JPH04224079A - 溶接用電源を用いたプラズマ切断トーチ用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は一般的には電力供給に
関連し、さらに詳しく言えばプラズマ切断トーチの電力
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属加工産業においては、金属部材や構
造を接続するための溶接電力供給装置を使用する。プラ
ズマ切断は溶接の過程において、ある形に溶接されるべ
き部材を用意する切断のために用いられる。したがって
、アーク溶接とプラズマ切断は金属加工産業の多くの応
用においてしばしば同時に用いられる２つ過程である。 それぞれの過程は溶接トーチまたは切断トーチにある特
性を持つ電力を供給する手段を必要としている。両方の
過程に電力を供給するために２つの分けられた電力装置
が従来のシステムにおいては用いられてきており、１つ
はプラズマ切断を実行するものであり，他の一方はアー
ク溶接を実行するものである。プラズマ切断においては
、高い電圧で低い電流の電力を供給する電源が要求され
ており、例えば，１．２７ｃｍ（１／２インチ）までの
金属を切断するためには，供給されるべき電圧と電流は
典型的には１００〜１２０Ｖで２０〜５０Ａである。一
方、アーク溶接においては，大電流で低い電圧の電力を
供給する電源が要求されており、典型的には２５０Ａで
２０〜３０Ｖを１．２７ｃｍ（１／２インチ）の厚さの
金属を溶接するために用いるためには必要である。プラ
ズマ切断とアーク溶接のためのこれらの異なる要請を満
たすために従来の溶接と切断のシステムにおいては，２
つの異なった電力供給装置が用いられていた。

【０００３】前述したように溶接においては，大電流で
低電圧の電力供給が要求される。切断の工程においては
しかしながら，低電流で高い電圧の電力供給が要求され
ている。通常の溶接用の電力供給装置の出力電圧はプラ
ズマ切断工程のためには十分に高い電圧を供給している
とはいえない。したがって、従来の金属加工においてプ
ラズマ切断を実行するためには全く異なったプラズマ切
断用の電力供給手段を購入する必要があった。建設の現
場において，溶接電流はエンジン駆動による電力供給手
段が用いられており、そこではプラズマ切断の電力供給
のために利用できるような適当な商用電力は多分ないで
あろう。そこで，前述したような問題が発生しないよう
なプラズマ切断用の電力供給手段を提供することが望ま
れている。

【０００４】通常のプラズマ切断の過程においては，圧
縮空気がトーチ冷却とプラズマの形成に利用され，それ
を介してアークが切断を実行するために通過できるよう
に用いられている。圧縮空気はあまり高価ではなく，特
別の取扱上の問題がないので通常使用されている。

【０００５】南カリフォルニアフローレンスのエルテッ
ク（Ｌ−ＴＥＣ）溶接および切断システムス社から販売
されているヘリアーク（Ｈｅｌｉａｒｃ）２５０ＨＦ電
力供給手段においては，切断の過程において要求される
供給電力の電圧をアルゴンを圧縮空気に加えることによ
り，トーチを冷却するとともにプラズマを形成させるこ
とによって，電圧を低下させている。アルゴンと空気が
混合され，圧縮されたものを用いることによって切断ト
ーチと加工対象間の抵抗を減少させ，これによって切断
アークを維持するために必要とされる電圧を低下させて
いる。このようにして切断の工程を変更することによっ
てエルテック社は切断に要求される電圧が通常の切断工
程において要求されるものよりも低いものを提案してい
る。

【０００６】圧縮されたアルゴンと空気の混合気体を用
いているのであるが、その結果切断の品質はあまり良く
ない。また、アルゴンのような高価なガスが必要となる
。このような理由によりエルテック社によって提案され
ている電力手段は、完全に満足すべきものであるとは言
い難い。そこで前述した困難を解消することができる改
良されたプラズマ切断用の電力供給装置を提供すること
が望まれる。

【０００７】

【発明の要約】この発明は通常の直流（ＤＣ）電力供給
装置の出力電圧をプラズマトーチ切断工程の電力に適し
たあるレベルまで昇圧させることにより、他の別のプラ
ズマ切断用の電力供給手段を購入する必要がなくなると
いう観察に基づいたものである。さらにまた，前述した
エルテック社の切断用電力供給装置とは違って，高価な
ガスを要求されることもないのである。さらに加えて，
そのような電力供給装置を用いて実行されるであろう高
い電圧による切断は結果として非常に良い品質の切断を
することができる。建設の現場において，そこでは商業
用電力を用いることができない場所ですら切断のための
電力はエンジン駆動の溶接電力供給装置により可能とな
る。本発明による装置は加工対象物を切断するためのプ
ラズマ切断トーチの電力供給に適している。この装置は
第１の電圧出力を供給するための直流溶接電力供給手段
と前記第１の電圧出力に応答して前記第１の出力よりも
より高い電圧の第２の電圧を供給する昇圧手段とを含ん
でいる。前記第２の電圧出力は加工対象物を切断するた
めの切断トーチへの電力供給に適している。好ましい実
施例においては前記電圧昇圧手段は前記第１の電圧によ
って供給される溶接電力によって供給されたエネルギー
を蓄積するためのインダクターを含む第１のステージを
持っている。電圧昇圧手段はさらに前記第１のステージ
から供給されたエネルギーを受け入れて蓄積し，そして
プラズマ切断トーチへの出力電圧を供給するためのキャ
パシタを含む第２のステージを含んでいる。この２つの
ステージは前記溶接電力供給手段によって供給された第
１の電圧よりもより高い装置の出力電圧を発生させる。

【０００８】

【実施例】図１はワークピース１２を切断するためにプ
ラズマ切断トーチ１４に電力を供給するための装置のブ
ロックダイヤグラムである。図１に示されているように
電源装置１０は直流溶接電源１６と電圧昇圧回路１８を
含んでいる。図１に示されているように直流溶接電源か
ら供給された電力が回路１８を介してトーチとワークピ
ースに供給されると回路１８はワークピースとトーチに
供給される電圧を単にプラズマガス供給のために使われ
る圧縮空気のみがワークピースに与えられたときに行わ
れる切断よりもより高い品質の切断を可能にするように
電圧を昇圧する。図１に示されているように昇圧回路１
８を付加することにより，単に溶接トーチへの電力供給
のみに用いられていた溶接電力供給回路である直流溶接
電源１６は、切断のための電力供給にも利用されること
になる。これにより、１つの溶接電力供給手段によって
溶接と切断の工程の両方に電力を十分に供給できるよう
になる。商用電源を用いることなく、同じ溶接電力供給
がエンジン駆動による溶接電力供給が切断トーチの電力
供給のために利用できる。圧縮空気に加えられる高価な
ガスは要求されない。切断は高い電圧で行われるのであ
るから、高い品質の切断をすることができる。

【０００９】図１に示されているように昇圧回路１８は
２つの段階を持っており、第１のステージは入力電圧の
ところで溶接用電力供給として供給されたエネルギーを
蓄積するためのインダクタを含んでおり、第２のステー
ジは前記第１のステージからもたらされたエネルギーを
受け取って蓄積し、それをプラズマ切断トーチの電力と
して出力電圧を供給する第２のキャパシタを含んでいる
。この２つのステージは一緒になって入力電圧をより高
いものにする。

【００１０】図１に示されているように電源１６の正と
負の端子の両方はプラズマ制御回路２２，昇圧回路１８
を介して接続されている。負の端子は制御回路２２，図
１に示されているようにインダクタＬ１，スイッチＳ２
およびさらに他のインダクタＬ２を介して接続されてい
る。スイッチＳ１とキャパシタＣ１は正の端子をインダ
クタＬ１とＬ２の接続点およびＳ２とＬ２の接続点間に
それぞれ図１に示されているように接続している。スイ
ッチＳ１が閉じられ，スイッチＳ２が開かれると、電源
１６からの電流はインダクタＬ１を充電する。それから
スイッチＳ１が開かれ，スイッチＳ２が閉じられると、
インダクタＬ１に蓄積されていたエネルギーはキャパシ
タＣ１を充電するように流れる。インダクタＬ１および
キャパシタＣ１の値およびＳ１とＳ２のタイミングは電
源１６の正負の端子間の電圧よりもキャパシタＣ１の電
圧が大きくなるように選ばれている。インダクタＬ１と
キャパシタＣ１はキャパシタＣ１上の電圧が他のインダ
クタＬ２により平滑化され、その結果得られた昇圧回路
１８の出力電圧がプラズマ切断用のトーチに用いられ，
良好な切断をするのに通常必要なレンジ内に選ばれてい
る。回路１８の出力はワークピース１２と切断トーチ１
４間に図１に示されているようにワーク１２の切断の過
程において接続される。２つのスイッチＳ１，Ｓ２の内
の１つが１回ごとに閉じられる。例えば、Ｌ１は３００
マイクロヘンリーでＣ１は８００マイクロファラッドで
あり、Ｓ１，Ｓ２の１回ごとの接続時間は０．１ミリセ
コンド（５０％のデューティサイクル）により、溶接用
の電圧を昇圧回路出力でほぼ２倍にすることができる。

【００１１】図２は図１に示した昇圧回路１８，ワーク
ピース１２，切断用トーチ１４を示す回路図であって、
ここにおいてプラズマ制御回路２０とスイッチＳ１，Ｓ
２が本発明の説明のためにより詳細に示されている。さ
らにまた、図２の回路はこの電源回路が適当に動作する
ための機能を実施する回路の特性を含んでいる。図１と
図２を参照するとプラズマ制御回路２０はトランスＴ１
，点弧回路２２，抵抗Ｒ１，リレー接点Ｋ１Ａ，移動セ
ンサ２４，リレーＫ１，フィードバック制御システム２
８，基準電圧発生部２６，ＳＣＲ駆動回路３０，増幅器
Ａ１，Ａ２および並列回路ＳＨ１，ＳＨ２を含んでいる
。スイッチＳ１はシリコン制御整流素子ＳＣＲ１，キャ
パシタＣ２およびインダクタＬ３，およびシリコン制御
整流素子ＳＣＲ２を含むスイッチＳ２を含んでいる。 他のガス用のプラズマ制御およびタイミング機能はブロ
ックダイヤグラム４４の中に含まれている。これらの制
御はプラズマ切断に必要なものであり、当業界において
良く知られているものであるが、この発明においてはあ
まり重要ではない。

【００１２】ＳＣＲ１は駆動回路３０の接続点Ａによっ
て導通させられる。ＳＣＲ１が導通させられた後、それ
はＬ３とＣ２の共振周波数のほぼ半サイクル期間だけ導
通状態を維持しており，ここにおいてＬ３とＣ２がＳＣ
Ｒを電流の方向が変わるときに共振の状況においてオフ
にする。インダクタＬ１のためのオンの時間は固定され
ているからＬ１に蓄積されるエネルギーの量は駆動回路
３０によるＳＣＲのスイッチングの周波数によって決ま
る。このエネルギーは（１／２）ＬＩ２　によって与え
られ、そしてこれはＳＣＲ２がＳＣＲに適当なときにオ
ンになり、ＳＣＲ１がオフであるときにキャパシタＣ１
に移送される。駆動回路３０は，ＳＣＲ１とＳＣＲ２を
それらが少なくとも１回にいずれか一方のみが導通する
ような適当なシーケンスで制御する。昇圧回路１８がオ
フにされたときに、駆動回路３０は両方のスイッチをオ
フにする。

【００１３】回路２０の残りの部分はプラズマ切断工程
の制御のために用いられる。点弧回路２２とトランスＴ
１はトーチ１４でそのトーチとそのチップ１４Ａ間にお
けるパイロットプラズマを発生させる。パイロット電流
は導体４２，抵抗Ｒ１およびリレー接点Ｋ１Ａを介して
流れる。前記トーチがワークピース１２にもたらされる
とアークはトーチ１４とワークピース間に並列抵抗ＳＨ
を介して流れるように移行する。この電流は増幅器Ａ２
によって増幅され、センサ２４によって検出される。移
行センサは続いてリレー接点Ｋ１Ａを開く。これにより
，ワークピースに電流が流れている間、前述したパイロ
ットアーク発生回路は切り離される。

【００１４】基準電圧２６は好ましいプラズマ電流レベ
ルをセットするために用いられる。基準電圧はシステム
２８で増幅器Ａ２からの電流信号（並列抵抗ＳＨ２の両
端電圧に相当する）と比較される。前記フィードバック
システムは、ＳＣＲ１のターンオン周波数を制御してイ
ンダクタＬ１に供給されるエネルギーの量を制御するた
めに、ＳＣＲドライブ信号の周波数を変更する。これに
よってインダクタＬ１中に蓄積されるエネルギーの量は
増減させられる。インダクタＬ１に蓄積されていたエネ
ルギーはキャパシタＣ１に移送されるのであるがここで
蓄積されていたエネルギーは（１／２）ＣＶ２　で与え
られるものであり，ここにおいてＶはキャパシタ間の電
圧である。したがって、スイッチＳ１，Ｓ２のオン，オ
フ時間を制御することによってキャパシタＣ１上の電圧
を制御することができる。シャント抵抗ＳＨ１と増幅器
Ａ１は入力電流が過負荷になった場合の動作を停止する
ためにシャント抵抗ＳＨ１と増幅器Ａ２はその入力電流
をモニタしている。プラズマガス制御部４４はトーチ１
４へのガスの流れを制御する。前述したシステムにおい
て、アークがワークピースに移った後のパイロット電流
のターンオフと電流レベルの制御は通常のものであって
、ここにおいては詳しく説明しない。

【００１５】図３は本発明のプラズマ切断トーチの電源
の回路を示すものであって、昇圧回路１８Ａの具体例を
示している。回路１８Ａは図１，図２のスイッチＳ２が
ダイオードＳ２によってスイッチの代わりをするが、ス
イッチよりは安いダイオードＳ２によって置き換えられ
ているという点に利点がある。回路１８Ａはしかしなが
ら、電源１６Ａからの電流を平滑するための平滑用キャ
パシタＣ’に入力フィルタを必要とする。キャパシタＣ
’は大きなリップル電流に対応するために極めて大容量
のものである。キャパシタＣ’は電源１６Ａからの電流
をスイッチＳ１がインダクタＬ１を電源１６Ａから分離
しているときに平滑する。

【００１６】かくしてスイッチＳ１がオンであるときに
インダクタＬ１は充電される。スイッチＳ１がオンであ
るときにはダイオードＳ２は逆方向にバイヤスされてい
るから、キャパシタＣ１に向かって電流は流れない。イ
ンダクタＬ１が充電されているときにダイオードＳ２が
キャパシタＣ２が充電されていることを妨げているから
、キャパシタＣ１の充電はインダクタＬ１が放電されて
いるときに行なわれる。

【００１７】スイッチＳ１が開かれているときにインダ
クタＬ１の電圧は、極性を変えてインダクタＬ１がキャ
パシタＣ１をダイオードＳ２を介して切断工程に必要な
十分な電圧を充電する。インダクタＬ１の電極の突然の
反転は、例えばオシロスコープで観察するとフライバッ
クを発生させるのであるから、１８Ａの回路構成はフラ
イバック構成と呼ぶことができる。

【００１８】図４はプラズマ切断トーチへの電力回路の
略図であって、１８Ｂの示すさらに他の昇圧回路を図示
している。回路１８Ｂは図３の回路１８Ａと入力平滑フ
ィルタ用キャパシタＣ’が必要であり、さらにスイッチ
の代わりにダイオードＳ２を用いる点において共通して
いる。回路１８Ｂは回路１８Ａと２次コイルが回路１８
Ｂの出力ステージに接続されているトランスであり、コ
イルＬ１の１次コイルが電源１６Ｂの正負の端子に接続
されている。さらに加えて１次および２次コイルのある
点は設置されている。同様にして電源１６の負端子とワ
ークピース１２はともに設置されている。電源１０Ｂは
溶接電源１６Ｂと昇圧回路１８Ｂを含んでおり、トーチ
１４が電源溶接用電源１６Ｂと電気的に分離されており
、溶接電源が図３の電源１０Ａのように設置から分離さ
れている必要がないという点において優れている。さら
にまた、溶接用電源１６Ｂと昇圧回路１８Ｂを接続する
ためにはたった１つのケーブルのみが必要であって昇圧
回路１８Ｂとトーチ１４にも同様に１本のケーブルが必
要である。図１の電源回路１０Ａは両方とも溶接電源供
給と昇圧回路には２本のケーブルが必要であり、同様に
切断トーチとワークピース間にも２本の線が必要である
。ここにおいて切断は電源からかなり離れた距離におい
て行なわれる場合においては、少ない本数のケーブルを
用いることが実質的に有利である。昇圧回路１８Ａと比
較して昇圧回路１８Ｂは２次巻線をＬ１の上に必要とす
る。プラズマ制御回路２０のシャント抵抗ＳＨ１および
ＳＨ２は図２において詳細に示されており図４において
も存在するものである。

【００１９】図５は本発明の第３の具体例を説明するた
めのプラズマ切断トーチ電源回路の回路図を示している
。昇圧回路１８ＣはまたトランスＴ１の第１次コイルと
第２次コイルとによって結合される入力ステージと出力
ステージを持っている。スイッチＳ１とＳ１’はトグル
形式であって、一方がオンのときには他方がオフ、また
他方がオフのときには一方がオンである。スイッチＳ１
がオンのときにインダクタＬ１が充電される。スイッチ
Ｓ１’がオンのときにインダクタＬ１はトランスＴの１
次コイルを介してトランスの２次コイルがキャパシタＣ
１を充電するように放電させられる。Ｓ２はダイオード
であって、インダクタＬ１が放出されている場合におい
てのみトランスＴ１の２次コイルに電流を供給し、Ｌ１
が充電されているときには電流を供給しない。再び回路
１８Ｃの両出力および入力ステージの両方は設置されて
おり、電源１６Ｃの負の出力端子およびワークピース１
２も設置されている。昇圧回路１８Ｃの入力出力ステー
ジおよびワークピースは同じ参照電圧をもっているので
、電源１６Ｃと昇圧回路１８Ｃを接続するためには１本
の接続線で十分であり、昇圧回路１８Ｃとトーチ１４を
接続するのも１本で十分である。

【００２０】トランスＴを用いることによって第１の誘
導ステージと第２の容量ステージを結合されることによ
り、トーチ１４は電源１６Ｃから電気的に分離されてい
る。プラズマ切断用トーチ電源回路１０Ｃは入力キャパ
シタが不要である点，安価なダイオードＳ２が用いられ
ている点，さらに溶接電源が設置から分離される必要が
ないという点において優れている。しかしながらそれは
、さらにスイッチＳ１’とトランスＴを必要にしている
。これに加えてスイッチＳ１’が開いているときにトラ
ンスＴの鉄心を付勢するためにダイオードＤ１が必要と
なる。

【００２１】図６は本発明の第４番目の実施例における
トーチ１４とワークピース１２に電力を供給するための
プラズマ切断トーチ電力供給装置１０の回路図を示して
いる。回路１８Ｄは図５の１８ＣとインダクタＬ１がト
ランスＴ，すなわち第１の誘導ステージにおけるセンタ
ータップに接続されている点において異なっている。同
様に容量性の第２のステージのキャパシタＣ１はトラン
スＴの２次コイルのセンタータップに接続されている。 このような配列はトランスＴの第１次および第２次のコ
イルに自動的に電流が流れるから、トランスの鉄心を例
示するためにリセット電流は必要としない。したがって
回路１８Ｃに比較してダイオードは不要である。Ｓ２，
Ｓ２’はともにダイオードである。スイッチＳ１，Ｓ１
’は下記のテーブルに図解されているように同時にオン
になり得るが，他のサイクルにおいては交互にオフされ
る。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　Ｓ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　Ｓ’　　　　　　サイクル　　１　　　　　
　ｔ１　　　　　　　　　オン　　　　　　　　　　　
　　　　　オン　　　　　　サイクル　　２　　　　　
　ｔ２　　　　　　　　　オフ　　　　　　　　　　　
　　　　　オン　　　　　　サイクル　　３　　　　　
　ｔ３　　　　　　　　　オン　　　　　　　　　　　
　　　　　オン　　　　　　サイクル　　４　　　　　
　ｔ４　　　　　　　　　オン　　　　　　　　　　　
　　　　　オフ　　　　　　サイクル　　５　　　　　
　ｔ５　　　　　　　　　オン　　　　　　　　　　　
　　　　　オン　　　　　　サイクル　　６　　　　　
　ｔ６　　　　　　　　　オフ　　　　　　　　　　　
　　　　　オンかくしてスイッチＳ１，Ｓ２’が両方と
も“オン”のときにインダクタＬ１は電源１６Ｄによっ
て、各１次トランスＴの１次コイルの枝を介して充電さ
れる。スイッチＳ１が“オフ”でスイッチＳ１’が“オ
ン”に止まっている時はインダクタＬ１はトランスＴの
１次コイルの一方の下側の足を介してスイッチＳ’を介
し，キャパシタＣ１を充電する。同様にしてスイッチＳ
１がオンに止まり、スイッチＳ１’が“オフ”のときに
Ｌ１からの電流はトランスの１次コイルの上側の足を通
して流れ、コンデンサＣ１を充電する。したがって、イ
ンダクタＬ１が充電されているときにはダイオードＳ２
，Ｓ２’はキャパシタＣ１が充電されるのを防いでおり
、インダクタＬ１が充電されているときには２つのダイ
オードのいずれか一方がキャパシタＣ１が充電されるこ
とを許容している。再びここにおいても回路１８Ｄの入
力側のインダクティブステージと出力側のキャパシティ
ブステージは両方とも、電源１６Ｄの負端子とワークピ
ース１２と同様に設置されている。これにより電源１６
Ｄと回路１８Ｄを一本の線による接続および１８Ｄとト
ーチ１４も１本の接続線による接続を許容している。ト
ランスが２つのステージを結合するために用いられてい
るのでトーチ１４は電源１６Ｄから電気的に分離されて
いる。図６における電源１０ＤはＳ２，Ｓ２’が両方と
もダイオードであるという点，入力フィルタ用キャパシ
タが不要であるという点，電源とトーチの間には一本の
線のみが必要であるという点において優れている。電源
１０Ｄはさらに他のスイッチＳ１’を必要とし、Ｓ１’
とトランスＴと他のダイオードＳ２’を必要としている
。

【００２２】前述した具体例においてはある回路素子は
、溶接電力供給装置の正の素子にさらに切断トーチに接
続されており、一方他の装置は設置または溶接電力供給
装置とワークピースに接続されている。しかしながら、
多くの例において正と負とのターミナルは実質的に回路
構成を変えることなく入れ換えることができるものであ
る。同様にトーチとワークピースは回路構造を取り替え
ることなく入れ換えることができるものである。昇圧回
路の誘導性のステージと容量性のステージは異なった点
において設置することができるであろう。さらにまた、
設置させられる代わりに溶接電力供給手段の参照電圧源
に昇圧回路とワークピースを接続する必要もある。 そのような変形例は本発明の範囲から逸脱しうるもので
はなく、本発明は付属の請求の範囲においてのみ制限さ
れるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するためのものであって、プラズ
マ切断装置への電力を供給するための電力供給装置のブ
ロック図を示している。図１の電力供給手段は直流溶接
電力供給手段と電圧昇圧回路を含んでいる。

【図２】本発明を説明するための図１の昇圧回路のより
詳細な回路図を示している。

【図３】図１に示した回路とは異なる他の具体例をそれ
ぞれ示す回路図である。

【図４】図１に示した回路とは異なるさらに他の具体例
をそれぞれ示す回路図である。

【図５】図１に示した回路とは異なるさらに他の具体例
をそれぞれ示す回路図である。

【図６】図１に示した回路とは異なるさらに他の具体例
をそれぞれ示す回路図である。

【符号の説明】

Ｃ’，Ｃ１，Ｃ２，…キャパシタ Ｓ１，Ｓ１’Ｓ２，Ｓ２’…スイッチ ＳＣＲ１，ＳＣＲ２…シリコン制御整流素子ＳＨ１，Ｓ
Ｈ２…並列回路（シャント抵抗）Ｔ１…トランス １０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…溶接用電源１
２…ワークピース １４…プラズマ切断トーチ １４Ａ…チップ １６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ…溶接用電源１
８，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ…昇圧回路２０…
プラズマ制御回路 ２２…点弧回路 ２４…センサ ２６…基準電圧発生部 ２８…フィードバック制御システム ３０…ＳＣＲ駆動回路 ４２…導体 ４４…プラズマ制御回路

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ワークピースを切断するためのプラズ
   マ切断トーチへの電力供給装置に直流溶接電源から電圧
   を供給する装置において、溶接電力供給装置からの電力
   を入力電圧において，蓄積するためのインダクタを含む
   第１のステージと、前記第１のステージにおいて蓄積さ
   れた電力を蓄積するためのキャパシタを含み，ワークピ
   ースを切断するためのプラズマ切断トーチに出力電圧を
   供給するためのキャパシタを含む第２のステージであっ
   て、前記２つのステージは入力電圧よりも高い電圧を発
   生させる溶接電源を用いたプラズマ切断トーチ用電源装
   置。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の装置において前記第１
   のステージは，第１のスイッチを含み，前記第２のステ
   ージは第２のスイッチを含んでおり、前記第１のステー
   ジが閉じているときに，前記インダクタは前記溶接電源
   装置からのエネルギーによって充電され，前記第２のス
   イッチが閉じられているときに，前記第１のスイッチは
   開き，前記インダクタに貯蔵されていたエネルギーがプ
   ラズマ切断トーチの電力に適する電圧として前記コンデ
   ンサに充電される溶接用電源を用いたプラズマ切断トー
   チ用電源装置。
3. 【請求項３】　　請求項２記載の装置において、さらに
   フィードバック制御手段を持ち，その手段は前記２つの
   スイッチが常に多くとも１回に１度のスイッチのみが閉
   成されるように制御するフィードバック手段を含んでい
   る溶接用電源を用いたプラズマ切断トーチ用電源装置。
4. 【請求項４】　　請求項１記載の装置においてさらに出
   力平滑回路を含む溶接用電源を用いたプラズマ切断トー
   チ用電源装置。
5. 【請求項５】　　請求項１記載の装置において前記２つ
   のステージは前記インダクタを介して接続されるもので
   あって、前記第２のステージはダイオードを含み，その
   ダイオードは前記インダクタが充電されているときに前
   記キャパシタの充電を防ぎ，前記インダクタが放電中に
   前記キャパシタの充電を許容するものである溶接用電源
   を用いたプラズマ切断トーチ用電源装置。
6. 【請求項６】　　請求項１記載の装置においてさらに前
   記２つのステージを結合するためのトランスを含むもの
   であり，前記第２のステージは前記インダクタが充電さ
   れているときに，前記キャパシタを充電から防ぎ，前記
   インダクタが放電中に前記キャパシタの充電を許容する
   ものである１つのダイオードを含んでいる溶接用電源を
   用いたプラズマ切断トーチ用電源装置。
7. 【請求項７】　　請求項１記載の装置において前記２つ
   のステージは前記インダクタを介して結合されており，
   前記第１のステージは入力フィルタ用キャパシタと前記
   溶接電力供給装置をインダクタに接続するためのスイッ
   チを含み、前記入力フィルタ用キャパシタは，前記スイ
   ッチが前記インダクタを溶接電力供給装置から切り離し
   たときに電流を平滑するものである溶接用電源を用いた
   プラズマ切断トーチ用電源装置。
8. 【請求項８】　　請求項１記載の装置において前記２つ
   のステージを結合するためのトランスを含み、前記第１
   のステージは入力フィルタ用キャパシタと前記インダク
   タに前記溶接出力供給手段を接続するためのスイッチを
   含み、前記入力フィルタ用キャパシタは前記溶接電力供
   給手段の電力を平滑し、前記スイッチは前記インダクタ
   を前記溶接電力供給手段から分離するものである溶接用
   電源を用いたプラズマ切断トーチ用電源装置。
9. 【請求項９】　　請求項１記載の装置において、前記溶
   接電力供給手段は２つの電力供給ターミナルを持ち，前
   記２つのターミナルのうちの１つ，ワークピースと前記
   ２つのステージはそれぞれ参照電圧に接続されており，
   前記装置はさらに以下のものを含む、前記溶接電力供給
   装置を前記２つのステージを前記溶接電力供給手段のタ
   ーミナルに参照電圧でない方で接続するための１本の線
   と前記出力線を２つのステージの出力線をトーチに接続
   する１本の線をさらに含む溶接用電源を用いたプラズマ
   切断トーチ用電源装置。
10. 【請求項１０】　　請求項１記載の装置において、さら
    に前記２つのステージを結合するためのトランスと前記
    溶接電力供給手段を前記トランスのセンタータップに前
    記インダクタを介して接続するための接続線を含む溶接
    用電源を用いたプラズマ切断トーチ用電源装置。
11. 【請求項１１】　　ワークピースを切断するためにプラ
    ズマ切断トーチに電力を供給するための装置であって、
    第１の出力電圧を発生する直流溶接電力供給装置と，前
    記電力供給装置の第１の出力電圧に応答して前記第１の
    出力電圧よりも高い電圧にし，前記第２の出力電圧がワ
    ークピースを切断するための切断トーチへの電力供給に
    適する電圧に昇圧する手段を含む溶接用電源を用いたプ
    ラズマ切断トーチ用電源装置。
12. 【請求項１２】　　請求項１１記載の装置において前記
    電圧昇圧手段は以下の構成を含む、第１のステージにお
    いて前記溶接電力供給手段から供給されたエネルギーを
    蓄積するためのインダクタを含む第１のステージ、前記
    第１のステージから移送されたエネルギーを受けて蓄積
    するためのキャパシタを含む第２のステージをもち，前
    記２つのステージは前記第１の電圧よりも出力電圧をよ
    り高くするものである溶接用電源を用いたプラズマ切断
    トーチ用電源装置。
13. 【請求項１３】　　請求項１２記載の装置において前記
    第１のステージは第１のスイッチと前記第２のステージ
    は第２のスイッチを含み，前記第１のスイッチが閉じら
    れているとき前記インダクタは前記溶接電力供給装置か
    らのエネルギーによって充電され、前記第２のスイッチ
    が閉じられ前記第１のスイッチが開かれているときに前
    記インダクタに蓄積されていたエネルギーはキャパシタ
    にプラズマ切断トーチの電力に適する電圧として供給さ
    れる溶接用電源を用いたプラズマ切断トーチ用電源装置
    。
14. 【請求項１４】　　請求項１３記載の装置において前記
    ２つのスイッチを少なくとも１つの時間において一方の
    みが閉成するように交互に制御するフィードバック制御
    装置を含む溶接用電源を用いたプラズマ切断トーチ用電
    源装置。
15. 【請求項１５】　　請求項１２記載の装置においてさら
    に出力平滑手段を含む溶接用電源を用いたプラズマ切断
    トーチ用電源装置。
16. 【請求項１６】　　請求項１２記載の装置において前記
    ２つのステージは前記インダクタを介して結合されてい
    るものであり，前記第２のステージは前記インダクタが
    充電されているときに前記キャパシタの充電を阻止し，
    前記インダクタが放電中に前記キャパシタの充電を許容
    するようなダイオードを含んでいる溶接用電源を用いた
    プラズマ切断トーチ用電源装置。
17. 【請求項１７】　　請求項１２記載の装置においてさら
    に前記２つのステージを結合するトランジスタを含むも
    のであって，ここにおいて前記第２のステージは前記イ
    ンダクタが充電されているときに前記キャパシタの充電
    を防ぎ，前記キャパシタが前記インダクタが放電させら
    れている間，前記キャパシタの充電を許容するものであ
    る溶接用電源を用いたプラズマ切断トーチ用電源装置。
18. 【請求項１８】　　請求項１２記載の装置において前記
    ２つのステージは前記インダクタを介して接続されてい
    るものであり、ここにおいて前記第１のステージは入力
    平滑キャパシタと１つのスイッチと前記溶接電力供給回
    路に接続されるインダクタを含み、前記溶接電力供給手
    段のための電流平滑回路として前記スイッチが前記イン
    ダクタを溶接電力供給手段から分離しているときに働く
    溶接用電源を用いたプラズマ切断トーチ用電源装置。
19. 【請求項１９】　　請求項１２記載の装置において前記
    ２つのステージを接続するためのトランスを含み前記第
    １のステージは入力平滑用フィルタと前記溶接電力供給
    装置をインダクタに接続するためのスイッチを含み，前
    記入力平滑キャパシタは前記スイッチが前記溶接電力供
    給装置から前記インダクタを分離しているときに，前記
    溶接電力供給手段の電流平滑手段として作用して働く溶
    接用電源を用いたプラズマ切断トーチ用電源装置。
20. 【請求項２０】　　請求項１２記載の装置において前記
    溶接電力供給手段は２つの電力供給ターミナル出力端子
    を持ち，前記２つのターミナルのうちの１つ前記ワーク
    ピースと前記２つのステージはそれぞれ参照電圧に接続
    されているものであり、前記溶接電力供給手段の２つの
    出力端子のうち参照電圧に接続されていない方の端子を
    接続する接続線と前記第２のステージの出力を切断トー
    チに接続する出力線とをさらに含む溶接用電源を用いた
    プラズマ切断トーチ用電源装置。
21. 【請求項２１】　　請求項１２記載の装置において、前
    記２つのステージを結合するためのトランス，前記溶接
    電力接続手段を前記インダクタを介して前記トランスの
    センタータップに出力する接続線とを含む溶接用電源を
    用いたプラズマ切断トーチ用電源装置。
22. 【請求項２２】　　請求項１１記載の装置において、前
    記電圧昇圧手段はさらに平滑出力手段を含む溶接用電源
    を用いたプラズマ切断トーチ用電源装置。
23. 【請求項２３】　　請求項１記載の装置において、前記
    第２のステージは前記ワークピースを切断するために前
    記切断トーチに連続的に電力を供給する溶接用電源を用
    いたプラズマ切断トーチ用電源装置。
24. 【請求項２４】　　請求項１１記載の装置において、前
    記第２のステージは前記ワークピースを切断するために
    切断トーチに連続的に電力を供給する溶接用電源を用い
    たプラズマ切断トーチ用電源装置。