プラズマアーク電源およびその制御方法
【課題】低電流域で、複数台の電源ユニットを同時に駆動することによるエネルギーロスを防止し、より安定した負荷電流を得る。
【解決手段】電源ユニットＵ１のみでパイロットアーク電流から小電流域の負荷電流の生成を負担し、小電流域を越えると残りの（Ｎ−１）台の電源ユニットＵ２〜Ｕ４を駆動し、全電流を合成した電流を負荷に供給するようにして、低電流域での電力消費を抑えた安定したプラズマアーク電源とする。
【解決手段】電源ユニットＵ１のみでパイロットアーク電流から小電流域の負荷電流の生成を負担し、小電流域を越えると残りの（Ｎ−１）台の電源ユニットＵ２〜Ｕ４を駆動し、全電流を合成した電流を負荷に供給するようにして、低電流域での電力消費を抑えた安定したプラズマアーク電源とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電源ユニットを用いた溶接機や切断機のプラズマアーク電源およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶接機や切断機に用いられるプラズマアーク電源としてインバータ式のものがよく知られている。溶接機や切断機は、用途に応じて小電流域から大電流域まで容量を調整して使用される。
【０００３】
特許文献１には、同一構成の複数台のインバータ式抵抗溶接機をそれぞれインバータ毎に溶接トランスを介して接続し、この溶接トランスの二次側を直接並列接続すると共に同期信号と通信手段によって電源の容量アップができるようにする技術が開示されている。このように、標準容量のインバータで構成される電源ユニットを複数台並列接続して電源装置とし、交流電源のゼロクロスから作成した同期信号によって各インバータを同期起動するようにしているため、容量を後から容易に増減でき、故障の際の交換が短時間で済むようにできる。
【０００４】
ところで、溶接や切断のエネルギーＰはインダクタンス値Ｌと電流Ｉの２乗との積で求めることができ、Ｐ＝（１／２）＊Ｌ＊Ｉ＊Ｉで表わされる。特許文献１のように各電源ユニットが同期して同時起動する場合、電流を各電源ユニットで分散して出力するため、例えば電源ユニットの数を４つとするとエネルギーＰは、Ｐ＝４＊｛（１／２）＊Ｌ＊（Ｉ／４）＊（Ｉ／４）｝となる。従って全体の、Ｐ＝（１／８）Ｌ＊Ｉ＊Ｉとなり、エネルギーＰは一つの電源で実行する場合の４分の１となる。こういったエネルギーＰのロスは、本来低いエネルギーしか必要としなくてもいい小電流域においては効率が悪いという問題がある。４つの電源ユニットを用いた場合、一つの電源を用いた場合と同様のエネルギーを得るためには、各電源ユニットの電流を４倍に上げるか、複雑な計算をしてインダクタンスＬをその都度変更しなければならない。また特許文献１に開示された発明では、電源ユニットが全て同時に駆動されるため、複数の電源ユニットに対してプラズマアーク発生時の不安定な状態が電流のふらつき分も含めて加算されるため、出力される負荷電流がより不安定状態となり、安定するまでに時間がかかるといった問題も含んでいた。
【０００５】
そこで、本出願人は特許文献１に先立って特許文献２に示す発明をなした。特許文献２は、Ｎ台の直流電源装置を備え、所定の直流電源装置のみ運転して負荷にパイロットアーク電流を給電した後、各直流電源装置を並列運転する電源において、並列運転指令信号が供給される並列運転指令端子からの信号を積分信号とこの信号の反転信号を生成する積分器と、負荷給電量の基準信号と反転信号とを乗算する第１の乗算器と、基準信号を１／Ｎに減衰する減衰器と、積分信号と減衰器の出力信号とを乗算する第２の乗算器と、第１の乗算器と第２の乗算器の出力信号とを加算する加算器を備え、加算器の出力信号により所定の直流電源装置により残りの直流電源装置の出力設定信号を形成するものである。このように構成することにより、所定の直流電源装置がまず単独運転されてパイロットアークを生成し、その後所定の直流電源装置が基準電源の１／Ｎに相当する電流値に滑らかに下降し、他の直流電源装置が基準電源の１／Ｎに相当する電流値に滑らかに上昇してすみやかに並列運転に移行でき、アークスタート時の給電を安定させることが開示されている。特許文献２の発明によれば、特許文献１で開示された作用効果も全て達成することができ、しかもアークスタート時の安定性をも効果として得ることができる。
【０００６】
特許文献２による直流電源装置の電流の制御タイミングにつき、図５を用いて説明する。図５ではＮを４とし、所定の直流電源装置を電源ユニットＵ１、（Ｎ−１）台の直流電源装置を３台の電源ユニットＵ２、Ｕ３、Ｕ４としている。負荷電流としてＩCを得る場合、ｔ1で電源ユニットＵ１により電極にパイロットアーク電流ＩPを流してパイロットアークを開始し、トーチを母材に近づけてプラズマアーク電流Ｉaを発生させる。プラズマアーク電流Ｉaの検出により、電源ユニットＵ１はメインアークに移行すると同時に電源ユニットＵ２、Ｕ３、Ｕ４が駆動される。電源ユニットＵ１のアーク電流はＩa／４に徐々に下降制御され、電源ユニットＵ２、Ｕ３、Ｕ４は夫々のアーク電流がＩa／４になるように徐々に上昇制御される。このようにして得た電流を全て加算することで、安定した負荷電流Ｉaを得て溶接や切断を行う。次に電源を調整して負荷電流をＩbに変更すると、全ての電源ユニットＵ１〜Ｕ４のアーク電流がＩb／４まで上昇し、これらを加算して負荷電流Ｉbを得ることができる。
【特許文献１】「特開平８−１３５０号」公報、「インバータ式抵抗溶接機の並列システム」
【特許文献２】「特開平６−１９０５６２号」公報、「プラズマアーク用電源」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２の発明によっても特に小電流領域で並列駆動によりエネルギーが１／Ｎになってしまうという問題点を含んでいる。例えば母材が非常に薄い金属板の溶接や切断断時、或いは母材に小電流域を用いて文字や記号を刻印するような小電流のみ必要な場合にも全ての直流電源装置を使用するため、省電力での作業ができずエネルギーが無駄になるという問題がある。
【０００８】
例えばプラズマアーク電流Ｉaとして１００Ａ必要な場合、４つの電源ユニットで負担する電流は２５Ａずつであり、パイロット電流とそれ程変わらない電流を得るために、全電源ユニットを駆動することとなる。このような小電流域で全ての電源ユニットがノイズなどの影響で急激に上下動した場合、全電源ユニットの変動が加算されてノイズなどの影響が４倍に増幅されてしまう。大電流を供給している場合にはその影響は小さいが、小電流域で電流値が大きく変動するとトーチの温度が急上昇して電極が変形する恐れやアーク切れを起こす可能性があった。またインダクタンスをＬとすると、エネルギーＰは一台の電源ユニットでは５０００＊Ｌであるのに対し、４台を駆動することにより１２５０＊Ｌにまで落ちてしまう。用途に応じてエネルギーをある程度得るためにはインダクタンスＬを変更して対応することも考えられるが、インダクタンスの可変領域を抑え、簡単な構成で広い領域の負荷電流を得て故障対応や設備投資を容易にできるという、複数の電源ユニットを用いるメリットがなくなってしまう。さらに環境に配慮して、本来電力消費が少ないと考えられる小電流域で、簡単な構成で電力の無駄を抑えて省エネルギーを達成することが社会的にも求められている。
【０００９】
そこで、この発明は、複数の電源ユニットの駆動タイミングを制御することで、小電流域でエネルギーの無駄を省けるとともに安定したプラズマアーク電源を適用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するために、本発明は、プラズマアーク電源において、Ｎ台の直流電源ユニットのうち１台の直流電源ユニットによりパイロットアーク電流を出力し、小電流域においては引き続き１台の直流電源ユニットのみで負荷電流を供給し、出力設定手段により小電流域を超える負荷電流が指示されたとき、リレー回路を駆動して１台の直流電源ユニットのみで負荷電流を所定の電流値まで上昇させ、前記１台の直流電源ユニットの電流値が前記所定の電流値に達すると（Ｎ−１）台の直流電源ユニットが駆動されるようリレー信号を出力するとともに、Ｎ台の直流電源ユニットが信号分配器によって決定された電流値に基づいて分配された電流を生成して得た全出力を負荷電流とするものである。
【００１１】
即ち、この発明が適用されるプラズマアーク電源は、Ｎ台の直流電源ユニットを有し、パイロットアーク電流を出力する１台の直流電源ユニットのみで小電流域を負担し、残りの（Ｎ−１）台の直流電源ユニットは、小電流域を超える負荷電流を得る場合のみに駆動して負荷電流を生成するものである。このように直流電源ユニットの駆動タイミングを制御することにより、初期の設備投資を容易にして故障時の対応が簡単にできるという、複数の直流電源ユニットを用いるプラズマアーク電源のメリットを全て生かした上で、更に出力が不安定になる可能性のある小電流域でも安定した負荷電流を得ることができ、小電流域での消費電力を抑えることが可能になる。
【００１２】
また（Ｎ−１）台の直流電源ユニットの立ち上がりは非常に緩やかなソフトスタートを採用することができる。そのため、（Ｎ−１）台の直流電源ユニットの立ち上げ時に発生するオーバーシュートを抑えることができる。
【００１３】
小電流域を超える負荷電流を得るためにＮ台全ての直流電源を駆動したとき、負荷電流をＮ等分して分配する（つまり、各直流電源ユニットが生成する電流を均等に負担する）ことができる。その場合は、Ｎ台の直流電源装置および放熱構造などの周囲の環境を同様に構成することができる。
【００１４】
また、パイロットアーク電流を出力する１台の直流電源ユニットと、それ以外の（Ｎ−１）台の各直流電源ユニットで生成する電流値が異なるようにすることもできる。例えば、（Ｎ−１）台の各々が負担する電流値を１台の負担する電流値よりも大きくして、パイロットアーク電流を含めてＮ台の直流電源ユニットが生成する総電流値を均等に分担するようにして、回路の担う負担をほぼ等分にすることで機器全体の故障等のリスクを分散させることもできる。小電流域としておよそ１００Ａ以下の電流とすれば、小電流域を負担するために必要な直流電源ユニットは１台で十分であり、複数台の直流電源ユニットで生成した合成電流を用いる必要はない。つまり、消費電力やノイズ対策などさまざまな観点から、小電流域を１００Ａ以下にすると好適である。このように１台の直流電源ユニットで１００Ａ以下程度の領域を負担し、それを超える負荷電流を得る場合にのみ他の（Ｎ−１）台の直流電源ユニットを駆動するようにすれば、パイロットアーク電流を流してプラズマアークを発生させた直後の不安定な状態にさらに不安定要素を付加することが防止でき、その上、少ないエネルギーのみ必要な作業時に消費電力を低く抑えることができる。
【発明の効果】
【００１５】
上述したように、本発明によれば、プラズマアーク電源およびその制御方法において、小電流域でエネルギーの無駄を省けるとともに安定性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
１．第１実施形態
この発明の一実施形態を図１〜図３を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態を示すブロック図、図２は電流に関するフローチャート、図３はタイミングチャートであり、それぞれＮ＝４の場合を例示している。
【００１７】
（１）プラズマアーク電源の構造
図１に示すプラズマアーク電源は、溶接機や切断機に用いられる。
同一構成の電源ユニットＵ１〜Ｕ４は、運転スイッチ５をＯＮにすると、リレー回路７、信号分配器６に立ち上がりのタイミングが制御されて駆動される。電源ユニットＵ１〜Ｕ４はそれぞれ出力電流Ｉ１〜Ｉ４が図示しない検出器によってフィードバック制御され、指示された所定の電流を出力するよう制御される。母材に与えられる負荷電流Ｉcは出力設定手段８により電流値が指示されて、用途に応じて変更可能とされている。出力設定手段８により指示される負荷電流Ｉbの値は、信号分配器６を介してリレー回路７に入力される。
【００１８】
信号分配器６は、指示された値に応じて、１台の直流電源ユニットである電源ユニットＵ１のみ駆動するか、あるいは（Ｎ−１）台の直流電源ユニットである電源ユニットＵ２〜Ｕ４も駆動して全電源ユニットＵ１〜Ｕ４で指示された負荷電流Ｉbを分配するかを決定し、リレー回路７に信号を供給する。
【００１９】
リレー回路７は、電源ユニットＵ１の駆動を開始させるとともに電源ユニットＵ２〜Ｕ４の駆動タイミングを遅延するリレー信号を生成し、このリレー信号を信号分配器６を介して各電源ユニットＵ１〜４Ｕに供給する。
【００２０】
（２）プラズマアーク電源の制御方法
次に、図２のフローチャートおよび図３のタイミングチャートを用いて、プラズマアーク電源の制御方法について説明する。この場合は、例えば、小電流域を１００Ａ以下とし、電源ユニットＵ１〜Ｕ４の定格電流を１００Ａとする。
【００２１】
（スタート〜ＳＴ３）
最初に、図２のフローチャートにおいて、スタート〜ＳＴ３での動作を説明する。
運転スイッチ５がオンになりｔ１でスタート信号が出力されると、図示しないガスバルブからアークをスタートさせるためのスタート用プラズマガスがトーチに供給される。一定期間後ｔ２で高周波ＨＦが発生し、ｔ３で電源ユニットＵ１を駆動してパイロット電流ＩPを流すとパイロットアークが発生する（ＳＴ１）。次に、トーチが負荷である母材に近づくことにより、ｔ４で主電極と負荷との間にプラズマアーク電流が発生する（ＳＴ２）。ｔ４でプラズマアーク電流を検出すると、ガスバルブが開閉してスタート用のプラズマガスからメインアーク時に使用されるシールド用メインガスへとガス交換を開始する。電源ユニットＵ１の出力電流Ｉ１が安定すると、ｔ５でメインアークへの移行を開始する。
【００２２】
出力設定手段８により指示された負荷電流Ｉbの値は信号分配器６に入力され、信号分配器６は指示された負荷電流Ｉbが１００Ａ以下かどうか判断し（ＳＴ３）、判断結果をリレー回路７に出力する。
【００２３】
（ＳＴ４〜ＳＴ６）
次に、図２のフローチャートにおいて、ＳＴ４〜ＳＴ６での動作を説明する。なお、この場合の電流値の変化は、図３に図示されていない。
指示された負荷電流Ｉbが１００Ａ以下の場合、リレー回路７は、信号分配器６を介して電源ユニットＵ１に対してリレー信号を供給し、電流が安定した後にｔ５で電流の上昇を開始させ（ＳＴ４）、電源ユニットＵ１の電流Ｉ１が指示された負荷電流Ｉbになると（ＳＴ５）電流の上昇を終了させる。そして、電源ユニットＵ１の電流はＩbに保持される（ＳＴ６）。このとき残りの電源ユニットＵ２〜Ｕ４は待機状態にある（電源ユニットＵ２〜Ｕ４は電流を供給しない）。つまり、負荷電流Ｉbが１００Ａ以下の場合は、電源ユニットＵ１のみが電流を供給し、その電流が負荷電流になる。
【００２４】
（ＳＴ７〜ＳＴ１２）
次に、図２のフローチャートにおいて、ＳＴ７〜ＳＴ１２の動作を説明する。なお、この場合の電流値の変化は、図３の右側部分に図示されている。
【００２５】
指示された負荷電流Ｉbが１００Ａを超える場合は、リレー回路７が電源ユニットＵ２〜４の駆動を遅延させるリレー信号を生成し、信号分配器６を介して各電源ユニットＵ１〜Ｕ２に電流の上昇を開始するタイミングを供給する。一方、信号分配器６は、指示された負荷電流Ｉbを分配して得られた目標値を電源ユニットＵ１〜Ｕ４に供給する（ＳＴ７）。具体的には、電源ユニットＵ１の電流Ｉ１の目標値は定格電流ＩMAXであり、電源ユニットＵ２〜Ｕ４の電流Ｉ２〜Ｉ４の目標値は（Ｉb−ＩMAX）／３である。リレー回路７からのリレー信号により、電源ユニット１は上述と同様に電流が安定した後にｔ５で電流の上昇を開始し（ＳＴ８）、電源ユニットＵ１の電流が定格電流である１００Ａ（＝ＩMAX）に達するタイミングｔ６で（ＳＴ９）、電源ユニットＵ２〜Ｕ４を駆動して電流Ｉ２〜Ｉ４を上昇させる（ＳＴ１０）。このとき、直流電源ユニットＵ２〜Ｕ４に分配される電流は、徐々に上昇する。そして、（Ｉb−ＩMAX）／３まで電流が上昇したら（ＳＴ１１）、その電流を保持する（ＳＴ１２）。ｔ７で全ての電源ユニットＵ１〜Ｕ４が定格電流に達し、本例では４００Ａの負荷電流Ｉbを得ることができる。
【００２６】
図３に示すように、負荷電流は、ｔ３からｔ５までの例えば１００Ａ以下の小電流域は電源ユニットＵ１の生成する電流Ｉ１と同一で、ｔ５以降は電源ユニットＵ１〜Ｕ４が生成した電流Ｉ１〜Ｉ４の合成電流Ｉb＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４となる。
【００２７】
（ＳＴ１３〜エンド）
次に、図２のフローチャートにおいて、ＳＴ１３〜エンドを説明する。負荷電流供給中に運転スイッチ５がオフにされる（ＳＴ１３）と、電源ユニットＵ１のみが駆動されていた場合（ＳＴ３〜ＳＴ６）には電源ユニットＵ１を、電源ユニットＵ１〜Ｕ４が駆動されていた場合（ＳＴ７〜ＳＴ１２）には全ての電源ユニットＵ１〜Ｕ４をオフにして（ＳＴ１４）、制御動作を終了する。
【００２８】
本実施形態では、同一構成の電源ユニットＵ１〜Ｕ４を用いるため、電源ユニットの開発や電機特性の調整が容易である。また、電源ユニットを増減するだけで溶接機や切断機の容量の変更を後からできるため、設備への初期投資が容易で、一部の電源ユニットに故障が発生した場合にユニット交換のみで対応でき、従来よりも安定性が高く環境に配慮したプラズマアーク電源を得ることができる。
【００２９】
本実施形態では、リレー回路７が電源ユニットＵ１が定格電流になるタイミングを予測して、電源ユニットＵ２〜Ｕ４の駆動開始タイミングを制御するリレー信号を出力することを示したが、リレー信号により電源ユニットＵ２〜Ｕ４の駆動を遅延させておき、電源ユニットＵ１の電流Ｉ１がＩMAXになったことを検出して、電源ユニットＵ２〜Ｕ４の駆動を開始することもできる。
【００３０】
なお、ｔ９以降において電源ユニットＵ１の出力する電流Ｉ１と他の電源ユニットＵ２〜Ｕ４のそれぞれが出力する電流Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は同一であっても良いが、異なっていても良い。
また、電源ユニットＵ２〜Ｕ４の電流Ｉ２〜Ｉ４の供給開始時期は、電源ユニットＵ１の電流Ｉ１が最大値になる瞬間としたが、その前後であっても良い。ただし、直流電源ユニットＵ２〜Ｕ４に分配される電流の供給開始時期は、直流電源ユニットＵ１に供給される電流が最大値の７０％以上になる時以降であることが好ましい。
【００３１】
２．第２実施形態
前記実施形態では電源ユニットＵ１が定格電流に到達するタイミングで残りの電源ユニットＵ２〜Ｕ４を駆動開始する例を示したが、図４に示すように、電源ユニットＵ１からの電流が定格電流の例えば８０％に達したら残り電源ユニットＵ２〜Ｕ４を駆動開始するようにしてもよい。なお、この場合の負荷電流Ｉbは前記実施形態の負荷電流Ｉbより小さい。
【００３２】
具体的には、電源ユニットＵ１の電流Ｉ１の目標値は定格電流ＩMAXより低いIra（例えば８０Ａ）であり、電源ユニットＵ２〜Ｕ４の電流Ｉ２〜Ｉ４の目標値Ｉrbは（Ｉb−Ｉra）／３である。リレー回路７からのリレー信号により、電源ユニット１は上述と同様に電流が安定した後にｔ５で電流の上昇を開始し、電源ユニットＵ１の電流が定格電流より低いＩraに達するタイミングｔ６で、電源ユニットＵ２〜Ｕ４を駆動して電流Ｉ２〜Ｉ４を上昇させ、（Ｉb−Ｉra）／３まで電流を上昇したら、その電流を保持する。
【００３３】
このように、各電源ユニットを定格電流で使用しないため、電源ユニットの寿命が長くなる。
また、電源ユニットＵ２〜Ｕ４の電流Ｉ２〜Ｉ４の供給開始時期は、電源ユニットＵ１の電流Ｉraになる瞬間としたが、その前後であっても良い。
【００３４】
なお、ｔ７以降において電源ユニットＵ１の出力する電流Ｉ１と他の電源ユニットＵ２〜Ｕ４のそれぞれが出力する電流Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は同一であっても良いが、異なっていても良い。
【００３５】
次に、図５を用いて、すでに負荷電流Ｉbが得られた状態から、さらに大きな負荷電流Ｉdが要求された場合について説明する。ｔ８において負荷電流Ｉdが指示されると、全電源ユニットＵ１〜Ｕ４の電流が上昇する。このとき、信号分配器６は負荷電流ＩbをＮ分割つまり４等分し、ｔ８からｔ９まで電源ユニットＵ１〜Ｕ４で負担して生成する電流Ｉ１〜Ｉ４は全て同じ値をとるようにする。ｔ９で電源ユニットＵ１が例えば１００Ａの定格電流ＩMAXまで上昇して、その後定格電流ＩMAXの電流を負担する。また、電源ユニットＵ２〜Ｕ４の生成する電流は（Ｉd−ＩMAX）／３となる。
【００３６】
なお、ｔ９以降において電源ユニットＵ１の出力する電流Ｉ１と他の電源ユニットＵ２〜Ｕ４のそれぞれが出力する電流Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は同一であっても良いが、異なっていても良い。
【００３７】
なお、電源ユニットＵ１が他の電源ユニットＵ２〜Ｕ４と同時に定格電流に達する例を示したが、電源ユニットＵ１が他の電源ユニットＵ２〜Ｕ４より早く定格電流に達するように各電源ユニットＵ１〜Ｕ４の電流を上昇させるように、各電源ユニットＵ１乃至Ｕ４の生成する電流を信号分配器６で分配することもできる。
また、電源ユニットＵ２〜Ｕ４が電源ユニットＵ１よりも早く定格電流に達するようにしてもよい。
【００３８】
３．本発明の効果
プラズマアーク発生直後の小電流域では不安定な状態にあり、例えば図３のｔ４でガスの交換を行う際にも電流が上下してしまう。しかし、本例のように１台の電源ユニットのみでプラズマアーク発生直後の電流を負担するため、複数の電流の上下動が合成されることがなく、安定した状態でメインアークに移行できる。さらに、約８０〜１００Ａ以下の小電流域では引き続き１台の電源ユニットで負荷電流Ｉbを供給するため、エネルギーのロスが少なく安定した電源を得ることができる。
【００３９】
また複数台の残り電源ユニットの駆動は、十分に電流が上昇した後に緩やかに上昇するように行われるため、（Ｎ−１）台の電源ユニット立ち上げ時のオーバーシュートを抑えることができ、良好に溶接や切断を行うことができる。
【００４０】
４．本発明の変形例
各電源ユニットの定格電流は１００Ａでなくてもよく、これに限定されるものではない。
電源ユニットの数Ｎ＝４を例示したが、電源ユニットの数は用途に応じていくつ設けてもよい。
上述の各実施形態は、単独で用いることもできるし、種々の要素を組み合わせて用いることができる。
【００４１】
本発明は、フィードバック制御される複数の直流電源を用いて、負荷電流を一定に制御する溶接機や切断機の電源であれば、どのような電源にも適用することができる。
また、本発明に係るプラズマアーク電源の制御方法は、ハードウェアおよびソフトウェアのいずれか一方はまたはそれらの組み合わせによって実現可能である。特に、上記制御方法はプラグラムとして実現可能であり、そのプログラムは各種記録媒体に記録可能である。
【００４２】
以上、ここで説明した内容は、あくまでもこの発明を実施するための一例であり、この発明を限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、同一構成のＮ台の電源ユニットを用いて、１台の電源ユニットと残りの（Ｎ−１）台の電源ユニットの駆動タイミングを制御することで、小電流域でエネルギーの無駄を省けるとともに安定したプラズマアーク電源を得ることができるため、産業上の利用可能性が十分にある。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明による一実施形態の制御動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明による一実施形態の制御動作を示すタイミングチャートである。
【図４】第２の実施形態の制御動作を示すタイミングチャートである。
【図５】第２の実施形態の制御動作を示すタイミングチャートである。
【図６】従来の電源ユニットのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１ 電源ユニットＵ１
２ 電源ユニットＵ２
３ 電源ユニットＵ３
４ 電源ユニットＵ４
５ 運転スイッチ
６ 信号分配器
７ リレー回路
８ 出力設定手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電源ユニットを用いた溶接機や切断機のプラズマアーク電源およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶接機や切断機に用いられるプラズマアーク電源としてインバータ式のものがよく知られている。溶接機や切断機は、用途に応じて小電流域から大電流域まで容量を調整して使用される。
【０００３】
特許文献１には、同一構成の複数台のインバータ式抵抗溶接機をそれぞれインバータ毎に溶接トランスを介して接続し、この溶接トランスの二次側を直接並列接続すると共に同期信号と通信手段によって電源の容量アップができるようにする技術が開示されている。このように、標準容量のインバータで構成される電源ユニットを複数台並列接続して電源装置とし、交流電源のゼロクロスから作成した同期信号によって各インバータを同期起動するようにしているため、容量を後から容易に増減でき、故障の際の交換が短時間で済むようにできる。
【０００４】
ところで、溶接や切断のエネルギーＰはインダクタンス値Ｌと電流Ｉの２乗との積で求めることができ、Ｐ＝（１／２）＊Ｌ＊Ｉ＊Ｉで表わされる。特許文献１のように各電源ユニットが同期して同時起動する場合、電流を各電源ユニットで分散して出力するため、例えば電源ユニットの数を４つとするとエネルギーＰは、Ｐ＝４＊｛（１／２）＊Ｌ＊（Ｉ／４）＊（Ｉ／４）｝となる。従って全体の、Ｐ＝（１／８）Ｌ＊Ｉ＊Ｉとなり、エネルギーＰは一つの電源で実行する場合の４分の１となる。こういったエネルギーＰのロスは、本来低いエネルギーしか必要としなくてもいい小電流域においては効率が悪いという問題がある。４つの電源ユニットを用いた場合、一つの電源を用いた場合と同様のエネルギーを得るためには、各電源ユニットの電流を４倍に上げるか、複雑な計算をしてインダクタンスＬをその都度変更しなければならない。また特許文献１に開示された発明では、電源ユニットが全て同時に駆動されるため、複数の電源ユニットに対してプラズマアーク発生時の不安定な状態が電流のふらつき分も含めて加算されるため、出力される負荷電流がより不安定状態となり、安定するまでに時間がかかるといった問題も含んでいた。
【０００５】
そこで、本出願人は特許文献１に先立って特許文献２に示す発明をなした。特許文献２は、Ｎ台の直流電源装置を備え、所定の直流電源装置のみ運転して負荷にパイロットアーク電流を給電した後、各直流電源装置を並列運転する電源において、並列運転指令信号が供給される並列運転指令端子からの信号を積分信号とこの信号の反転信号を生成する積分器と、負荷給電量の基準信号と反転信号とを乗算する第１の乗算器と、基準信号を１／Ｎに減衰する減衰器と、積分信号と減衰器の出力信号とを乗算する第２の乗算器と、第１の乗算器と第２の乗算器の出力信号とを加算する加算器を備え、加算器の出力信号により所定の直流電源装置により残りの直流電源装置の出力設定信号を形成するものである。このように構成することにより、所定の直流電源装置がまず単独運転されてパイロットアークを生成し、その後所定の直流電源装置が基準電源の１／Ｎに相当する電流値に滑らかに下降し、他の直流電源装置が基準電源の１／Ｎに相当する電流値に滑らかに上昇してすみやかに並列運転に移行でき、アークスタート時の給電を安定させることが開示されている。特許文献２の発明によれば、特許文献１で開示された作用効果も全て達成することができ、しかもアークスタート時の安定性をも効果として得ることができる。
【０００６】
特許文献２による直流電源装置の電流の制御タイミングにつき、図５を用いて説明する。図５ではＮを４とし、所定の直流電源装置を電源ユニットＵ１、（Ｎ−１）台の直流電源装置を３台の電源ユニットＵ２、Ｕ３、Ｕ４としている。負荷電流としてＩCを得る場合、ｔ1で電源ユニットＵ１により電極にパイロットアーク電流ＩPを流してパイロットアークを開始し、トーチを母材に近づけてプラズマアーク電流Ｉaを発生させる。プラズマアーク電流Ｉaの検出により、電源ユニットＵ１はメインアークに移行すると同時に電源ユニットＵ２、Ｕ３、Ｕ４が駆動される。電源ユニットＵ１のアーク電流はＩa／４に徐々に下降制御され、電源ユニットＵ２、Ｕ３、Ｕ４は夫々のアーク電流がＩa／４になるように徐々に上昇制御される。このようにして得た電流を全て加算することで、安定した負荷電流Ｉaを得て溶接や切断を行う。次に電源を調整して負荷電流をＩbに変更すると、全ての電源ユニットＵ１〜Ｕ４のアーク電流がＩb／４まで上昇し、これらを加算して負荷電流Ｉbを得ることができる。
【特許文献１】「特開平８−１３５０号」公報、「インバータ式抵抗溶接機の並列システム」
【特許文献２】「特開平６−１９０５６２号」公報、「プラズマアーク用電源」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２の発明によっても特に小電流領域で並列駆動によりエネルギーが１／Ｎになってしまうという問題点を含んでいる。例えば母材が非常に薄い金属板の溶接や切断断時、或いは母材に小電流域を用いて文字や記号を刻印するような小電流のみ必要な場合にも全ての直流電源装置を使用するため、省電力での作業ができずエネルギーが無駄になるという問題がある。
【０００８】
例えばプラズマアーク電流Ｉaとして１００Ａ必要な場合、４つの電源ユニットで負担する電流は２５Ａずつであり、パイロット電流とそれ程変わらない電流を得るために、全電源ユニットを駆動することとなる。このような小電流域で全ての電源ユニットがノイズなどの影響で急激に上下動した場合、全電源ユニットの変動が加算されてノイズなどの影響が４倍に増幅されてしまう。大電流を供給している場合にはその影響は小さいが、小電流域で電流値が大きく変動するとトーチの温度が急上昇して電極が変形する恐れやアーク切れを起こす可能性があった。またインダクタンスをＬとすると、エネルギーＰは一台の電源ユニットでは５０００＊Ｌであるのに対し、４台を駆動することにより１２５０＊Ｌにまで落ちてしまう。用途に応じてエネルギーをある程度得るためにはインダクタンスＬを変更して対応することも考えられるが、インダクタンスの可変領域を抑え、簡単な構成で広い領域の負荷電流を得て故障対応や設備投資を容易にできるという、複数の電源ユニットを用いるメリットがなくなってしまう。さらに環境に配慮して、本来電力消費が少ないと考えられる小電流域で、簡単な構成で電力の無駄を抑えて省エネルギーを達成することが社会的にも求められている。
【０００９】
そこで、この発明は、複数の電源ユニットの駆動タイミングを制御することで、小電流域でエネルギーの無駄を省けるとともに安定したプラズマアーク電源を適用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するために、本発明は、プラズマアーク電源において、Ｎ台の直流電源ユニットのうち１台の直流電源ユニットによりパイロットアーク電流を出力し、小電流域においては引き続き１台の直流電源ユニットのみで負荷電流を供給し、出力設定手段により小電流域を超える負荷電流が指示されたとき、リレー回路を駆動して１台の直流電源ユニットのみで負荷電流を所定の電流値まで上昇させ、前記１台の直流電源ユニットの電流値が前記所定の電流値に達すると（Ｎ−１）台の直流電源ユニットが駆動されるようリレー信号を出力するとともに、Ｎ台の直流電源ユニットが信号分配器によって決定された電流値に基づいて分配された電流を生成して得た全出力を負荷電流とするものである。
【００１１】
即ち、この発明が適用されるプラズマアーク電源は、Ｎ台の直流電源ユニットを有し、パイロットアーク電流を出力する１台の直流電源ユニットのみで小電流域を負担し、残りの（Ｎ−１）台の直流電源ユニットは、小電流域を超える負荷電流を得る場合のみに駆動して負荷電流を生成するものである。このように直流電源ユニットの駆動タイミングを制御することにより、初期の設備投資を容易にして故障時の対応が簡単にできるという、複数の直流電源ユニットを用いるプラズマアーク電源のメリットを全て生かした上で、更に出力が不安定になる可能性のある小電流域でも安定した負荷電流を得ることができ、小電流域での消費電力を抑えることが可能になる。
【００１２】
また（Ｎ−１）台の直流電源ユニットの立ち上がりは非常に緩やかなソフトスタートを採用することができる。そのため、（Ｎ−１）台の直流電源ユニットの立ち上げ時に発生するオーバーシュートを抑えることができる。
【００１３】
小電流域を超える負荷電流を得るためにＮ台全ての直流電源を駆動したとき、負荷電流をＮ等分して分配する（つまり、各直流電源ユニットが生成する電流を均等に負担する）ことができる。その場合は、Ｎ台の直流電源装置および放熱構造などの周囲の環境を同様に構成することができる。
【００１４】
また、パイロットアーク電流を出力する１台の直流電源ユニットと、それ以外の（Ｎ−１）台の各直流電源ユニットで生成する電流値が異なるようにすることもできる。例えば、（Ｎ−１）台の各々が負担する電流値を１台の負担する電流値よりも大きくして、パイロットアーク電流を含めてＮ台の直流電源ユニットが生成する総電流値を均等に分担するようにして、回路の担う負担をほぼ等分にすることで機器全体の故障等のリスクを分散させることもできる。小電流域としておよそ１００Ａ以下の電流とすれば、小電流域を負担するために必要な直流電源ユニットは１台で十分であり、複数台の直流電源ユニットで生成した合成電流を用いる必要はない。つまり、消費電力やノイズ対策などさまざまな観点から、小電流域を１００Ａ以下にすると好適である。このように１台の直流電源ユニットで１００Ａ以下程度の領域を負担し、それを超える負荷電流を得る場合にのみ他の（Ｎ−１）台の直流電源ユニットを駆動するようにすれば、パイロットアーク電流を流してプラズマアークを発生させた直後の不安定な状態にさらに不安定要素を付加することが防止でき、その上、少ないエネルギーのみ必要な作業時に消費電力を低く抑えることができる。
【発明の効果】
【００１５】
上述したように、本発明によれば、プラズマアーク電源およびその制御方法において、小電流域でエネルギーの無駄を省けるとともに安定性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
１．第１実施形態
この発明の一実施形態を図１〜図３を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態を示すブロック図、図２は電流に関するフローチャート、図３はタイミングチャートであり、それぞれＮ＝４の場合を例示している。
【００１７】
（１）プラズマアーク電源の構造
図１に示すプラズマアーク電源は、溶接機や切断機に用いられる。
同一構成の電源ユニットＵ１〜Ｕ４は、運転スイッチ５をＯＮにすると、リレー回路７、信号分配器６に立ち上がりのタイミングが制御されて駆動される。電源ユニットＵ１〜Ｕ４はそれぞれ出力電流Ｉ１〜Ｉ４が図示しない検出器によってフィードバック制御され、指示された所定の電流を出力するよう制御される。母材に与えられる負荷電流Ｉcは出力設定手段８により電流値が指示されて、用途に応じて変更可能とされている。出力設定手段８により指示される負荷電流Ｉbの値は、信号分配器６を介してリレー回路７に入力される。
【００１８】
信号分配器６は、指示された値に応じて、１台の直流電源ユニットである電源ユニットＵ１のみ駆動するか、あるいは（Ｎ−１）台の直流電源ユニットである電源ユニットＵ２〜Ｕ４も駆動して全電源ユニットＵ１〜Ｕ４で指示された負荷電流Ｉbを分配するかを決定し、リレー回路７に信号を供給する。
【００１９】
リレー回路７は、電源ユニットＵ１の駆動を開始させるとともに電源ユニットＵ２〜Ｕ４の駆動タイミングを遅延するリレー信号を生成し、このリレー信号を信号分配器６を介して各電源ユニットＵ１〜４Ｕに供給する。
【００２０】
（２）プラズマアーク電源の制御方法
次に、図２のフローチャートおよび図３のタイミングチャートを用いて、プラズマアーク電源の制御方法について説明する。この場合は、例えば、小電流域を１００Ａ以下とし、電源ユニットＵ１〜Ｕ４の定格電流を１００Ａとする。
【００２１】
（スタート〜ＳＴ３）
最初に、図２のフローチャートにおいて、スタート〜ＳＴ３での動作を説明する。
運転スイッチ５がオンになりｔ１でスタート信号が出力されると、図示しないガスバルブからアークをスタートさせるためのスタート用プラズマガスがトーチに供給される。一定期間後ｔ２で高周波ＨＦが発生し、ｔ３で電源ユニットＵ１を駆動してパイロット電流ＩPを流すとパイロットアークが発生する（ＳＴ１）。次に、トーチが負荷である母材に近づくことにより、ｔ４で主電極と負荷との間にプラズマアーク電流が発生する（ＳＴ２）。ｔ４でプラズマアーク電流を検出すると、ガスバルブが開閉してスタート用のプラズマガスからメインアーク時に使用されるシールド用メインガスへとガス交換を開始する。電源ユニットＵ１の出力電流Ｉ１が安定すると、ｔ５でメインアークへの移行を開始する。
【００２２】
出力設定手段８により指示された負荷電流Ｉbの値は信号分配器６に入力され、信号分配器６は指示された負荷電流Ｉbが１００Ａ以下かどうか判断し（ＳＴ３）、判断結果をリレー回路７に出力する。
【００２３】
（ＳＴ４〜ＳＴ６）
次に、図２のフローチャートにおいて、ＳＴ４〜ＳＴ６での動作を説明する。なお、この場合の電流値の変化は、図３に図示されていない。
指示された負荷電流Ｉbが１００Ａ以下の場合、リレー回路７は、信号分配器６を介して電源ユニットＵ１に対してリレー信号を供給し、電流が安定した後にｔ５で電流の上昇を開始させ（ＳＴ４）、電源ユニットＵ１の電流Ｉ１が指示された負荷電流Ｉbになると（ＳＴ５）電流の上昇を終了させる。そして、電源ユニットＵ１の電流はＩbに保持される（ＳＴ６）。このとき残りの電源ユニットＵ２〜Ｕ４は待機状態にある（電源ユニットＵ２〜Ｕ４は電流を供給しない）。つまり、負荷電流Ｉbが１００Ａ以下の場合は、電源ユニットＵ１のみが電流を供給し、その電流が負荷電流になる。
【００２４】
（ＳＴ７〜ＳＴ１２）
次に、図２のフローチャートにおいて、ＳＴ７〜ＳＴ１２の動作を説明する。なお、この場合の電流値の変化は、図３の右側部分に図示されている。
【００２５】
指示された負荷電流Ｉbが１００Ａを超える場合は、リレー回路７が電源ユニットＵ２〜４の駆動を遅延させるリレー信号を生成し、信号分配器６を介して各電源ユニットＵ１〜Ｕ２に電流の上昇を開始するタイミングを供給する。一方、信号分配器６は、指示された負荷電流Ｉbを分配して得られた目標値を電源ユニットＵ１〜Ｕ４に供給する（ＳＴ７）。具体的には、電源ユニットＵ１の電流Ｉ１の目標値は定格電流ＩMAXであり、電源ユニットＵ２〜Ｕ４の電流Ｉ２〜Ｉ４の目標値は（Ｉb−ＩMAX）／３である。リレー回路７からのリレー信号により、電源ユニット１は上述と同様に電流が安定した後にｔ５で電流の上昇を開始し（ＳＴ８）、電源ユニットＵ１の電流が定格電流である１００Ａ（＝ＩMAX）に達するタイミングｔ６で（ＳＴ９）、電源ユニットＵ２〜Ｕ４を駆動して電流Ｉ２〜Ｉ４を上昇させる（ＳＴ１０）。このとき、直流電源ユニットＵ２〜Ｕ４に分配される電流は、徐々に上昇する。そして、（Ｉb−ＩMAX）／３まで電流が上昇したら（ＳＴ１１）、その電流を保持する（ＳＴ１２）。ｔ７で全ての電源ユニットＵ１〜Ｕ４が定格電流に達し、本例では４００Ａの負荷電流Ｉbを得ることができる。
【００２６】
図３に示すように、負荷電流は、ｔ３からｔ５までの例えば１００Ａ以下の小電流域は電源ユニットＵ１の生成する電流Ｉ１と同一で、ｔ５以降は電源ユニットＵ１〜Ｕ４が生成した電流Ｉ１〜Ｉ４の合成電流Ｉb＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４となる。
【００２７】
（ＳＴ１３〜エンド）
次に、図２のフローチャートにおいて、ＳＴ１３〜エンドを説明する。負荷電流供給中に運転スイッチ５がオフにされる（ＳＴ１３）と、電源ユニットＵ１のみが駆動されていた場合（ＳＴ３〜ＳＴ６）には電源ユニットＵ１を、電源ユニットＵ１〜Ｕ４が駆動されていた場合（ＳＴ７〜ＳＴ１２）には全ての電源ユニットＵ１〜Ｕ４をオフにして（ＳＴ１４）、制御動作を終了する。
【００２８】
本実施形態では、同一構成の電源ユニットＵ１〜Ｕ４を用いるため、電源ユニットの開発や電機特性の調整が容易である。また、電源ユニットを増減するだけで溶接機や切断機の容量の変更を後からできるため、設備への初期投資が容易で、一部の電源ユニットに故障が発生した場合にユニット交換のみで対応でき、従来よりも安定性が高く環境に配慮したプラズマアーク電源を得ることができる。
【００２９】
本実施形態では、リレー回路７が電源ユニットＵ１が定格電流になるタイミングを予測して、電源ユニットＵ２〜Ｕ４の駆動開始タイミングを制御するリレー信号を出力することを示したが、リレー信号により電源ユニットＵ２〜Ｕ４の駆動を遅延させておき、電源ユニットＵ１の電流Ｉ１がＩMAXになったことを検出して、電源ユニットＵ２〜Ｕ４の駆動を開始することもできる。
【００３０】
なお、ｔ９以降において電源ユニットＵ１の出力する電流Ｉ１と他の電源ユニットＵ２〜Ｕ４のそれぞれが出力する電流Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は同一であっても良いが、異なっていても良い。
また、電源ユニットＵ２〜Ｕ４の電流Ｉ２〜Ｉ４の供給開始時期は、電源ユニットＵ１の電流Ｉ１が最大値になる瞬間としたが、その前後であっても良い。ただし、直流電源ユニットＵ２〜Ｕ４に分配される電流の供給開始時期は、直流電源ユニットＵ１に供給される電流が最大値の７０％以上になる時以降であることが好ましい。
【００３１】
２．第２実施形態
前記実施形態では電源ユニットＵ１が定格電流に到達するタイミングで残りの電源ユニットＵ２〜Ｕ４を駆動開始する例を示したが、図４に示すように、電源ユニットＵ１からの電流が定格電流の例えば８０％に達したら残り電源ユニットＵ２〜Ｕ４を駆動開始するようにしてもよい。なお、この場合の負荷電流Ｉbは前記実施形態の負荷電流Ｉbより小さい。
【００３２】
具体的には、電源ユニットＵ１の電流Ｉ１の目標値は定格電流ＩMAXより低いIra（例えば８０Ａ）であり、電源ユニットＵ２〜Ｕ４の電流Ｉ２〜Ｉ４の目標値Ｉrbは（Ｉb−Ｉra）／３である。リレー回路７からのリレー信号により、電源ユニット１は上述と同様に電流が安定した後にｔ５で電流の上昇を開始し、電源ユニットＵ１の電流が定格電流より低いＩraに達するタイミングｔ６で、電源ユニットＵ２〜Ｕ４を駆動して電流Ｉ２〜Ｉ４を上昇させ、（Ｉb−Ｉra）／３まで電流を上昇したら、その電流を保持する。
【００３３】
このように、各電源ユニットを定格電流で使用しないため、電源ユニットの寿命が長くなる。
また、電源ユニットＵ２〜Ｕ４の電流Ｉ２〜Ｉ４の供給開始時期は、電源ユニットＵ１の電流Ｉraになる瞬間としたが、その前後であっても良い。
【００３４】
なお、ｔ７以降において電源ユニットＵ１の出力する電流Ｉ１と他の電源ユニットＵ２〜Ｕ４のそれぞれが出力する電流Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は同一であっても良いが、異なっていても良い。
【００３５】
次に、図５を用いて、すでに負荷電流Ｉbが得られた状態から、さらに大きな負荷電流Ｉdが要求された場合について説明する。ｔ８において負荷電流Ｉdが指示されると、全電源ユニットＵ１〜Ｕ４の電流が上昇する。このとき、信号分配器６は負荷電流ＩbをＮ分割つまり４等分し、ｔ８からｔ９まで電源ユニットＵ１〜Ｕ４で負担して生成する電流Ｉ１〜Ｉ４は全て同じ値をとるようにする。ｔ９で電源ユニットＵ１が例えば１００Ａの定格電流ＩMAXまで上昇して、その後定格電流ＩMAXの電流を負担する。また、電源ユニットＵ２〜Ｕ４の生成する電流は（Ｉd−ＩMAX）／３となる。
【００３６】
なお、ｔ９以降において電源ユニットＵ１の出力する電流Ｉ１と他の電源ユニットＵ２〜Ｕ４のそれぞれが出力する電流Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は同一であっても良いが、異なっていても良い。
【００３７】
なお、電源ユニットＵ１が他の電源ユニットＵ２〜Ｕ４と同時に定格電流に達する例を示したが、電源ユニットＵ１が他の電源ユニットＵ２〜Ｕ４より早く定格電流に達するように各電源ユニットＵ１〜Ｕ４の電流を上昇させるように、各電源ユニットＵ１乃至Ｕ４の生成する電流を信号分配器６で分配することもできる。
また、電源ユニットＵ２〜Ｕ４が電源ユニットＵ１よりも早く定格電流に達するようにしてもよい。
【００３８】
３．本発明の効果
プラズマアーク発生直後の小電流域では不安定な状態にあり、例えば図３のｔ４でガスの交換を行う際にも電流が上下してしまう。しかし、本例のように１台の電源ユニットのみでプラズマアーク発生直後の電流を負担するため、複数の電流の上下動が合成されることがなく、安定した状態でメインアークに移行できる。さらに、約８０〜１００Ａ以下の小電流域では引き続き１台の電源ユニットで負荷電流Ｉbを供給するため、エネルギーのロスが少なく安定した電源を得ることができる。
【００３９】
また複数台の残り電源ユニットの駆動は、十分に電流が上昇した後に緩やかに上昇するように行われるため、（Ｎ−１）台の電源ユニット立ち上げ時のオーバーシュートを抑えることができ、良好に溶接や切断を行うことができる。
【００４０】
４．本発明の変形例
各電源ユニットの定格電流は１００Ａでなくてもよく、これに限定されるものではない。
電源ユニットの数Ｎ＝４を例示したが、電源ユニットの数は用途に応じていくつ設けてもよい。
上述の各実施形態は、単独で用いることもできるし、種々の要素を組み合わせて用いることができる。
【００４１】
本発明は、フィードバック制御される複数の直流電源を用いて、負荷電流を一定に制御する溶接機や切断機の電源であれば、どのような電源にも適用することができる。
また、本発明に係るプラズマアーク電源の制御方法は、ハードウェアおよびソフトウェアのいずれか一方はまたはそれらの組み合わせによって実現可能である。特に、上記制御方法はプラグラムとして実現可能であり、そのプログラムは各種記録媒体に記録可能である。
【００４２】
以上、ここで説明した内容は、あくまでもこの発明を実施するための一例であり、この発明を限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、同一構成のＮ台の電源ユニットを用いて、１台の電源ユニットと残りの（Ｎ−１）台の電源ユニットの駆動タイミングを制御することで、小電流域でエネルギーの無駄を省けるとともに安定したプラズマアーク電源を得ることができるため、産業上の利用可能性が十分にある。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明による一実施形態の制御動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明による一実施形態の制御動作を示すタイミングチャートである。
【図４】第２の実施形態の制御動作を示すタイミングチャートである。
【図５】第２の実施形態の制御動作を示すタイミングチャートである。
【図６】従来の電源ユニットのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１ 電源ユニットＵ１
２ 電源ユニットＵ２
３ 電源ユニットＵ３
４ 電源ユニットＵ４
５ 運転スイッチ
６ 信号分配器
７ リレー回路
８ 出力設定手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変更可能な負荷電流の出力を指示する出力設定手段と、それぞれの出力電流の検出信号によりフィードバック制御されるＮ（Ｎ≧２）台の直流電源ユニットと、前記Ｎ台の直流電源ユニットのうち（Ｎ−１）台の直流電源ユニットの駆動タイミングを遅延するリレー信号を出力するリレー回路と、前記負荷電流を分配して前記Ｎ台の直流電源ユニットが生成する電流値を決定する信号分配器とを備えたプラズマアーク電源において、
前記Ｎ台の直流電源ユニットのうち１台の直流電源ユニットがパイロットアーク電流を出力し、
小電流域においては、引き続き前記１台の直流電源ユニットのみが負荷電流を供給し、
前記出力設定手段により小電流域を超える負荷電流が指示された場合、前記リレー回路が前記１台の直流電源ユニットのみを駆動して負荷電流を所定の電流値まで上昇させ、
前記１台の直流電源ユニットの電流値が前記所定の電流値に達すると、前記リレー回路が前記（Ｎ−１）台の直流電源ユニットを駆動するようリレー信号を出力するとともに、前記Ｎ台の直流電源ユニットが前記信号分配器によって決定された電流値に基づいて電流を生成し、その結果、前記Ｎ台の直流電源ユニットの合成出力を前記負荷電流とする、プラズマアーク電源。
【請求項２】
前記信号分配器は、前記小電流域を超えるよう指示された前記負荷電流を１／Ｎに分配する、請求項１記載のプラズマアーク電源。
【請求項３】
前記信号分配器は、前記負荷電流を第１の電流と第２の電流に分配するとともに前記第２の電流を１／（Ｎ−１）に分配し、
前記第１の電流は前記１台の直流電源ユニットで生成され、前記第２の電流は前記（Ｎ−１）台の直流電源ユニットでそれぞれ１／（Ｎ−１）ずつ生成される、請求項１記載のプラズマアーク電源。
【請求項４】
前記小電流域が１００Ａ以下である、請求項１〜３いずれかに記載のプラズマアーク電源。
【請求項５】
前記（Ｎ−１）台の直流電源ユニットに分配される電流は、供給開始初期には徐々に上昇する、請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマアーク電源。
【請求項６】
前記（Ｎ−１）台の直流電源ユニットに分配される電流の供給開始時期は、前記１台の直流電源ユニットに供給される電流が最大値の７０％以上になる時以降である、請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマアーク電源。
【請求項７】
小電流域を越える負荷電流を指示されていない場合は、前記１台の直流電源ユニットのみで前記負荷電流を供給する、請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマアーク電源。
【請求項８】
出力電流の検出信号によりフィードバック制御されるＮ（Ｎ≧２）台の直流電源ユニットを備えたプラズマアーク電源の制御方法であって、
前記Ｎ台の直流電源ユニットのうち１台の直流電源ユニットによりパイロットアーク電流を出力させる第１ステップと、
小電流域においては、引き続き前記１台の直流電源ユニットのみで負荷電流を供給させる第２ステップと、
小電流域を超える負荷電流が指示されたか否かを判断する第３ステップと、
前記小電流域を超える負荷電流が指示されたと判断すると、前記１台の直流電源ユニットのみから負荷電流を上昇させながら供給する第４ステップと、
前記１台の直流電源ユニットの電流値が所定の電流値に達したか否かを判断する第５ステップと、
前記１台の直流電源ユニットの電流値が前記所定の電流値に達したと判断すると、前記（Ｎ−１）台の直流電源ユニットを駆動するとともに、前記Ｎ台の直流電源ユニットにそれぞれ分配された電流を生成させ、前記Ｎ台の直流電源ユニットの合成出力を前記負荷電流とする第６ステップと、
を備えたプラズマアーク電源の制御方法。
【請求項９】
前記第６ステップでは、前記Ｎ台の直流電源ユニットには前記負荷電流の１／Ｎが分配される、請求項８に記載のプラズマアーク電源の制御方法。
【請求項１０】
前記第６ステップでは、前記負荷電流を第１の電流と第２の電流に分配するとともに前記第２の電流を１／（Ｎ−１）に分配し、
前記第１の電流は前記１台の直流電源ユニットで生成され、前記第２の電流は前記（Ｎ−１）台の直流電源ユニットでそれぞれ１／（Ｎ−１）ずつ生成される、請求項８に記載のプラズマアーク電源の制御方法。
【請求項１１】
前記小電流域が１００Ａ以下である、請求項８〜１０のいずれかに記載のプラズマアーク電源の制御方法。
【請求項１２】
前記第６ステップでは、前記（Ｎ−１）台の直流電源ユニットに分配される電流は、供給開始初期には徐々に増大する、請求項８〜１１のいずれかに記載のプラズマアーク電源の制御方法。
【請求項１３】
前記第６ステップでは、前記（Ｎ−１）台の直流電源ユニットに分配される電流の供給開始時期は、前記１台の直流電源ユニットに供給される電流が最大値の７０％以上になる時以降である、請求項８〜１１のいずれかに記載のプラズマアーク電源の制御方法。
【請求項１４】
前記第３ステップで小電流域を越える負荷電流を指示されていないと判断すると、前記１台の直流電源ユニットのみで前記負荷電流を供給する第７ステップをさらに備える請求項８〜１３のいずれかに記載のプラズマアーク電源の制御方法。
【請求項１】
変更可能な負荷電流の出力を指示する出力設定手段と、それぞれの出力電流の検出信号によりフィードバック制御されるＮ（Ｎ≧２）台の直流電源ユニットと、前記Ｎ台の直流電源ユニットのうち（Ｎ−１）台の直流電源ユニットの駆動タイミングを遅延するリレー信号を出力するリレー回路と、前記負荷電流を分配して前記Ｎ台の直流電源ユニットが生成する電流値を決定する信号分配器とを備えたプラズマアーク電源において、
前記Ｎ台の直流電源ユニットのうち１台の直流電源ユニットがパイロットアーク電流を出力し、
小電流域においては、引き続き前記１台の直流電源ユニットのみが負荷電流を供給し、
前記出力設定手段により小電流域を超える負荷電流が指示された場合、前記リレー回路が前記１台の直流電源ユニットのみを駆動して負荷電流を所定の電流値まで上昇させ、
前記１台の直流電源ユニットの電流値が前記所定の電流値に達すると、前記リレー回路が前記（Ｎ−１）台の直流電源ユニットを駆動するようリレー信号を出力するとともに、前記Ｎ台の直流電源ユニットが前記信号分配器によって決定された電流値に基づいて電流を生成し、その結果、前記Ｎ台の直流電源ユニットの合成出力を前記負荷電流とする、プラズマアーク電源。
【請求項２】
前記信号分配器は、前記小電流域を超えるよう指示された前記負荷電流を１／Ｎに分配する、請求項１記載のプラズマアーク電源。
【請求項３】
前記信号分配器は、前記負荷電流を第１の電流と第２の電流に分配するとともに前記第２の電流を１／（Ｎ−１）に分配し、
前記第１の電流は前記１台の直流電源ユニットで生成され、前記第２の電流は前記（Ｎ−１）台の直流電源ユニットでそれぞれ１／（Ｎ−１）ずつ生成される、請求項１記載のプラズマアーク電源。
【請求項４】
前記小電流域が１００Ａ以下である、請求項１〜３いずれかに記載のプラズマアーク電源。
【請求項５】
前記（Ｎ−１）台の直流電源ユニットに分配される電流は、供給開始初期には徐々に上昇する、請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマアーク電源。
【請求項６】
前記（Ｎ−１）台の直流電源ユニットに分配される電流の供給開始時期は、前記１台の直流電源ユニットに供給される電流が最大値の７０％以上になる時以降である、請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマアーク電源。
【請求項７】
小電流域を越える負荷電流を指示されていない場合は、前記１台の直流電源ユニットのみで前記負荷電流を供給する、請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマアーク電源。
【請求項８】
出力電流の検出信号によりフィードバック制御されるＮ（Ｎ≧２）台の直流電源ユニットを備えたプラズマアーク電源の制御方法であって、
前記Ｎ台の直流電源ユニットのうち１台の直流電源ユニットによりパイロットアーク電流を出力させる第１ステップと、
小電流域においては、引き続き前記１台の直流電源ユニットのみで負荷電流を供給させる第２ステップと、
小電流域を超える負荷電流が指示されたか否かを判断する第３ステップと、
前記小電流域を超える負荷電流が指示されたと判断すると、前記１台の直流電源ユニットのみから負荷電流を上昇させながら供給する第４ステップと、
前記１台の直流電源ユニットの電流値が所定の電流値に達したか否かを判断する第５ステップと、
前記１台の直流電源ユニットの電流値が前記所定の電流値に達したと判断すると、前記（Ｎ−１）台の直流電源ユニットを駆動するとともに、前記Ｎ台の直流電源ユニットにそれぞれ分配された電流を生成させ、前記Ｎ台の直流電源ユニットの合成出力を前記負荷電流とする第６ステップと、
を備えたプラズマアーク電源の制御方法。
【請求項９】
前記第６ステップでは、前記Ｎ台の直流電源ユニットには前記負荷電流の１／Ｎが分配される、請求項８に記載のプラズマアーク電源の制御方法。
【請求項１０】
前記第６ステップでは、前記負荷電流を第１の電流と第２の電流に分配するとともに前記第２の電流を１／（Ｎ−１）に分配し、
前記第１の電流は前記１台の直流電源ユニットで生成され、前記第２の電流は前記（Ｎ−１）台の直流電源ユニットでそれぞれ１／（Ｎ−１）ずつ生成される、請求項８に記載のプラズマアーク電源の制御方法。
【請求項１１】
前記小電流域が１００Ａ以下である、請求項８〜１０のいずれかに記載のプラズマアーク電源の制御方法。
【請求項１２】
前記第６ステップでは、前記（Ｎ−１）台の直流電源ユニットに分配される電流は、供給開始初期には徐々に増大する、請求項８〜１１のいずれかに記載のプラズマアーク電源の制御方法。
【請求項１３】
前記第６ステップでは、前記（Ｎ−１）台の直流電源ユニットに分配される電流の供給開始時期は、前記１台の直流電源ユニットに供給される電流が最大値の７０％以上になる時以降である、請求項８〜１１のいずれかに記載のプラズマアーク電源の制御方法。
【請求項１４】
前記第３ステップで小電流域を越える負荷電流を指示されていないと判断すると、前記１台の直流電源ユニットのみで前記負荷電流を供給する第７ステップをさらに備える請求項８〜１３のいずれかに記載のプラズマアーク電源の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１６８３４３（Ｐ２００８−１６８３４３Ａ）
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２２１３１（Ｐ２００７−３２２１３１）
【出願日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【出願人】（０００１４４３９３）株式会社三社電機製作所 (95)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【出願人】（０００１４４３９３）株式会社三社電機製作所 (95)
【Ｆターム（参考）】
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