにつき回転設定器により任意に設定した溶接負荷に応じた出力を供給するとともに、交流負荷の有無に応じ両出力を加算した出力を供給するのに最適な回転数でエンジンを運転するようにしたため、エンジンを溶接出力および交流出力に見合った最適回転数で運転することができ、最大出力を必要とする場合以外の殆どの作業条件で低燃費、低騒音化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例の構成を示す説明図。
【図２】 図１の実施例の動作内容を示すフローチャート。
【図３】 図３（ａ）は本発明に用いる溶接用発電機の基本的な出力特性を、図３（ｂ）は図３（ａ）の出力特性を修正するために用いる補助巻線の特性を、図３（ｃ）は図３（ａ）および（ｂ）の各特性を合成して得られた出力特性をそれぞれ示す特性図。

Claims (4)

1. 運転速度を調節するためのアクチュエータが設けられたエンジンと、このエンジンによって駆動され、溶接出力および交流出力を形成する発電機と、前記溶接出力を整流して直流出力として送出する整流器と、前記交流出力を得て周波数制御を行い所定周波数の補助電源出力を形成するインバータとをそなえ、前記溶接出力および前記補助電源出力に基いて前記アクチュエータを調節することにより前記エンジンの回転数を制御するようにしたエンジン駆動溶接用発電機の回転数制御装置において、
   操作に応じ前記エンジンの回転数に関する指令信号を形成する指令器と、
   前記補助電源出力を検出して交流負荷検知信号を形成する交流負荷検知回路と、
   前記溶接出力を検出して溶接負荷の検知および溶接負荷の大きさを表す信号を形成する溶接負荷検知回路と、
   前記指令器からの指令信号を基に、前記交流負荷検知回路および前記溶接負荷検知回路からの各信号を勘案して前記エンジンの回転数を調節するための制御信号を前記アクチュエータに与える制御回路とをそなえ、
   補助電源出力単独出力時は交流出力に適した中速である第１の設定回転数で前記エンジンを運転し、溶接出力単独出力時は低速ないし高速の範囲における出力に応じた回転数である第２の設定回転数で前記エンジンを運転し、補助電源出力を含む溶接出力時は補助電源出力および溶接出力を加算した出力に応じた中速ないし高速の回転数である第３の設定回転数で前記エンジンを運転するようにしたことを特徴とするエンジン駆動溶接用発電機の回転制御装置。
2. 請求項１記載のエンジン駆動溶接用発電機の回転制御装置において、
   前記指令器は、前記第１ないし第３の設定回転数に対応する指令信号を形成するようにしたエンジン駆動溶接用発電機の回転制御装置。
3. 請求項２記載のエンジン駆動溶接用発電機の回転制御装置において、
   前記指令器は、負荷の大小に無関係に前記エンジンを一定速度で運転させるための定速指令信号を形成するようにしたエンジン駆動溶接用発電機の回転制御装置。
4. 請求項３記載のエンジン駆動溶接用発電機の回転制御装置において、
   前記定速指令信号は、前記エンジンを高速運転させる指令信号であるエンジン駆動溶接用発電機の回転制御装置。

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