アーク溶接機
【課題】 本発明では、可飽和リアクトルの鉄芯を飽和したときに発生する補助巻線間の電圧が低電圧になるアーク溶接機を提供する。
【解決手段】 電源主回路と、電源主回路の出力に接続し中脚部と両側に外脚部とを有する鉄芯の中脚部に主巻線、主巻線の巻線数より多い第１の補助巻線を両側の一方の外脚部、第２の補助巻線を他方の外脚部に設け第１の補助巻線及び第２の補助巻線の巻線方向を逆方向にして極性が逆になるようにした可飽和リアクトルと、定電流回路及び補助スイッチング素子で形成し補助スイッチング素子の導通に応じて第１の補助巻線及び前記第２の補助巻線に定電流回路から補助電流を通電して鉄芯を飽和させる補助電源回路と、電源主回路を制御し、溶接状態に応じて補助電源駆動信号を出力して補助スイッチング素子を導通させる主制御回路と、を備えたアーク溶接機である。
【解決手段】 電源主回路と、電源主回路の出力に接続し中脚部と両側に外脚部とを有する鉄芯の中脚部に主巻線、主巻線の巻線数より多い第１の補助巻線を両側の一方の外脚部、第２の補助巻線を他方の外脚部に設け第１の補助巻線及び第２の補助巻線の巻線方向を逆方向にして極性が逆になるようにした可飽和リアクトルと、定電流回路及び補助スイッチング素子で形成し補助スイッチング素子の導通に応じて第１の補助巻線及び前記第２の補助巻線に定電流回路から補助電流を通電して鉄芯を飽和させる補助電源回路と、電源主回路を制御し、溶接状態に応じて補助電源駆動信号を出力して補助スイッチング素子を導通させる主制御回路と、を備えたアーク溶接機である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接機に設けられた、特に可飽和リアクトルの技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のアーク溶接機に設けられた直流リアクトルでは、パルス溶接のとき、ピーク電流からベース電流の切り換わり、又は、交流溶接のとき、正極性から負極性の極性が切り換わるとき、アーク切れを抑制するために閉ループの直流リアクトルを使用していた。しかし、直流溶接のとき、炭酸ガス、マグ溶接等において、小電流領域での直流リアクトルのインダクタンス値が大きくなり、溶接ワイヤが短絡からアーク移行するとき短絡電流の立ち上がりに遅れが生じ、溶摘と溶融池との短絡が速やかに破れないのでアーク移行が難しくなる。
【０００３】
図５は、従来技術のアーク溶接機の電気接続図である。同図に示す電源主回路ＰＭは、外部からの溶接開始信号Ｔｓに応じて図示省略の商用交流電源（３相２００Ｖ等）を入力としてインバータ制御、チョッパ制御等による出力制御を行い、溶接状態（溶接法）に応じて、例えば、直流電流、パルス電流、交流電流等に変換して出力する。ワイヤ送給モータ３は、消耗電極である溶接ワイヤ４を送給信号Ｆｗに応じて送給する。
【０００４】
図５に示す従来の可飽和リアクトルＤＬＯは、電源主回路ＰＭの出力に直列接続し出力を平滑して溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗとしてアーク負荷に供給する。図５に示す電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出し溶接電圧検出信号Ｖｄとして出力し、電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出し溶接電流検出信号Ｉｄとして出力する。
【０００５】
図５に示す主制御回路ＳＣは、溶接法設定信号Ｍｄが直流溶接のとき、補助電源駆動信号ＳｄをＨｉｇｈレベルにし下記に示す補助スイッチング素子ＴＲを導通し、パルス溶接又は交流溶接のとき、補助電源駆動信号ＳｄをＬｏｗレベルにし、補助スイッチング素子ＴＲの導通を停止する。
【０００６】
図６は、従来技術の可飽和リアクトルＤＬＯの詳細図であり、鉄芯（コア、以後鉄芯という）ＣＯの両側に外脚部を有し一方の外脚部に主巻線Ｌ１、他方の外脚部に補助巻線Ｌ２を設け、補助巻線Ｌ２は、図５に示す定電流電源ＣＣ及び補助スイッチング素子ＴＲから成る補助電源ＰＣに接続され、定電流電源ＣＣは可飽和リアクトルＤＬＯの鉄心（コア）ＣＯが飽和状態になる予め定めた補助電流Ｉｃを通電する。このとき、可飽和リアクトルＤＬＯの鉄芯ＣＯを飽和状態にするのに、例えば、Ｉｗ＝１００Ａ、Ｌ１＝１０ターンとすると、補助電流Ｉｃを、例えば、２ＡにするにはＬ２が５００ターン必要とする。
【０００７】
図７は、例えば、従来技術の溶接法が交流溶接から直流溶接に変化したときの動作を説明する波形図である。図７において、同図（Ａ）は、溶接開始信号Ｔｓを示し、同図（Ｂ）は、補助電源駆動信号Ｓｄを示し、同図（Ｃ）は、補助電流Ｉｃを示し、同図（Ｄ）は、送給信号Ｆｗを示し、同図（Ｅ）は、補助巻線Ｌ２の巻線間に発生する巻線間電圧Ｄｖを示し、同図（Ｆ）は、出力電圧Ｖｄを示し、同図（Ｇ）は、出力電流Ｉｄを示す。
【０００８】
つぎに、従来技術の動作について、図７の波形図を参照して説明する。
図７（Ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、交流溶接のとき、主制御回路ＳＣは、図７（Ｂ）に示す補助電源駆動信号ＳｄをＬｏｗレベルにして、図５に示す補助スイッチング素子ＴＲを遮断し、定電流電源ＣＣから補助巻線Ｌ２に供給する補助電流Ｉｃの通電を停止する。
【０００９】
図７に示す時刻ｔ＝ｔ１において、同図（Ｇ）に示す出力電流Ｉｄの極性がプラス極性からマイナス極性に切り換わるとき、定電流電源ＣＣから補助巻線Ｌ２に供給する補助電流Ｉｃの通電が停止し可飽和リアクトルＤＬＯの鉄芯ＣＯが非飽和状態でインダクタンス値が大きいので、出力電流Ｉｄの極性が切り換わるときに可飽和リアクトルＤＬＯから電力が供給されアーク切れが抑制される。このとき、主巻線Ｌ１の巻線間電圧が１００Ｖとすると、同図（Ｅ）に示す補助巻線Ｌ２の巻線間に発生する巻線間電圧Ｄｖは、極性切換時に５０００Ｖもの高電圧が発生し、同図（Ｅ）に示す高電圧が補助スイッチング素子ＴＲに印加される。即ち、極性が切り換わるときに高電圧が補助スイッチング素子ＴＲに印加されることになる。
【００１０】
時刻ｔ＝ｔ２において、交流溶接から直流溶接に切り換わると、主制御回路ＳＣは、図７（Ｂ）に示す補助電源駆動信号ＳｄをＨｉｇｈレベルにして、図５に示す補助スイッチング素子ＴＲを導通し、定電流電源ＣＣから補助巻線Ｌ２に補助電流Ｉｃ（例えば、２Ａ）を通電すると共に電源主回路ＰＭの出力を交流から直流にする。
【００１１】
時刻ｔ＝ｔ２以後において、定電流電源ＣＣから補助巻線Ｌ２に補助電流Ｉｃの通電により、可飽和リアクトルＤＬＯの鉄芯ＣＯが飽和状態になりインダクタンス値が小さくなる。このとき、直流溶接の小電流領域において、溶接ワイヤ４が短絡からアーク移行するときの短絡電流の立ち上がりが速くなり、溶摘と溶融池の短絡が容易に破れてアークへの移行が良くなり溶接性が向上する。
【００１２】
しかし、交流溶接のとき、極性が切り換わる度に高い電圧が補助スイッチング素子に印加されてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−４３７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来のアーク溶接機に使用される閉ループの直流リアクトルでは、溶接法が直流溶接のとき、小電流領域でインダクタンス値が大きくなり、溶接ワイヤが短絡からアーク移行するときの短絡電流の立ち上がりが遅くなり、溶接ワイヤのくびれ成長に遅くれが生じ、溶摘と溶融池との短絡が速やかに破れなくなりアーク移行が難しくなる。
【００１５】
この対策として従来では、図６に示す可飽和リアクトルＤＬＯの鉄芯ＣＯの一方の外脚部に主巻線Ｌ１、他方の外脚部に補助巻線Ｌ２を設けて、直流溶接のとき、補助巻線Ｌ２に可飽和リアクトルＤＬＯの鉄芯ＣＯが飽和状態になる補助電流Ｉｃを通電し、可飽和リアクトルＤＬＯのインダクタンス値を小さくして小電流領域での溶接性を向上させていた。
【００１６】
しかし、従来の可飽和リアクトルＤＬＯでは、直流溶接において、補助電流Ｉｃを小さくするために、例えば、Ｉｗ＝１００Ａ、Ｌ１＝１０ターンの１０００ＡＴで飽和するとき、Ｌ２の補助電流が２ＡでＤＬＯを飽和させるには５００ターン以上が必要になり、交流溶接において、極性の切換時に主巻線Ｌ１の巻線間電圧が１００Ｖのとき、補助巻線Ｌ２の巻線間には、極性の切換時に５０００Ｖもの高電圧が発生し、補助スイッチング素子ＴＲでは、極性切換時に高電圧が印加され部品劣化を招いてしまう。さらに、アークスタートを行うとき、可飽和リアクトルＤＬＯのインダクンス値が大きいためスタート電流の立ち上がりが遅くなり、アークのスタート性が悪くなってしまう。
【００１７】
そこで、本発明では、上記２つの課題を解決する可飽和リアクトルを備えたアーク溶接機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決するために、本発明は、商用交流電源を整流しアーク負荷に適した電圧に変換して出力する電源主回路と、前記電源主回路の出力に接続し中脚部と両側に外脚部とを有する鉄芯の前記中脚部に主巻線、前記主巻線の巻線数より多い第１の補助巻線を前記両側の一方の外脚部、第２の補助巻線を他方の外脚部に設け前記第１の補助巻線及び前記第２の補助巻線の巻線方向を逆方向にして極性が逆になるようにした可飽和リアクトルと、定電流回路及び補助スイッチング素子で形成し前記補助スイッチング素子の導通に応じて前記第１の補助巻線及び前記第２の補助巻線に前記定電流回路から予め定めた補助電流を通電して前記鉄芯を飽和させる補助電源回路と、前記電源主回路を制御し、溶接状態に応じて補助電源駆動信号を出力して前記補助スイッチング素子を導通させる主制御回路と、を備えたアーク溶接機である。
【００１９】
第２の発明は、前記主制御回路は、溶接開始信号が入力されると前記補助スイッチング素子を導通させ、予め定めたアークスタート時間が終了すると前記補助スイッチング素子の導通を停止させる、ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接機である。
【００２０】
第３の発明は、前記主制御回路は、前記溶接状態が直流溶接のとき補助電源駆動信号を出力して前記補助スイッチング素子を導通させ、前記溶接状態がパルス溶接のとき前記補助電源駆動信号の出力を停止させて前記補助スイッチング素子を遮断させる、ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接機である。
【００２１】
第４の発明は、前記主制御回路は、前記溶接状態が直流溶接のとき補助電源駆動信号を出力して前記補助スイッチング素子を導通させ、前記溶接状態が交流溶接のとき前記補助電源駆動信号の出力を停止させて前記補助スイッチング素子を遮断させる、ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接機である。
【００２２】
第５の発明は、請求項１に記載のアーク溶接機を構成すること、を特徴とする可飽和リアクトルである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、中脚部と両側に外脚部とを有する鉄芯の中脚部に主巻線、両側の一方の外脚部に第１の補助巻線、他方の外脚部に第２の補助巻線設けて第１の補助巻線及び第２の補助巻線の巻線方向を逆方向にすることで、第１の補助巻線及び第２の補助巻線の巻線電圧の極性が逆になり、第１の補助巻線及び第２の補助巻線が直列接続された補助巻線間の電圧が略零になり、補助スイッチング素子のコレクタ、エミッタ間に印加される電圧が大きく減少するので、部品の劣化が抑制でき製品の耐久性が大きく向上する。
【００２４】
第２の発明によれば、アークスタートを行うときの可飽和リアクトルの鉄芯を飽和状態にしてインダクンス値を小さくすることで、スタート電流の立ち上がりが速くなり、可飽和リアクトルを使用した溶接機のアークスタート性が大きく向上する。
【００２５】
第３の発明及び第４の発明によれば、溶接方法に応じて可飽和リアクトルのインダクタンス値を最適な値に制御するので、直流溶接の小電流領域での溶接性を向上、パルス溶接又は交流溶接での出力電流が切り換えるときのアーク切れを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態１に係るアーク溶接機の電気接続図である。
【図２】実施形態１の動作を説明する波形図である。
【図３】実施形態２の動作を説明する波形図である。
【図４】本発明の可飽和リアクトルの詳細図である。
【図５】従来技術のアーク溶接機の電気接続図である。
【図６】従来技術の可飽和リアクトルの詳細図である。
【図７】従来技術の動作を説明する波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１、図２及び図４を参照して本発明の実施形態１の動作について説明する。
図１は、本発明の実施形態１に係るアーク溶接機の電気接続図である。同図において、図５に示す従来技術のアーク溶接機の電気接続図と同一符号の構成物は、同一動作を行うので説明は省略し、符号の相違する構成物についてのみ説明する。
【００２８】
図４は、本発明の可飽和リアクトルＤＬＮの詳細図であり、図４に示す鉄芯ＣＯ２の中脚部に予め定めた巻数の主巻線Ｌ１、鉄芯ＣＯ２の両側の外脚部に主巻線Ｌ１の巻数より多い、同一巻数の第１の補助巻線Ｌ２、第２の補助巻線Ｌ３を設け、この２つの補助巻線の引き出し線を直列接続し、極性が逆になるように第１の補助巻線Ｌ２、第２の補助巻線Ｌ３の巻線方向を逆方向にする。そして、直列接続された第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３に、補助電流Ｉｃを通電することで鉄芯ＣＯ２は飽和状態になり可飽和リアクトルＤＬＮのインダクタンス値を減少させる。また、鉄芯ＣＯ２は図４に示すように単一鉄心でなく、Ｕコア２を２つ組み合わせてもよい。
【００２９】
図４に示す可飽和リアクトルＤＬＮの両側の外脚部に設けられた第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３に通電する補助電流Ｉｃを小さくするために、Ｉｃ・（Ｌ２＋Ｌ３）＝Ｉｗ・Ｌ１の式より、例えば、Ｉｗ＝１００Ａ、Ｌ１＝１０ターンのとき、Ｌ２＝２５０ターン、Ｌ３＝２５０ターンとして補助電流を２Ａにすると、主巻線Ｌ１の主巻線間に、例えば、１００Ｖが印加されると、第１の補助巻線Ｌ２の巻線間、第２の補助巻線Ｌ３の各巻線間に２５００Ｖに電圧が発生する。しかし、第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３の各巻線間に発生する電圧の極性が逆になり、直列接続された第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３の巻線間電圧は略零電圧になる。
【００３０】
図２は、本発明の実施形態１の動作を説明する波形図である。図２において、同図（Ａ）は、溶接開始信号Ｔｓを示し、同図（Ｂ）は、補助電源駆動信号Ｄｖｃを示し、同図（Ｃ）は、補助電流Ｉｃを示し、同図（Ｄ）は、送給信号Ｆｗを示し、同図（Ｅ）は、第１の補助巻線Ｌ２の巻線間に発生する巻線間電圧Ｖ２を示し、同図（Ｆ）は、第２の補助巻線Ｌ３の巻線間に発生する巻線間電圧Ｖ３を示し、同図（Ｇ）は、第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３が直列接続された補助巻線の巻線間に発生する巻線間電圧Ｄｖを示し、同図（Ｈ）は、出力電圧Ｖｄを示し、同図（Ｉ）は、出力電流Ｉｄを示す。
【００３１】
つぎに、本発明の実施形態１の動作について、図２の波形図を参照して説明する。
図２（Ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、交流溶接のとき、主制御回路ＳＣは、図１（Ｂ）に示す補助電源駆動信号ＳｄをＬｏｗレベルにして、図１に示す補助スイッチング素子ＴＲを遮断し、定電流電源ＣＣから直列接続された第１の補助巻線Ｌ２、第２の補助巻線Ｌ３に図２（Ｃ）に示す補助電流Ｉｃの通電を停止する。
【００３２】
図４に示す主巻線Ｌ１の巻数Ｎｍ、第１の補助巻線Ｌ２の巻数Ｎｌ２、第２の補助巻線Ｌ３の巻数Ｎｌ３とし、例えば、Ｎｍ：Ｎｌ２＝１：２５とすると、Ｖｍ×Ｎｍ＝Ｖ２×Ｎｌ２より Ｖ２＝（Ｎｍ／Ｎｌ２）×Ｖｍとなり、第１の補助巻線Ｌ２の巻数Ｎｌ２の巻線間には、Ｖ２＝２５Ｖｍ巻線間電圧は発生する。同様に第２の補助巻線Ｌ３の巻線間電圧も、Ｖ３＝２５Ｖｍが発生する。
【００３３】
このとき、第１の補助巻線Ｌ２と第２の補助巻線Ｌ３との巻線方向を逆方向にして極性が逆になるので、直列に接続した第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３からなる補助巻線の巻線間電圧Ｄｖは、Ｖ２＋Ｖ３＝（２５Ｖｍ）＋（−２５Ｖｍ）より、略零Ｖになる。
【００３４】
図２に示す時刻ｔ＝ｔ１において、同図（Ｉ）に示す出力電流Ｉｄの極性がプラス極性からマイナス極性に切り換わるとき、定電流電源ＣＣから補第１の補助巻線Ｌ２、第２の補助巻線Ｌ３に供給する補助電流Ｉｃの通電が停止しているので、可飽和リアクトルＤＬＮの鉄芯ＣＯ２が非飽和状態でインダクタンス値が大きいので、出力電流Ｉｄの極性が切り換わるときに可飽和リアクトルＤＬＮから電力が供給されアーク切れが抑制される。そして、極性が切り換わるとき、同図（Ｅ）に示す第１の補助巻線Ｌ２の巻線間電圧Ｖ２には、例えば、−２５００Ｖの高電圧が発生し、同図（Ｆ）に示す第２の補助巻線Ｌ３の巻線間電圧Ｖ３には、例えば、＋２５００Ｖの高電圧が発生する。このとき、第２の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３の各巻線間に発生する電圧の極性が逆になり、直列接続された第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３の巻線間電圧Ｄｖは、同図（Ｇ）に示すように略零電圧になり、補助スイッチング素子ＴＲでは、極性切換時に高電圧は印加されない。
【００３５】
時刻ｔ＝ｔ２において、交流溶接から直流溶接に切り換わると、主制御回路ＳＣは、図２（Ｂ）に示す補助電源駆動信号ＳｄをＨｉｇｈレベルにして、図１に示す補助スイッチング素子ＴＲを導通し、定電流電源ＣＣから直列接続された第１の補助巻線Ｌ２、第２の補助巻線Ｌ３に図２（Ｃ）に示す補助電流Ｉｃの通電を開始する。
【００３６】
時刻ｔ＝ｔ２において、交流溶接から直流溶接に切り換わると、電源主回路ＰＭは、図２（Ｉ）に示す出力電流Ｉｄが交流から直流に変化してアーク負荷に供給する。このとき、可飽和リアクトルの鉄芯ＤＬＮが飽和状態になりインダクタンス値が小さくなるので、図示省略の溶接ワイヤが短絡からアーク移行するときの短絡電流の立ち上がりが速くなり、溶摘と溶融池の短絡が速やかに破れアークへ容易に移行する。
【００３７】
図２に示す時刻ｔ＝ｔ２以後は、補助電源ＰＣから第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３に補助電流Ｉｃが通電し飽和しているので、同図（Ｅ）に示す第１の補助巻線Ｌ２の巻線間電圧Ｖ２及び同図（Ｆ）に示す第２の補助巻線Ｌ３の巻線間電圧Ｖ３が略零Ｖになる。
【００３８】
上述より、補助電源回路ＰＣを形成する補助スイッチング素子のコレクタ、エミッタ間に印加される電圧が大きく減少し、補助スイッチング素子の劣化を抑制できる。
また、可飽和リアクトルＤＬＮの鉄芯ＣＯ２の両端部に設けた第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３を同一巻線数にすることにより、第１の補助巻線及び第２の補助巻線が直列接続されて形成されている補助巻線間の電圧が略零電圧にしているが、第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３を巻線数が若干違ってもよい。例えば、第１の補助巻線と第２の補助巻線との比が、１０：９でも良い。
【００３９】
「実施形態２」
図３は、本発明の実施形態２のアークスタート時の動作を説明する波形図である。図３において、同図（Ａ）は、溶接開始信号Ｔｓを示し、同図（Ｂ）は、補助電源駆動信号Ｓｄを示し、同図（Ｃ）は、補助電流Ｉｃを示し、同図（Ｄ）は、送給信号Ｆｗを示し、同図（Ｅ）は、第１の補助巻線Ｌ２の巻線間に発生する巻線間電圧Ｖ２を示し、同図（Ｆ）は、第２の補助巻線Ｌ３の巻線間に発生する巻線間電圧Ｖ３を示し、同図（Ｇ）は、第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３が直列接続された補助巻線の巻線間に発生する巻線間電圧Ｄｖを示し、同図（Ｈ）は、出力電圧Ｖｄを示し、同図（Ｉ）は、出力電流Ｉｄを示す。
【００４０】
つぎに、本発明の実施形態２の交流溶接でアークスタートのときの動作について、図３の波形図を参照して説明する。
図３（Ａ）に示す溶接開始信号Ｔｓが時刻ｔ＝ｔ１のとき、電源主回路ＰＭに入力されると、電源主回路ＰＭは、同図（Ｄ）に示す送給信号Ｆｗを出力し、溶接ワイヤ４は初期送給速度での送給が開始されると共に、図１に示す補助スイッチング素子ＴＲを同図（Ｂ）に示す補助電源駆動信号ＳｄをＨｉｇｈレベルにして導通し、補助電源ＰＣから第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３に同図（Ｃ）に示す補助電流Ｉｃの通電を開始する。
【００４１】
時刻ｔ＝ｔ１のとき、補助電源ＰＣから第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３に補助電流Ｉｃを通電して可飽和リアクトルＤＬＮの鉄心ＣＯ２を飽和させるので、同図（Ｅ）に示す第１の補助巻線Ｌ２の巻線間電圧Ｖ２及び同図（Ｆ）に示す第２の補助巻線Ｌ３の巻線間電圧Ｖ３が略零電圧になる。
【００４２】
上記に加えて、時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２の初期送給時間のとき無負荷状態のため、図４に示す主巻線Ｌ１に主電流が通電しないので、直列に接続した第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３からなる補助巻線の巻線間電圧Ｄｖは略零電圧になる。
【００４３】
図３に示す時刻ｔ＝ｔ２において、溶接ワイヤ４が被加工物２に接触すると、出力電圧Ｖｄは無負荷電圧（例えば、１００Ｖ）から短絡電圧（略零電圧）へと変化する。このとき、電源主回路ＰＭは、図３（Ｉ）に示す出力電圧Ｖｄの値が短絡基準電圧値Ｖｒｆ未満になると溶接ワイヤ４が被溶接物２に接触したと判別し、図３（Ｉ）に示す予め定めた値の初期電流を通電する。このとき、可飽和リアクトルＤＬＮの鉄芯ＣＯ２は、補助電流Ｉｃの通電によって飽和状態になりインダクタンス値が小さくなっているので、時刻ｔ＝ｔ２からのスタート電流の上昇率が非常に大きくアークが容易に発生する。
【００４４】
時刻ｔ＝ｔ３のとき、アークが発生し出力電圧Ｖｄの値が短絡基準電圧値Ｖｒｆ以上、又は図３（Ｊ）に示す初期電流が通電し予め定めた基準電流値Ｉｒｆ以上、又は初期電流が基準電流値Ｉｒｆ以上になって予め定めた時間が過ぎたとき、アークスタート時間が終了し補助電源ＰＣから補助電流Ｉｃの通電を停止し、鉄芯ＣＯ２の飽和状態を解除する。そして、直列に接続した第１の補助巻線Ｌ２の巻線間電圧Ｖ２及び同図（Ｆ）に示す第２の補助巻線Ｌ３の巻線間電圧Ｖ３は、主巻線Ｌ１に通電する初期電流に応じて電圧が発生る。そして、時刻ｔ＝ｔ４において、初期電流の時間が終了すると通常の溶接電流の移行に応じて電圧が変化する。
【００４５】
時刻ｔ＝ｔ５において、アークスタートから通常の交流溶接になり、図３（Ｉ）に示す出力電流Ｉｄの極性がプラス極性からマイナス極性に切り換わる。このとき、可飽和リアクトルＤＬＮの鉄芯ＣＯ２が非飽和状態でインダクタンス値が大きく、極性切り換え時に可飽和リアクトルから電力が供給されアーク切れが抑制される。そして、以後は上述の実施形態１と同一動作を行うので説明は省略する。
【００４６】
上述より、アークスタートを行うとき、可飽和リアクトルＤＬＮの鉄芯ＣＯ２を飽和状態にしてインダクタンス値を小さくすることで、スタート電流の立ち上がりが速くなり、交流溶接でアークのスタート性が大きく向上する。
【符号の説明】
【００４７】
１ トーチ
２ 被加工物
３ 送給モータ
４ 溶接ワイヤ
ＣＣ 定電流電源
ＤＬＯ 可飽和リアクトル（従来）
ＤＬＮ 可飽和リアクトル（本発明）
Ｆｗ 送給信号
ＰＣ 補助電源回路
ＰＭ 電源主回路
ＳＣ 主制御回路
Ｓｄ 補助電源駆動信号
Ｔｓ 溶接開始信号
ＴＲ 補助スイッチング素子
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 出力電圧信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 出力電流信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接機に設けられた、特に可飽和リアクトルの技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のアーク溶接機に設けられた直流リアクトルでは、パルス溶接のとき、ピーク電流からベース電流の切り換わり、又は、交流溶接のとき、正極性から負極性の極性が切り換わるとき、アーク切れを抑制するために閉ループの直流リアクトルを使用していた。しかし、直流溶接のとき、炭酸ガス、マグ溶接等において、小電流領域での直流リアクトルのインダクタンス値が大きくなり、溶接ワイヤが短絡からアーク移行するとき短絡電流の立ち上がりに遅れが生じ、溶摘と溶融池との短絡が速やかに破れないのでアーク移行が難しくなる。
【０００３】
図５は、従来技術のアーク溶接機の電気接続図である。同図に示す電源主回路ＰＭは、外部からの溶接開始信号Ｔｓに応じて図示省略の商用交流電源（３相２００Ｖ等）を入力としてインバータ制御、チョッパ制御等による出力制御を行い、溶接状態（溶接法）に応じて、例えば、直流電流、パルス電流、交流電流等に変換して出力する。ワイヤ送給モータ３は、消耗電極である溶接ワイヤ４を送給信号Ｆｗに応じて送給する。
【０００４】
図５に示す従来の可飽和リアクトルＤＬＯは、電源主回路ＰＭの出力に直列接続し出力を平滑して溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗとしてアーク負荷に供給する。図５に示す電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出し溶接電圧検出信号Ｖｄとして出力し、電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出し溶接電流検出信号Ｉｄとして出力する。
【０００５】
図５に示す主制御回路ＳＣは、溶接法設定信号Ｍｄが直流溶接のとき、補助電源駆動信号ＳｄをＨｉｇｈレベルにし下記に示す補助スイッチング素子ＴＲを導通し、パルス溶接又は交流溶接のとき、補助電源駆動信号ＳｄをＬｏｗレベルにし、補助スイッチング素子ＴＲの導通を停止する。
【０００６】
図６は、従来技術の可飽和リアクトルＤＬＯの詳細図であり、鉄芯（コア、以後鉄芯という）ＣＯの両側に外脚部を有し一方の外脚部に主巻線Ｌ１、他方の外脚部に補助巻線Ｌ２を設け、補助巻線Ｌ２は、図５に示す定電流電源ＣＣ及び補助スイッチング素子ＴＲから成る補助電源ＰＣに接続され、定電流電源ＣＣは可飽和リアクトルＤＬＯの鉄心（コア）ＣＯが飽和状態になる予め定めた補助電流Ｉｃを通電する。このとき、可飽和リアクトルＤＬＯの鉄芯ＣＯを飽和状態にするのに、例えば、Ｉｗ＝１００Ａ、Ｌ１＝１０ターンとすると、補助電流Ｉｃを、例えば、２ＡにするにはＬ２が５００ターン必要とする。
【０００７】
図７は、例えば、従来技術の溶接法が交流溶接から直流溶接に変化したときの動作を説明する波形図である。図７において、同図（Ａ）は、溶接開始信号Ｔｓを示し、同図（Ｂ）は、補助電源駆動信号Ｓｄを示し、同図（Ｃ）は、補助電流Ｉｃを示し、同図（Ｄ）は、送給信号Ｆｗを示し、同図（Ｅ）は、補助巻線Ｌ２の巻線間に発生する巻線間電圧Ｄｖを示し、同図（Ｆ）は、出力電圧Ｖｄを示し、同図（Ｇ）は、出力電流Ｉｄを示す。
【０００８】
つぎに、従来技術の動作について、図７の波形図を参照して説明する。
図７（Ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、交流溶接のとき、主制御回路ＳＣは、図７（Ｂ）に示す補助電源駆動信号ＳｄをＬｏｗレベルにして、図５に示す補助スイッチング素子ＴＲを遮断し、定電流電源ＣＣから補助巻線Ｌ２に供給する補助電流Ｉｃの通電を停止する。
【０００９】
図７に示す時刻ｔ＝ｔ１において、同図（Ｇ）に示す出力電流Ｉｄの極性がプラス極性からマイナス極性に切り換わるとき、定電流電源ＣＣから補助巻線Ｌ２に供給する補助電流Ｉｃの通電が停止し可飽和リアクトルＤＬＯの鉄芯ＣＯが非飽和状態でインダクタンス値が大きいので、出力電流Ｉｄの極性が切り換わるときに可飽和リアクトルＤＬＯから電力が供給されアーク切れが抑制される。このとき、主巻線Ｌ１の巻線間電圧が１００Ｖとすると、同図（Ｅ）に示す補助巻線Ｌ２の巻線間に発生する巻線間電圧Ｄｖは、極性切換時に５０００Ｖもの高電圧が発生し、同図（Ｅ）に示す高電圧が補助スイッチング素子ＴＲに印加される。即ち、極性が切り換わるときに高電圧が補助スイッチング素子ＴＲに印加されることになる。
【００１０】
時刻ｔ＝ｔ２において、交流溶接から直流溶接に切り換わると、主制御回路ＳＣは、図７（Ｂ）に示す補助電源駆動信号ＳｄをＨｉｇｈレベルにして、図５に示す補助スイッチング素子ＴＲを導通し、定電流電源ＣＣから補助巻線Ｌ２に補助電流Ｉｃ（例えば、２Ａ）を通電すると共に電源主回路ＰＭの出力を交流から直流にする。
【００１１】
時刻ｔ＝ｔ２以後において、定電流電源ＣＣから補助巻線Ｌ２に補助電流Ｉｃの通電により、可飽和リアクトルＤＬＯの鉄芯ＣＯが飽和状態になりインダクタンス値が小さくなる。このとき、直流溶接の小電流領域において、溶接ワイヤ４が短絡からアーク移行するときの短絡電流の立ち上がりが速くなり、溶摘と溶融池の短絡が容易に破れてアークへの移行が良くなり溶接性が向上する。
【００１２】
しかし、交流溶接のとき、極性が切り換わる度に高い電圧が補助スイッチング素子に印加されてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−４３７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来のアーク溶接機に使用される閉ループの直流リアクトルでは、溶接法が直流溶接のとき、小電流領域でインダクタンス値が大きくなり、溶接ワイヤが短絡からアーク移行するときの短絡電流の立ち上がりが遅くなり、溶接ワイヤのくびれ成長に遅くれが生じ、溶摘と溶融池との短絡が速やかに破れなくなりアーク移行が難しくなる。
【００１５】
この対策として従来では、図６に示す可飽和リアクトルＤＬＯの鉄芯ＣＯの一方の外脚部に主巻線Ｌ１、他方の外脚部に補助巻線Ｌ２を設けて、直流溶接のとき、補助巻線Ｌ２に可飽和リアクトルＤＬＯの鉄芯ＣＯが飽和状態になる補助電流Ｉｃを通電し、可飽和リアクトルＤＬＯのインダクタンス値を小さくして小電流領域での溶接性を向上させていた。
【００１６】
しかし、従来の可飽和リアクトルＤＬＯでは、直流溶接において、補助電流Ｉｃを小さくするために、例えば、Ｉｗ＝１００Ａ、Ｌ１＝１０ターンの１０００ＡＴで飽和するとき、Ｌ２の補助電流が２ＡでＤＬＯを飽和させるには５００ターン以上が必要になり、交流溶接において、極性の切換時に主巻線Ｌ１の巻線間電圧が１００Ｖのとき、補助巻線Ｌ２の巻線間には、極性の切換時に５０００Ｖもの高電圧が発生し、補助スイッチング素子ＴＲでは、極性切換時に高電圧が印加され部品劣化を招いてしまう。さらに、アークスタートを行うとき、可飽和リアクトルＤＬＯのインダクンス値が大きいためスタート電流の立ち上がりが遅くなり、アークのスタート性が悪くなってしまう。
【００１７】
そこで、本発明では、上記２つの課題を解決する可飽和リアクトルを備えたアーク溶接機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決するために、本発明は、商用交流電源を整流しアーク負荷に適した電圧に変換して出力する電源主回路と、前記電源主回路の出力に接続し中脚部と両側に外脚部とを有する鉄芯の前記中脚部に主巻線、前記主巻線の巻線数より多い第１の補助巻線を前記両側の一方の外脚部、第２の補助巻線を他方の外脚部に設け前記第１の補助巻線及び前記第２の補助巻線の巻線方向を逆方向にして極性が逆になるようにした可飽和リアクトルと、定電流回路及び補助スイッチング素子で形成し前記補助スイッチング素子の導通に応じて前記第１の補助巻線及び前記第２の補助巻線に前記定電流回路から予め定めた補助電流を通電して前記鉄芯を飽和させる補助電源回路と、前記電源主回路を制御し、溶接状態に応じて補助電源駆動信号を出力して前記補助スイッチング素子を導通させる主制御回路と、を備えたアーク溶接機である。
【００１９】
第２の発明は、前記主制御回路は、溶接開始信号が入力されると前記補助スイッチング素子を導通させ、予め定めたアークスタート時間が終了すると前記補助スイッチング素子の導通を停止させる、ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接機である。
【００２０】
第３の発明は、前記主制御回路は、前記溶接状態が直流溶接のとき補助電源駆動信号を出力して前記補助スイッチング素子を導通させ、前記溶接状態がパルス溶接のとき前記補助電源駆動信号の出力を停止させて前記補助スイッチング素子を遮断させる、ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接機である。
【００２１】
第４の発明は、前記主制御回路は、前記溶接状態が直流溶接のとき補助電源駆動信号を出力して前記補助スイッチング素子を導通させ、前記溶接状態が交流溶接のとき前記補助電源駆動信号の出力を停止させて前記補助スイッチング素子を遮断させる、ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接機である。
【００２２】
第５の発明は、請求項１に記載のアーク溶接機を構成すること、を特徴とする可飽和リアクトルである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、中脚部と両側に外脚部とを有する鉄芯の中脚部に主巻線、両側の一方の外脚部に第１の補助巻線、他方の外脚部に第２の補助巻線設けて第１の補助巻線及び第２の補助巻線の巻線方向を逆方向にすることで、第１の補助巻線及び第２の補助巻線の巻線電圧の極性が逆になり、第１の補助巻線及び第２の補助巻線が直列接続された補助巻線間の電圧が略零になり、補助スイッチング素子のコレクタ、エミッタ間に印加される電圧が大きく減少するので、部品の劣化が抑制でき製品の耐久性が大きく向上する。
【００２４】
第２の発明によれば、アークスタートを行うときの可飽和リアクトルの鉄芯を飽和状態にしてインダクンス値を小さくすることで、スタート電流の立ち上がりが速くなり、可飽和リアクトルを使用した溶接機のアークスタート性が大きく向上する。
【００２５】
第３の発明及び第４の発明によれば、溶接方法に応じて可飽和リアクトルのインダクタンス値を最適な値に制御するので、直流溶接の小電流領域での溶接性を向上、パルス溶接又は交流溶接での出力電流が切り換えるときのアーク切れを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態１に係るアーク溶接機の電気接続図である。
【図２】実施形態１の動作を説明する波形図である。
【図３】実施形態２の動作を説明する波形図である。
【図４】本発明の可飽和リアクトルの詳細図である。
【図５】従来技術のアーク溶接機の電気接続図である。
【図６】従来技術の可飽和リアクトルの詳細図である。
【図７】従来技術の動作を説明する波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１、図２及び図４を参照して本発明の実施形態１の動作について説明する。
図１は、本発明の実施形態１に係るアーク溶接機の電気接続図である。同図において、図５に示す従来技術のアーク溶接機の電気接続図と同一符号の構成物は、同一動作を行うので説明は省略し、符号の相違する構成物についてのみ説明する。
【００２８】
図４は、本発明の可飽和リアクトルＤＬＮの詳細図であり、図４に示す鉄芯ＣＯ２の中脚部に予め定めた巻数の主巻線Ｌ１、鉄芯ＣＯ２の両側の外脚部に主巻線Ｌ１の巻数より多い、同一巻数の第１の補助巻線Ｌ２、第２の補助巻線Ｌ３を設け、この２つの補助巻線の引き出し線を直列接続し、極性が逆になるように第１の補助巻線Ｌ２、第２の補助巻線Ｌ３の巻線方向を逆方向にする。そして、直列接続された第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３に、補助電流Ｉｃを通電することで鉄芯ＣＯ２は飽和状態になり可飽和リアクトルＤＬＮのインダクタンス値を減少させる。また、鉄芯ＣＯ２は図４に示すように単一鉄心でなく、Ｕコア２を２つ組み合わせてもよい。
【００２９】
図４に示す可飽和リアクトルＤＬＮの両側の外脚部に設けられた第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３に通電する補助電流Ｉｃを小さくするために、Ｉｃ・（Ｌ２＋Ｌ３）＝Ｉｗ・Ｌ１の式より、例えば、Ｉｗ＝１００Ａ、Ｌ１＝１０ターンのとき、Ｌ２＝２５０ターン、Ｌ３＝２５０ターンとして補助電流を２Ａにすると、主巻線Ｌ１の主巻線間に、例えば、１００Ｖが印加されると、第１の補助巻線Ｌ２の巻線間、第２の補助巻線Ｌ３の各巻線間に２５００Ｖに電圧が発生する。しかし、第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３の各巻線間に発生する電圧の極性が逆になり、直列接続された第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３の巻線間電圧は略零電圧になる。
【００３０】
図２は、本発明の実施形態１の動作を説明する波形図である。図２において、同図（Ａ）は、溶接開始信号Ｔｓを示し、同図（Ｂ）は、補助電源駆動信号Ｄｖｃを示し、同図（Ｃ）は、補助電流Ｉｃを示し、同図（Ｄ）は、送給信号Ｆｗを示し、同図（Ｅ）は、第１の補助巻線Ｌ２の巻線間に発生する巻線間電圧Ｖ２を示し、同図（Ｆ）は、第２の補助巻線Ｌ３の巻線間に発生する巻線間電圧Ｖ３を示し、同図（Ｇ）は、第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３が直列接続された補助巻線の巻線間に発生する巻線間電圧Ｄｖを示し、同図（Ｈ）は、出力電圧Ｖｄを示し、同図（Ｉ）は、出力電流Ｉｄを示す。
【００３１】
つぎに、本発明の実施形態１の動作について、図２の波形図を参照して説明する。
図２（Ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、交流溶接のとき、主制御回路ＳＣは、図１（Ｂ）に示す補助電源駆動信号ＳｄをＬｏｗレベルにして、図１に示す補助スイッチング素子ＴＲを遮断し、定電流電源ＣＣから直列接続された第１の補助巻線Ｌ２、第２の補助巻線Ｌ３に図２（Ｃ）に示す補助電流Ｉｃの通電を停止する。
【００３２】
図４に示す主巻線Ｌ１の巻数Ｎｍ、第１の補助巻線Ｌ２の巻数Ｎｌ２、第２の補助巻線Ｌ３の巻数Ｎｌ３とし、例えば、Ｎｍ：Ｎｌ２＝１：２５とすると、Ｖｍ×Ｎｍ＝Ｖ２×Ｎｌ２より Ｖ２＝（Ｎｍ／Ｎｌ２）×Ｖｍとなり、第１の補助巻線Ｌ２の巻数Ｎｌ２の巻線間には、Ｖ２＝２５Ｖｍ巻線間電圧は発生する。同様に第２の補助巻線Ｌ３の巻線間電圧も、Ｖ３＝２５Ｖｍが発生する。
【００３３】
このとき、第１の補助巻線Ｌ２と第２の補助巻線Ｌ３との巻線方向を逆方向にして極性が逆になるので、直列に接続した第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３からなる補助巻線の巻線間電圧Ｄｖは、Ｖ２＋Ｖ３＝（２５Ｖｍ）＋（−２５Ｖｍ）より、略零Ｖになる。
【００３４】
図２に示す時刻ｔ＝ｔ１において、同図（Ｉ）に示す出力電流Ｉｄの極性がプラス極性からマイナス極性に切り換わるとき、定電流電源ＣＣから補第１の補助巻線Ｌ２、第２の補助巻線Ｌ３に供給する補助電流Ｉｃの通電が停止しているので、可飽和リアクトルＤＬＮの鉄芯ＣＯ２が非飽和状態でインダクタンス値が大きいので、出力電流Ｉｄの極性が切り換わるときに可飽和リアクトルＤＬＮから電力が供給されアーク切れが抑制される。そして、極性が切り換わるとき、同図（Ｅ）に示す第１の補助巻線Ｌ２の巻線間電圧Ｖ２には、例えば、−２５００Ｖの高電圧が発生し、同図（Ｆ）に示す第２の補助巻線Ｌ３の巻線間電圧Ｖ３には、例えば、＋２５００Ｖの高電圧が発生する。このとき、第２の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３の各巻線間に発生する電圧の極性が逆になり、直列接続された第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３の巻線間電圧Ｄｖは、同図（Ｇ）に示すように略零電圧になり、補助スイッチング素子ＴＲでは、極性切換時に高電圧は印加されない。
【００３５】
時刻ｔ＝ｔ２において、交流溶接から直流溶接に切り換わると、主制御回路ＳＣは、図２（Ｂ）に示す補助電源駆動信号ＳｄをＨｉｇｈレベルにして、図１に示す補助スイッチング素子ＴＲを導通し、定電流電源ＣＣから直列接続された第１の補助巻線Ｌ２、第２の補助巻線Ｌ３に図２（Ｃ）に示す補助電流Ｉｃの通電を開始する。
【００３６】
時刻ｔ＝ｔ２において、交流溶接から直流溶接に切り換わると、電源主回路ＰＭは、図２（Ｉ）に示す出力電流Ｉｄが交流から直流に変化してアーク負荷に供給する。このとき、可飽和リアクトルの鉄芯ＤＬＮが飽和状態になりインダクタンス値が小さくなるので、図示省略の溶接ワイヤが短絡からアーク移行するときの短絡電流の立ち上がりが速くなり、溶摘と溶融池の短絡が速やかに破れアークへ容易に移行する。
【００３７】
図２に示す時刻ｔ＝ｔ２以後は、補助電源ＰＣから第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３に補助電流Ｉｃが通電し飽和しているので、同図（Ｅ）に示す第１の補助巻線Ｌ２の巻線間電圧Ｖ２及び同図（Ｆ）に示す第２の補助巻線Ｌ３の巻線間電圧Ｖ３が略零Ｖになる。
【００３８】
上述より、補助電源回路ＰＣを形成する補助スイッチング素子のコレクタ、エミッタ間に印加される電圧が大きく減少し、補助スイッチング素子の劣化を抑制できる。
また、可飽和リアクトルＤＬＮの鉄芯ＣＯ２の両端部に設けた第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３を同一巻線数にすることにより、第１の補助巻線及び第２の補助巻線が直列接続されて形成されている補助巻線間の電圧が略零電圧にしているが、第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３を巻線数が若干違ってもよい。例えば、第１の補助巻線と第２の補助巻線との比が、１０：９でも良い。
【００３９】
「実施形態２」
図３は、本発明の実施形態２のアークスタート時の動作を説明する波形図である。図３において、同図（Ａ）は、溶接開始信号Ｔｓを示し、同図（Ｂ）は、補助電源駆動信号Ｓｄを示し、同図（Ｃ）は、補助電流Ｉｃを示し、同図（Ｄ）は、送給信号Ｆｗを示し、同図（Ｅ）は、第１の補助巻線Ｌ２の巻線間に発生する巻線間電圧Ｖ２を示し、同図（Ｆ）は、第２の補助巻線Ｌ３の巻線間に発生する巻線間電圧Ｖ３を示し、同図（Ｇ）は、第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３が直列接続された補助巻線の巻線間に発生する巻線間電圧Ｄｖを示し、同図（Ｈ）は、出力電圧Ｖｄを示し、同図（Ｉ）は、出力電流Ｉｄを示す。
【００４０】
つぎに、本発明の実施形態２の交流溶接でアークスタートのときの動作について、図３の波形図を参照して説明する。
図３（Ａ）に示す溶接開始信号Ｔｓが時刻ｔ＝ｔ１のとき、電源主回路ＰＭに入力されると、電源主回路ＰＭは、同図（Ｄ）に示す送給信号Ｆｗを出力し、溶接ワイヤ４は初期送給速度での送給が開始されると共に、図１に示す補助スイッチング素子ＴＲを同図（Ｂ）に示す補助電源駆動信号ＳｄをＨｉｇｈレベルにして導通し、補助電源ＰＣから第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３に同図（Ｃ）に示す補助電流Ｉｃの通電を開始する。
【００４１】
時刻ｔ＝ｔ１のとき、補助電源ＰＣから第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３に補助電流Ｉｃを通電して可飽和リアクトルＤＬＮの鉄心ＣＯ２を飽和させるので、同図（Ｅ）に示す第１の補助巻線Ｌ２の巻線間電圧Ｖ２及び同図（Ｆ）に示す第２の補助巻線Ｌ３の巻線間電圧Ｖ３が略零電圧になる。
【００４２】
上記に加えて、時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２の初期送給時間のとき無負荷状態のため、図４に示す主巻線Ｌ１に主電流が通電しないので、直列に接続した第１の補助巻線Ｌ２及び第２の補助巻線Ｌ３からなる補助巻線の巻線間電圧Ｄｖは略零電圧になる。
【００４３】
図３に示す時刻ｔ＝ｔ２において、溶接ワイヤ４が被加工物２に接触すると、出力電圧Ｖｄは無負荷電圧（例えば、１００Ｖ）から短絡電圧（略零電圧）へと変化する。このとき、電源主回路ＰＭは、図３（Ｉ）に示す出力電圧Ｖｄの値が短絡基準電圧値Ｖｒｆ未満になると溶接ワイヤ４が被溶接物２に接触したと判別し、図３（Ｉ）に示す予め定めた値の初期電流を通電する。このとき、可飽和リアクトルＤＬＮの鉄芯ＣＯ２は、補助電流Ｉｃの通電によって飽和状態になりインダクタンス値が小さくなっているので、時刻ｔ＝ｔ２からのスタート電流の上昇率が非常に大きくアークが容易に発生する。
【００４４】
時刻ｔ＝ｔ３のとき、アークが発生し出力電圧Ｖｄの値が短絡基準電圧値Ｖｒｆ以上、又は図３（Ｊ）に示す初期電流が通電し予め定めた基準電流値Ｉｒｆ以上、又は初期電流が基準電流値Ｉｒｆ以上になって予め定めた時間が過ぎたとき、アークスタート時間が終了し補助電源ＰＣから補助電流Ｉｃの通電を停止し、鉄芯ＣＯ２の飽和状態を解除する。そして、直列に接続した第１の補助巻線Ｌ２の巻線間電圧Ｖ２及び同図（Ｆ）に示す第２の補助巻線Ｌ３の巻線間電圧Ｖ３は、主巻線Ｌ１に通電する初期電流に応じて電圧が発生る。そして、時刻ｔ＝ｔ４において、初期電流の時間が終了すると通常の溶接電流の移行に応じて電圧が変化する。
【００４５】
時刻ｔ＝ｔ５において、アークスタートから通常の交流溶接になり、図３（Ｉ）に示す出力電流Ｉｄの極性がプラス極性からマイナス極性に切り換わる。このとき、可飽和リアクトルＤＬＮの鉄芯ＣＯ２が非飽和状態でインダクタンス値が大きく、極性切り換え時に可飽和リアクトルから電力が供給されアーク切れが抑制される。そして、以後は上述の実施形態１と同一動作を行うので説明は省略する。
【００４６】
上述より、アークスタートを行うとき、可飽和リアクトルＤＬＮの鉄芯ＣＯ２を飽和状態にしてインダクタンス値を小さくすることで、スタート電流の立ち上がりが速くなり、交流溶接でアークのスタート性が大きく向上する。
【符号の説明】
【００４７】
１ トーチ
２ 被加工物
３ 送給モータ
４ 溶接ワイヤ
ＣＣ 定電流電源
ＤＬＯ 可飽和リアクトル（従来）
ＤＬＮ 可飽和リアクトル（本発明）
Ｆｗ 送給信号
ＰＣ 補助電源回路
ＰＭ 電源主回路
ＳＣ 主制御回路
Ｓｄ 補助電源駆動信号
Ｔｓ 溶接開始信号
ＴＲ 補助スイッチング素子
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 出力電圧信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 出力電流信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源を整流しアーク負荷に適した電圧に変換して出力する電源主回路と、前記電源主回路の出力に接続し中脚部と両側に外脚部とを有する鉄芯の前記中脚部に主巻線、前記主巻線の巻線数より多い第１の補助巻線を前記両側の一方の外脚部、第２の補助巻線を他方の外脚部に設け前記第１の補助巻線及び前記第２の補助巻線の巻線方向を逆方向にして極性が逆になるようにした可飽和リアクトルと、定電流回路及び補助スイッチング素子で形成し前記補助スイッチング素子の導通に応じて前記第１の補助巻線及び前記第２の補助巻線に前記定電流回路から予め定めた補助電流を通電して前記鉄芯を飽和させる補助電源回路と、前記電源主回路を制御し、溶接状態に応じて補助電源駆動信号を出力して前記補助スイッチング素子を導通させる主制御回路と、を備えたアーク溶接機。
【請求項２】
前記主制御回路は、溶接開始信号が入力されると前記補助スイッチング素子を導通させ、予め定めたアークスタート時間が終了すると前記補助スイッチング素子の導通を停止させる、ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接機。
【請求項３】
前記主制御回路は、前記溶接状態が直流溶接のとき前記補助電源駆動信号を出力して前記補助スイッチング素子を導通させ、前記溶接状態がパルス溶接のとき前記補助電源駆動信号の出力を停止させて前記補助スイッチング素子を遮断させる、ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接機。
【請求項４】
前記主制御回路は、前記溶接状態が直流溶接のとき前記補助電源駆動信号を出力して前記補助スイッチング素子を導通させ、前記溶接状態が交流溶接のとき前記補助電源駆動信号の出力を停止させて前記補助スイッチング素子を遮断させる、ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接機。
【請求項５】
請求項１に記載のアーク溶接機を構成すること、を特徴とする可飽和リアクトル。
【請求項１】
商用交流電源を整流しアーク負荷に適した電圧に変換して出力する電源主回路と、前記電源主回路の出力に接続し中脚部と両側に外脚部とを有する鉄芯の前記中脚部に主巻線、前記主巻線の巻線数より多い第１の補助巻線を前記両側の一方の外脚部、第２の補助巻線を他方の外脚部に設け前記第１の補助巻線及び前記第２の補助巻線の巻線方向を逆方向にして極性が逆になるようにした可飽和リアクトルと、定電流回路及び補助スイッチング素子で形成し前記補助スイッチング素子の導通に応じて前記第１の補助巻線及び前記第２の補助巻線に前記定電流回路から予め定めた補助電流を通電して前記鉄芯を飽和させる補助電源回路と、前記電源主回路を制御し、溶接状態に応じて補助電源駆動信号を出力して前記補助スイッチング素子を導通させる主制御回路と、を備えたアーク溶接機。
【請求項２】
前記主制御回路は、溶接開始信号が入力されると前記補助スイッチング素子を導通させ、予め定めたアークスタート時間が終了すると前記補助スイッチング素子の導通を停止させる、ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接機。
【請求項３】
前記主制御回路は、前記溶接状態が直流溶接のとき前記補助電源駆動信号を出力して前記補助スイッチング素子を導通させ、前記溶接状態がパルス溶接のとき前記補助電源駆動信号の出力を停止させて前記補助スイッチング素子を遮断させる、ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接機。
【請求項４】
前記主制御回路は、前記溶接状態が直流溶接のとき前記補助電源駆動信号を出力して前記補助スイッチング素子を導通させ、前記溶接状態が交流溶接のとき前記補助電源駆動信号の出力を停止させて前記補助スイッチング素子を遮断させる、ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接機。
【請求項５】
請求項１に記載のアーク溶接機を構成すること、を特徴とする可飽和リアクトル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１３９１８（Ｐ２０１３−１３９１８Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４８８７７（Ｐ２０１１−１４８８７７）
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月５日（２０１１．７．５）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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