JPS63101083A

JPS63101083A - 抵抗溶接機

Info

Publication number: JPS63101083A
Application number: JP61247894A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Namiki; 三夫並木
Original assignee: Miyachi Electronic Co
Current assignee: Miyachi Electronic Co
Priority date: 1986-10-18
Filing date: 1986-10-18
Publication date: 1988-05-06
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: JPH0694078B2; US4734556A

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】（産業上の利用分野）本発明は、インバータ式の抵抗溶接機に関し、特に安定
な溶接品質を得るように工夫したものである。

（従来の技術）最近、電源回路にインバータを用いる抵抗溶接機が市場
に現れ、普及の兆しを見せている。このインバータ式抵
抗溶接機は、これまで最も多用されている単相交流式抵
抗溶接機に比較して次のような特長がある。

（り、溶接トランスに高周波交流を通すため、トランス
を小型にできる。したがって、例えばロボット溶接に適
用した場合、ロボットアーム先端部に溶接トランスを搭
載して二次ケーブルを不要にすることが可能であり、そ
うするとケーブルコストが浮くだけでなく、ケーブルに
よる電力損失がなくなり省電力化が図れる。

（２）、直流の溶接電流なので、発熱効率が高い。した
がって、溶接電流を比較的小さくしたり、あるいは通電
時間を比較的短くすることが可能であり消費電力の節約
と溶接電極の長寿命化が図れる。

（３）、三相の商用交流電源が使用可能で、その場合三
相平衡負荷になり、力率もよい。

ところで、従来のインバータ式抵抗溶接機では定電流タ
イマを組込み、通電期間中は溶接電流の実効値が一定に
なるような制御を行っていた。これは、単相交流式にお
ける定電流位相制御の思想を踏襲したもので、溶接電流
を主要な溶接条件とし、これを一定に保つことでバラツ
キの少ない安定な溶接品質を得ようとするものである。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、単相交流式では交流の溶接電流であるの
に対しインバータ式では直流の溶接電流であり、この直
流電流が一定に保たれると、むしろ不具合が生じること
がある。例えば、被溶接材が小物金属や薄い金属板の場
合には、１０ミリ秒。

２０ミリ秒などのように非常に短い通電時間の間に抵抗
が急速に変化し、特に低い加圧力が選ばれるため通電初
期には溶接部の接触抵抗値は高くなっているが、溶接電
流が一定に保たれるため、抵抗発熱が過大になってスプ
ラッシュ（爆飛）の発生する率が高い。また、通電終期
にな乏と、溶接電極と被溶接材間の接触面積が増大して
抵抗値が低くなるが、それでも溶接電流が一定に保たれ
るため、溶接部での電流密度が減少して抵抗発熱が小さ
くなり、溶接不良になるおそれがある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、溶接
電極間に供給する電力を一定に制御して安定な溶接品質
を得るようにしたインバータ式の抵抗溶接機を提供する
ことを目的とする。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成する本発明の構成は、商用交流を整流し
て直流にし、該直流をインバータにより所定周波数のパ
ルス状高周波交流に変換し、該高周波交流を溶接トラン
スに通したのち整流器に通して再び直流にし、この直流
を溶接電極を介して被溶接材に供給するようにした抵抗
溶接機において、溶接電極間に印加される直流電圧を検
出する電圧検出手段と；溶接電極間を流れる直流電流を
検出する電流検出手段と；電圧検出手段および電流検出
手段よりそれぞれ得られる電圧値および電流値を基に溶
接電極間に供給される電力を演算する電力演算手段と；
任意に設定可能な一定の電力値を与える電力設定手段と
；電力演算手段より得られる電力値と電力設定手段より
与えられる一定電力値とを比較して両者間の誤差を示す
誤差信号を生成する電力比較手段と；誤差信号に応答し
、溶接電極間に供給される電力が一定に保持されるよう
に該所定周波数に同期して高周波交流のパルス幅を制御
するパルス幅制御手段とを具備することを特徴とする。

（作用）第３図ないし第５ＪｊｇＪにつき本発明の詳細な説明す
る。

第３図は溶接電極間の構成を示す。図示のように、一対
の溶接電極１０ａ、１０ｂが２つの被溶接材１２ａ、１
２ｂを挟むように接触した杖態でそれら溶接電極間に加
圧力が印加され且つ直流の溶接電流Ｉが流される。この
よ′うな構成においてＲ１，Ｒ５はそれぞれ溶接電極１
０　ａ、　　１０　ｂの抵抗、Ｒ２，Ｒ４はそれぞれ電
極１０　ａ、　　１０　ｂと被溶接材１２ａ、１２ｂ間
の接触面の抵抗、Ｒ３は被溶接材１２ａ、１２ｂの抵抗
である。溶接電流Ｉが流れると、それら各抵抗で抵抗発
熱（ジュール熱）が生じる。

そして、溶接電極１０　ａ、　　１０　ｂ間に供給され
る電力Ｐは次のように表される。

Ｐ　＝　Ｉ　Ｖ　＝　Ｉ”Ｒ＝　Ｉ　（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ
３＋Ｒ４＋Ｒ５）本発明では、電圧検出手段、電流検出
手段、電力演算手段、電力設定手段、電力比較手段およ
びパルス幅制御手段により高周波数で動作する定電力制
御のフィードバックループが形成される。これによって
、通電期間中、いずれかの抵抗Ｒ１が変化しても、その
変化分を補うように電圧Ｖおよび電流Ｉが変化すること
により電力Ｐ（したがって、抵抗発熱）はほぼ一定に保
たれ、安定な溶接品質が得られる。

例えば、被溶接材１２　ａ、　　１２　ｂがそれぞれ小
物金属と薄い金属板の場合には、第４図（Ａ）に示すよ
うに通電初期には小物金属１２ａと金属薄板１２ｂ間は
線接触状態になっているが、通電終期には第４図（Ｂ）
に示すように両者間は面接触状態になる。したがって、
抵抗Ｒ（特に、そのうちのＲ２，Ｒ３，Ｒ４）は短い通
電時間の間に第５図に示すように通電初期の高い値から
通電終期の低い値まで急激に変化する。

このような抵抗変化に対し、従来のように一定の電流が
供給されると、通電初期にはスプラッシュが発生する一
方、通電終期には溶接電流不足になることが多い。

しかるに、本発明では、高い周波数に同期して微細に定
電力制御が行われるので、短い通電期間中でも初期には
溶接電流が抑制されてスプラッシュが防止され、終期に
近づくにつれて溶接電流は迅速に増大し、はぼ一定な電
力で良好な溶接品質が確保される。

なお、小物金属や薄い金属板に限らず、固有抵抗または
表面抵抗の高い金属の溶接などに対しても、本発明は有
効に作用する。

（実施例）以下、第１図および第２図を参照して本発明の詳細な説
明する。

第１図は、本発明の一実施例によるインバータ式抵抗溶
接機の主要な構成を示す。

Ｌ三相の商用交流電源端子２０に整流回路２２の入力端子
が接続され、整流回路２２の出力端子には直流が得られ
る。この直流はコイル２４とコンデンサ２６からなる平
滑回路で平滑されてからインバータ回路２８に入力され
る。このインバータ回路２８は、パワートランジスタま
たはＦＥＴなどで構成される周知のもので、入力の直流
を高周波のスイッチングで切り刻むようにしてパルス状
（矩形）の高周波交流を出力する。インバータ回路２８
のスイッチングひいてはその高周波交流出力のパルス幅
は、インバータドライブ回路５６を介してパルス幅制御
回路５２により可変制御される。

インバータ回路２８より出力される高周波交流は溶接ト
ランス３０の一次側に供給され、その二次側には降圧さ
れた高周波交流が得られ、これはダイオード３２ａ、３
２ｂからなる整流回路３４により直流に整流される。そ
して、この直流が溶接電極１０ａ、１０ｂを介して被溶
接材１２ａ。

１２ｂに供給される。

さて、本実施例では、溶接電極１０ａ、１０ｂの間に電
圧平均値演算回路３８が接続される。この電圧平均値演
算回路３８は、周波数発生器５４からインバ・−夕のス
イッチングと等しい高周波数ｆのタイミング信号ＴＳを
受け、その周波数毎に電極間印加電圧Ｖの平均値を演算
し、その電圧平均値を表す電圧信号Ｓｖを電力演算回路
４６に出力する。

一方、整流回路３４と溶接電極１０ｂとの間の配線（二
次導体）にトロイダルコイル４０が設けられ、このトロ
イダルコイル４０は溶接電流Ｉの微分値を表す出力電圧
を発生する。トロイダルコイル４０の出力電圧は、積分
回路からなる波形復元回路４２を介して電流平均値演算
回路４４に供給される。電流平均値演算回路４４は、周
波数発生器５４からインバータのスイッチング周波数と
等しい一定周波数ｆのタイミング信号ＴＳを受けその周
波数毎に溶接電流Ｉの平均値を演算し、その電流平均値
を表す電圧信号Ｓｌを電力演算回路４６に出力する。

電力演算回路４６は、両入力電圧信号ＳＶ、Ｓ＋を基に
電圧平均値と電流平均値との積、すなわち周波数ｆ毎の
電力平均値を演算し、その電力平均値を表す電圧信号Ｓ
Ｐを電力比較回路４８の一方の入力端子に供給する。電
力比較回路４８の他方の入力端子には基準電力値発生器
５０より一定の設定電力値に対応した電圧信号ＳＱが供
給され、電力比較回路４０はそれら両入力電圧信号ＳＰ
。

ＳＱを周波数ｆ毎に比較してそれらの比較誤差（したが
って、演算された電力平均値と設定電力値との比較誤差
）を示す誤差電圧ＥＲを生成し、これをパルス幅制御回
路５２に与える。

このパルス幅制御回路５２は、パルス幅変調（ＰＷＭ）
によりインバータ回路２８の高周波交流出力を制御する
もので、周波数発生器５４から例えば一定周波数ｆの三
角波信号を変調波として入力し、これを誤差電圧ＥＲと
比較することによって“Ｈ”と“Ｌ”の二値レベルを有
するパルス状のＰＷＭ信号Ｓ　ＰＷＭを生成し、これに
基づいてイア　／（−夕回路２８の各トランジスタをオ
ン・オフ制御する。シーケンス回路５８は、パルス幅制
御回路５２に対して通電開始と終了を指示するとともに
基準電力値発生器５０に対して通電期間中だけ上記電圧
信号ＳＯを発生させる。

次に、第２図のタイミング図を例として上記構成の動作
を説明する。

先ず、時刻ｔＳで、シーケンス回路５８より通電開始の
指示がパルス幅制御回路５２に与えられると、直ちにパ
ルス幅制御回路６２はＰＷＭ信号ＳＰＷＭ（第２図Ｈ）
をインバータドライブ回路５６に供給してインバータ回
路２８を作動させる。

これにより、ＰＷＭ信号Ｓ　ＰＷＭに応じた高周波数と
パルス幅をもつ交流がインバータ回路２８より出力され
、溶接トランス３０および整流回路３４を介して該交流
に応じた直流の溶接電圧Ｖ（第２図Ｂ）および溶接電流
Ｉ（第２図Ａ）が溶接電極１０ａ、１０ｂ間に供給され
る。

これによって、抵抗溶接が開始されるとともに本実施例
による定電力制御のフィードバックループが作動する。

すなわち、トロイダルコイル４０．波形復元回路４２お
よび電流平均値演算回路４４により一定周期Ｔ　ｏ（＝
　ｌ／ｆ）毎に溶接電流Ｉの平均値（第２図Ｃ）が得ら
れる。一方、電圧平均値演算回路３８により一定周期Ｔ
　ｏ（＝　ｌ／ｆ）毎に溶接電圧Ｖの平均値（第２図Ｄ
）が得られる。そして、電力演算回路４６により一定周
期Ｔｏ毎に溶接電極１０　ａ　＋１０ｂ間に供給される
電力の平均値（第２図Ｅ）が得られ、電力比較回路４８
はその電力平均値と基準電力（第２図Ｆ）との比較誤差
（第２図Ｇ）をパルス幅制御回路５２に与え、パルス幅
制御回路５２はその誤差に応じてＰＷＭ信号Ｓ　ＰＷＨ
のパルス幅ひいてはインバータ回路２８の出力高周波数
出力のパルス幅を微細に可変制御する。本実施例では、
基準電力値発生器５０より与えられる基準電力値（電圧
信号ＳＱ）が第２図（Ｆ）に示すように徐々に立ち上が
り、これに倣うように溶接電流Ｉ（第２図Ａ）および供
給電力Ｐ（第２図Ｅ）が徐々に立ち上がる。なお、電力
比較回路４８より出力される誤差信号ＥＲは一定のバイ
アス電圧Ｅｃを中心として変化するようになっている。

さて、このような通電の途中で、例えば時刻を阿で溶接
電極間の抵抗が急に高くなり、それによって溶接電流Ｉ
が低下したとする。そうすると、電流平均値（第２図Ｃ
）が低下し、結果として電力平均値（第２図Ｅ）も低下
することにより、比較誤差（第２図Ｇ）が負方向に変化
し、その変化分を補うようにＰ　Ｗ　Ｍ信号ＳＰＷＭ（
第２図Ｈ）のパルス幅が増大する。その結果、インバー
タ回路２８の高周波交流出力のパルス幅が増大し、それ
によって電極間印加電圧Ｖ（第２図Ｂ）のパルス幅が増
大し、ひいては電圧平均値（第２図Ｄ）が増大すること
になり、電力平均値の低下は最小限に喰い止められ、安
定な溶接品質が確保される。

゛第２図において、時刻ｔＭ付近の点線は、本実施例に
よる定電力制御のフィードバックループが働かない場合
の各値、各信号の波形を示す。この場合には、溶接電流
Ｉが急激に減少したとき、それを補うようにＰＷＭ信号
Ｓ　Ｐ’ＷＭないし電極間印加電圧Ｖが変化することは
ないため、電力平均値Ｐは急激に低下し、それで電力不
足が生じて溶接品質に影響を来す。

なお、第２図では、図解を容易にするため、溶接電極間
電圧ＶおよびＰＷＭ信号Ｓ　ＰＷＭのパルス幅ないし周
期ＴＯを相対的に大きく示している。

、実際には高周波数で、例えば５００μｓｅｃはどの短
い時間幅である。

（発明の効果）以上のように、本発明によれば、定電力制御によりイン
バータの高周波交流出力をパルス幅制御するようにした
ので、通電期間中に抵抗などの急激な変化が生じても電
力ひいては抵抗発熱がほぼ一定に維持され、安定した溶
接品質が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によるインバータ式抵抗溶
接機の主要な構成を示すブロック図、第２図は、第１図
の抵抗溶接機の動作を説明するためのタイミング図、お
よび第３図ないし第５図は、それぞれ本発明の作用説明する
ための図である。１０　ａ、　　１０　ｂ・・・・溶接電極％　　１２ａ
＋　　１２ｂ・・・・被溶接材、　２２・・・・整流回
路、　２８・・・・インバータ回路、　３０・・・・溶
接変圧器、　３４・・・・整流回路、　３６・・・・電
圧平均値演算回路、　４０・・・・トロイダルコイル、
　４２・・・・波形復元回路、４４・・・・電力平均値
演算回路、　４６・・・・電力演算回路、　４８・・・
・電力比較回路、　５０・・・・基準電力値発生器、　
５２・・・・パルス幅制御回路、５４・・・・周波数発
生器。特許出願人　宮　地　電　子　株　式　会　社　　　“
代理人　弁理士　佐々木　を　孝さ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）商用交流を整流して直流にし、前記直流をインバ
ータにより所定周波数のパルス状高周波交流に変換し、
前記高周波交流を溶接トランスに通したのち整流器に通
して再び直流にし、この直流を溶接電極を介して被溶接
材に供給するようにした抵抗溶接機において、前記溶接電極間に印加される直流電圧を検出する電圧検
出手段と、前記溶接電極間を流れる直流電流を検出する電流検出手
段と、前記電圧検出手段および電流検出手段よりそれぞれ得ら
れる電圧値および電流値を基に前記溶接電極間に供給さ
れる電力を演算する電力演算手段と、任意に設定可能な一定の基準電力値を与える電力設定手
段と、前記電力演算手段より得られる電力値と前記電力設定手
段より与えられる基準電力値とを比較して両者間の誤差
を示す誤差信号を生成する電力比較手段と、前記誤差信号に応答し、前記溶接電極間に供給される電
力が一定に保持されるように前記所定周波数に同期して
前記高周波交流のパルス幅を制御するパルス幅制御手段
と、を具備することを特徴とする抵抗溶接機。
（２）前記電圧検出手段および前記電流検出手段はそれ
ぞれ前記直流電圧および前記直流電流を前記一定周波数
毎に検出し、前記電力演算手段は前記電力を前記一定周
波数毎に演算する、特許請求の範囲第１項に記載の抵抗
溶接機。