溶接機のための補助電源
補助電力出力部を有する電気溶接機（１００）と、補助電力出力部を制御する方法とが、提供される。一実施形態で、システムは、溶接機電力出力部（１６５）と回路通信する第１の二次巻線（１４０）と、補助電力出力部を有する補助電源と回路通信する第２の二次巻線（１４５）とを有する。補助電源は、溶接機電力出力部がオンであるかどうかを判断するよう溶接機電力出力部をモニタリングする入力部（１８０）と、サージ又はスパイクが補助電力出力部で存在するかどうかを判断する回路（２５０）と、特定の条件が満たされる場合に補助電力出力部が利用可能な電力を制限する回路とを有する。１つの方法は、補助電力出力部に対する需要をモニタリングし、第１の制限を上回る補助電力出力部に対する需要におけるスパイクがあるかどうかを判断するステップと、スパイクが第１の制限を上回り且つ溶接機電力出力部がアクティブにされる場合に補助電力出力部が利用可能な電力を低減するステップとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概して溶接機に関し、より具体的には、溶接機のための補助電源及び溶接機における補助電力出力の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気アーク溶接機は、多くの産業、専門店及び米国外の国において使用されており、それらの夫々は、異なる電源が利用可能であってよい。そのような電源は、２００ボルト交流（ＶＡＣ）から６００ＶＡＣに及んでよく、５０ヘルツ（Ｈｚ）から６０Ｈｚの周波数を有してよく、且つ、三相又は単相であってよい。リンカーン・エレクトリック社は、電気アーク溶接機用に、溶接機がそれらの電源のうちいずれかを有して動作することを可能にする新規の三段式電源を開発した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２１３８９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しばしば、操作者は、１１５ＶＡＣで動作する動力工具又は他の装置を使用する必要性を有するが、そのような電源は利用可能でない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
補助電源を有する電気溶接機が提供される。一実施形態において、補助電源が利用可能な電力は、設定制限を超えるサージ又はスパイクが電流引き込みにおいて存在する場合に、制限される。一実施形態において、２つのサージ又はスパイク制限が存在し、より低いスパイク制限は、溶接機出力部がオンである場合に有能電力における低減をトリガし、より高いスパイク制限は、溶接機出力部がオフである場合に有能電力における低減をトリガする。一実施形態において、電気溶接機は、約２００から６００ボルトの間の電圧を受ける入力部を有する。該入力部は、該入力部からの絶縁を提供する交流（ＡＣ）−直流（ＤＣ）変換器、インバータ及びメイン変圧器と回路通信する。メイン変圧器は、溶接機電力出力部と回路通信する第１の二次巻線と、補助電力出力部を有する補助電源と回路通信する第２の二次巻線とを有する。補助電源は、溶接機電力出力部がオンであるかどうかを判断するよう該溶接機電力出力部をモニタリングする入力部と、パルス入力をフィルタに供給するパルス幅変調回路と、補助電力出力部の出力をモニタリングする入力部とを有する。フィルタへのパルス入力は、通常の条件下で最大使用可能補助電力出力を与え、補助電力出力にサージ又はスパイクが存在する場合には該使用可能補助電力出力を低減する。
【０００６】
他の実施形態において、電気溶接機は、溶接機出力を有する溶接機電源へ第１の低減されたＡＣ電圧を、及び補助出力を有する補助電源へ第２の低減されたＡＣ電圧を供給する少なくとも１つの変圧器を有する。補助電源は、前記第２の低減されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する整流器と、正ＤＣ電圧を第１のフィルタ入力部（例えば、ＬＣフィルタのインダクタ）へ、及び負ＤＣ電圧を第２のフィルタ入力部（例えば、ＬＣフィルタのキャパシタ）へ間欠的に供給し、且つ、負ＤＣ電圧を前記第１のフィルタ入力部へ、及び正ＤＣ電圧を前記第２のフィルタ入力部へ間欠的に供給するスイッチとを有してよい。補助電源は、可変パルス幅をフィルタに与えるためにスイッチをパルシングするよう約２０ｋＨｚよりも高い周波数で動作する制御回路を有してよい。フィルタは、第１のパルス幅がフィルタに適用される場合に略正弦波形を有するＡＣ電力出力を供給する。
【０００７】
一実施形態において、溶接機における補助電力出力の制御方法が提供される。方法は、補助電力出力部に対する需要をモニタリングするステップと、溶接機電力出力部をモニタリングするステップと、補助電力出力部に対する需要において、第１の制限を上回るスパイクが存在するかどうかを判断するステップと、スパイクが第１の制限を上回り且つ溶接機電力出力部がアクティブにされる場合に補助電力出力部が利用可能な電力を低減するステップとを有する。
【０００８】
本発明の更なる実施形態及び特徴は、明細書、図面及び特許請求の範囲において定義される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に従う補助電源を有する溶接機の例となるブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に従う溶接機用補助電源の例となるブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に従う溶接機用補助電源においてフィルタの入力部に印加される電圧信号の例となるダイアグラムである。
【図４】図３の補助電源においてフィルタの入力部に印加される電圧信号に対応する出力電圧信号の例となるダイアグラムである。
【図５】本発明の実施形態に従う溶接機用補助電源においてフィルタに印加される電圧信号の例となるダイアグラムである。
【図６】図５の補助電源においてフィルタの入力部に印加される電圧信号に対応する出力電圧信号の例となるダイアグラムである。
【図７】本発明の実施形態に従う溶接機用補助電源においてフィルタに印加される電圧信号の例となるダイアグラムである。
【図８】図７の補助電源においてフィルタの入力部に印加される電圧信号に対応する出力電圧信号の例となるダイアグラムである。
【図９】補助電源を有する電気溶接機の一実施形態に従う論理図の例となるフローチャートである。
【図１０】補助電源を有する電気溶接機の一実施形態に従う論理図の他の例となるフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
上記及び他の特徴並びに本発明のより完全な理解は、図面に関連して挙げられている以下の記載を参照することにより達成され得る。
【００１１】
以下は、本開示の全体を通じて使用される例となる用語の定義を含む。全ての用語の単数形及び複数形はいずれも夫々の意味範囲内にある。別途記されない限り、全ての用語の大文字又は小文字は夫々の意味範囲内にある。
【００１２】
ここで使用される「回路通信」は、装置間の伝達関係を示す。直接的な電気的、電磁気的、及び光学的接続並びに間接的な電気的、電磁気的、及び光学的接続は、回路通信の例である。２つの装置は、一方からの信号が他方によって受信される場合に、該信号がその他の装置によって変更されるかどうかに関わらず、回路通信している。例えば、次の、増幅器、フィルタ、変圧器、光遮断器、デジタル若しくはアナログバッファ、アナログ積分器、他の電子回路、光ファイバトランシーバ、又は衛星のうち１又はそれ以上によって分離される２つの装置は、一方からの信号が他方へ伝えられる場合に、たとえ該信号が中間装置によって変更されるとしても、回路通信している。他の例として、電磁センサは、それが信号から電磁放射を受け取る場合に、該信号と回路通信している。最後の例として、互いに直接的には接続されていないが、第３の装置（例えば、ＣＰＵ）とインターフェース接続することが可能な２つの装置は、回路通信する。また、ここで使用されるように、電圧と、デジタル化された電圧を表す値とは、本願の目的のために等価であると考えられ、ここで使用される語「電圧」は、信号、又は信号を表すプロセッサにおける値、又は信号を表す値から決定されるプロセッサにおける値をいう。
【００１３】
ここで使用される「信号」は、１又はそれ以上の電気信号、アナログ若しくはデジタル信号、１又はそれ以上のコンピュータ命令、ビット若しくはビットストリーム等を含むがこれらに限られない。
【００１４】
ここで使用される「回路」と同義の「ロジック」は、機能又はアクションを実行するハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア及び／又は夫々の組み合わせを含むがこれらに限られない。例えば、所望の用途又はニーズに基づき、ロジックは、ソフトウェアにより制御されるマイクロプロセッサ若しくはマイクロコントローラ、ディスクリート・ロジック（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））、又は他のプログラムされたロジック装置を含んでよい。また、ロジックは、完全にソフトウェアとして具現されてもよい。ここで特定及び記載される回路は、所望の機能を実行するための多種多様な構成を有してよい。
【００１５】
詳細な記載において特定される値は例であり、それらは特定の溶接機設計に必要とされるように決定される。従って、ここで開示及び請求される発明概念は、ここで開示される実施形態を記載するために使用される特定の値又は値の範囲に制限されない。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に従う補助電源１７０を有する溶接機１００の実施形態の例となるブロック図である。溶接機１００は、ＡＣ電力を受け取るための入力部１０５を備えるＡＣ−ＤＣ変換器１１０を有してよい。ＡＣ−ＤＣ変換器１１０は、一般的な電圧、例えば、約２００から６００ＶＡＣに及ぶ電圧、及び三相又は単相のいずれかであり、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである電圧を受けるよう構成される。ＡＣ−ＤＣ変換器１１０の出力部は、ＤＣバス１１５と回路通信し、望ましくは、約４００ボルト直流（ＶＤＣ）の出力を供給し、ＤＣバス１１５は、インバータ１２０と回路通信する。インバータ１２０は、４００ＶＤＣ信号を４００ＶＡＣ、５０Ｈｚ信号に変換する。インバータ１２０は、主電源変圧器１３０における一次巻線１３５と回路通信する。主電源変圧器１３０は、溶接機電源１６０における整流器１６２と回路通信する二次巻線１４０を有する。一次巻線１３５及び二次巻線１４０は、４：１の巻線比を有してよい。従って、主電源変圧器１３０への４００ＶＡＣ、５０Ｈｚ入力信号は、溶接機電源１６０の整流器１６２への１００ＶＡＣ、５０Ｈｚ入力に変換される。上記回路の実施例に関する更なる情報のために、米国特許出願公開第２００６／０２１３８９０号明細書として２００６年９月２８日付けで公開された、同一出願人による米国特許出願第１１／０８７１７９号（出願日２００５年３月２４日）を参照されたい。この特許文献は、その全文を参照により本願に援用される。なお、これは、使用されうる多種多様な溶接機電源の一例にすぎない。ここで開示される発明概念は、一般的な入力電圧を有する溶接機に制限されない。
【００１７】
主電源変圧器１３０は、補助電源１７０における整流器２０５（図２）と回路通信する他の二次巻線１４５を有する。一次巻線１３５及び二次巻線１４５は、２：１の巻線比を有する。従って、主電源変圧器１３０への４００ＶＡＣ入力は、補助電源１７０における整流器２０５への２００ＶＡＣ、５０ｋＨｚ入力に変換される。主電源変圧器１３０は、溶接機出力部１６５がオン又はオフのいずれであろうと、溶接機が電源投入される場合にアクティブにされる。従って、補助電源１７０のための電力は、溶接機１００がオンされる場合には常に利用可能である。更なる二次巻線１４５は、更なる変圧器の必要性を除き、最終消費者が任意の補助電力出力部を注文しようとしなかろうと少ない費用で全ての溶接機に付加され得る。本実施形態の他の利点は、メイン変圧器の一次側バスが溶接機１００の入力電圧１０５から独立しており、従って、二次巻線１４５も入力電圧１０５から独立している点である。従って、電圧入力１０５の異なる範囲ごとに補助電源１７０を接続し直したり、又は補助電源１７０の設定を変更したりする必要はない。補助電源１７０は、溶接機１００に対するオプションとして提供されてよく、一実施形態では、当初の溶接機が更なる二次巻線１４５を有する場合に消費者が当初の購入後に組み込むことできるよう任意に提供されてよい。なお、任意に、第２のインバータ及び変圧器（図示せず。）が補助電源に給電するために使用されてよく、ＤＣバス１１５に接続され得る。
【００１８】
図２は、補助電源１７０の実施例を表す。補助電源１７０は、ＡＣ入力、例えば、上記の２００ＶＡＣ、５０ｋＨｚ信号を受けるよう構成される。ＡＣ入力は、約２００ＶＤＣ出力を供給するよう整流器２０５によって整流される。２００ＶＤＣ出力の正区間はバス２１０ａと回路通信し、負区間はバス２１０ｂと回路通信する。バス２１０ａは、一組にされたスイッチＳＷ１及びＳＷ３と回路通信し、バス２１０ｂは、一組にされたスイッチＳＷ２及びＳＷ４と回路通信する。ＳＷ１及びＳＷ４の出力は、フィルタ２３０の１つの入力部、例えばインダクタ２３１と回路通信し、ＳＷ２及びＳＷ３の出力は、フィルタの第２の入力部、例えばキャパシタ２３２と回路通信する。スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３及びＳＷ４は、制御回路２５０によって制御される。制御回路２５０は、また、フィルタ出力２４０から入力信号２５５を受信する。入力信号２５５は、例えば、電流又は電圧信号であってよい。入力信号２５５は、フィードバック信号を提供してよく、該フィードバック信号は、電圧、リップル、電流引き込み等のうち１又はそれ以上を決定するために使用されてよい。一実施形態において、入力信号は、制御回路２５０によって受信されるアナログ電圧信号であり、制御回路２５０は、出力電圧及び電圧リップルをモニタリングする。
【００１９】
スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３及びＳＷ４は、ライン２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ及び２２０ｄ上のゲートパルスによって交互順序でアクティブにされる。制御回路２５０は、高周波で（例えば、約２０ｋＨｚ以上で）（一実施形態では、約７５ｋＨｚで）スイッチの組を交互にオン及びオフする。例えば、制御回路２５０は、正電圧パルス列（例えば、パルス３０５（図３））を生成するために複数回スイッチＳＷ１及びＳＷ２をオンし、次いで、制御回路２５０は、負電圧パルス列（例えば、パルス３１０）を生成するために複数回スイッチＳＷ３及びＳＷ４をオンしてよい。このプロセスは、正電圧パルス列及び続く負電圧パルス列を生成するために繰り返される。一実施形態で、パルス幅は、図４に表されている略正弦波出力を少なくとも部分的に生成するために増減する。例えば、パルス３０５及び３１０は、夫々、１又はそれ以上の第１のパルス幅３０５ａ及び３１０ａと、１又はそれ以上のより広いパルス幅３０５ｂ及び３１０ｂと、１又はそれ以上の最も広いパルス幅３０５ｃ及び３１０ｃとを含んでよい。このように、正電圧パルス列３０５のパルス幅は、図４の正弦波形に対応するよう、３０５ａから３０５ｂへ、そして３０５ｃへと増大し、３０５ｃから３０５ｂへ、そして３０５ａへと減少する。同様に、負電圧パルス列３１０のパルス幅は、図４の正弦波形に対応するよう、３１０ａから３１０ｂへ、そして３１０ｃへと増大し、３１０ｃから３０５ｂへ、そして３１０ａへと増大する。（簡単のために、３つの異なるパルス幅しか表されていないが、使用されるパルス幅の種類はいくつあってもよい。）これらの電圧パルスは、フィルタ２３０の入力部に印加される。フィルタ２３０はインダクタ２３１及びキャパシタ２３２を有し、従って、フィルタ２３０の電流及び電圧出力は瞬時に変化することができない。従って、フィルタ２３０の出力は、図４において表されるように、正弦波出力である。フィルタ２３０の構成要素は、例えば１１５ＶＡＣ、６０Ｈｚ出力を生成するよう、選択されてよい。望ましくは、出力は、例えば、全出力電圧の約５％よりも小さい最小電圧リップルを有する。制御回路２５０は、入力信号２５５を用いて補助電源１７０の出力２４０をモニタリングし、実質的に一貫して正弦波１１５ＶＡＣ出力を保つようスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３及びＳＷ４のパルシングを調整する。フィルタ２３０の出力２４０は、例えば溶接機のバックパネル（図示せず。）に配置されているレセプタクルと回路通信する。
【００２０】
正弦波出力は、矩形波出力とは対照的に、好ましい。多くの動力工具は、正弦波形を有する電圧源においてより効率的に動作し、矩形波において動作する場合により熱くなる。加えて、一部の装置（例えば、矩形電圧波により高調波ノイズが発生するラジオ又はテレビ、固体状態可変速度制御を備える動力工具、一部の充電器及び蛍光灯）は、矩形波形において全く適切に動作しない。
【００２１】
電気溶接機の主たる目的は、高品質の溶接を提供することである。補助電源１７０は溶接機出力部１６５と一次側ＤＣバス１１５を共有するので、補助電力出力部２４０において例えば動力工具によって引き込まれる過大な電流はＤＣバス１１５を下げることがあり、溶接機出力部がオンである場合には該溶接機出力部に影響を及ぼしうる。従って、一実施形態において、制御回路２５０は、溶接機が動作している場合には、出力部２４０で利用可能な電流を制限する。制御回路２５０は、信号１８０により、溶接機が動作しているかどうかをモニタリングする。一実施形態において、信号１８０は、溶接機出力部１６５がオンである場合にアクティブにされる。従って、制御回路２５０が信号１８０において電圧を検出する場合に、溶接機出力部はオンである。利用可能な出力電流は、フィルタ２３０に入力される電圧のパルス幅を狭めることによって、低減され得る。例えば、図５は、第１のパルス幅を有する正電圧パルス列５０５を表す。（実際には、パルス幅５０５は、正弦波出力を生成するのを助けるよう多種多様なパルス幅を有してよい。）時間Ｔ１で、溶接機は動作に入り、制御回路２５０はパルス５１０、５１１の幅を狭め、それにより、フィルタ２３０の入力が利用可能な電流を制限する。Ｔ２で、溶接機はもはや動作しておらず、制御回路２５０は再びパルス５０６の幅をその最大値まで広げる。図６は、フィルタ２３０の入力に対応するフィルタ２３０の出力を表す。Ｔ１で、出力電圧は、パルス幅５１０、５１１が狭められたことでクリッピング又は低減され、これにより、出力部２４０で利用可能な電力又は電流は制限される。Ｔ２で、パルス幅５０６は広げられ、従って、出力電圧２４０は最大設定に戻り、波形６１０は略正弦波形に戻る。
【００２２】
一実施形態において、制御回路２５０は、需要スパイクに関して、出力部２４０で電圧、又は任意の電流をモニタリングする。一部の動力工具、例えばグラインダーは、１５アンペアのピーク動作電流を有するが、グラインダーの起動から１００マイクロ秒以内では１００アンペアを超える起動電流を有することがある。補助電力出力部２４０におけるそのような突然の電流引き込みはＤＣバス１１５を下げ、溶接機出力部１６５がオンである場合に該溶接機出力部に影響を及ぼしうる。制御回路２５０は、出力部２４０で電圧又は電流をモニタリングし、制御回路２５０が設定制限を超えるスパイクを検出すると直ぐに、パルスの幅を速やかに低減することによって有能電力を制限して、ピーク電流を制限する。一実施形態において、２又はそれ以上のスパイク制限が設定されてよい。例えば、第１のスパイク制限は、溶接機出力部がオンである場合に使用されてよく、第２のスパイク制限は、溶接機電力がオフである場合に使用されてよい。スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３及びＳＷ４は、約２０ｋＨｚ超の周波数で動作し、パルス幅は、設定制限を上回るスパイクを検出してから数マイクロ秒以内にパルスごとに調整され得る。設定スパイク制限は、予め選択された値であってよく、あるいは、例えば一定の割合の最大使用可能電力といった、プログラミングされる可変値であってよい。
【００２３】
図７は、フィルタ２３０への入力での電圧パルスを表す。この実施形態では、電圧パルス幅７０５は、溶接機が動作しているので、予め縮められている。（溶接機が動作している場合の電圧パルス幅７０５における最初の低減は任意であり、必要はない。）Ｔ３で、操作者は、高い起動電流を有して装置（例えば、グラインダー）を起動する。制御回路２５０は、高電流引き込み、又は電圧降下を検出し、そして、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３及びＳＷ４が約２０ｋＨｚを上回る周波数で（一実施形態では、約７５ｋＨｚで）オン／オフされているので、制御回路２５０は、高電流引き込みを検出して数マイクロ秒以内にパルス幅７１０を検出及び制限し、更に、出力部２４０で利用可能な電力を制限する。時間Ｔ４で、起動電流は正常なレベルに戻り、制御回路２５０はパルス幅７０５、７０６を、溶接機が動作している間に使用される低減された設定に戻す。従って、たとえ高い起動電流を有する装置が補助電力出力部２４０に接続されるとしても、溶接のために供給される電圧出力１６５は概して一定のままである。図８は、フィルタ出力部２４０での波形を表す。波形８００のピーク電圧は、溶接機が動作しているのでクリッピングされる。Ｔ３からＴ４の間、波形８１０は、短縮されたパルス幅７１０により略直線であり、あるいは、波形において小さいチョップを有してよい。
【００２４】
本発明の実施形態に係る論理図９００の例となるフローチャートは、図９において与えられる。ブロック９０５で、溶接機は電源に接続され、メイン溶接機電力がオンされる。ブロック９１０で、補助電源出力はフルパワー状態でオンである。ブロック９１５で、溶接機出力が、溶接機が使用されていることを示すよう「オン」であるかどうかが判断される。溶接機出力がオンでない場合は、論理はブロック９１０に戻り、補助電力出力はフルパワー状態でオンしたままである。再びブロック９１５で、溶接機出力がオンであるかどうかが判断される。任意に、溶接機出力がオンである場合は、電圧パルス幅はこの時点でわずかに縮められてよい（図示せず。）。一般的に、溶接機出力がオンである場合は、ブロック９２５で、補助電力出力需要においてスパイクが存在するか否かが判断される。スパイクは、例えば、大きな起動電流を有するグラインダー等の動力工具の最初の起動によって、引き起こされることがある。スパイクがブロック９２５で存在しない場合は、再びブロック９１５で、溶接機出力がオンであるかどうかが判断される。溶接機電力出力が依然としてオンである場合は、ブロック９２５で、スパイクが補助電力出力需要において存在するかどうかが判断される。スパイクがブロック９２５で検出される場合は、電圧パルス幅はブロック９３０で縮められる。制御は、スパイクが依然として存在するかどうかを判断するためにブロック９２５に戻り、スパイクが存在しなくなるまでループし続ける。任意に、ループは、溶接機出力がオンであるかどうかと、補助電力出力需要において依然としてスパイクが存在するかどうかとを再度判断することを含んでよい。なお依然として、一実施形態（図示せず。）において、スパイクがブロック９２５での複数回の判断にわたって存在し、又は設定された時間制限に達する場合は、パルス幅は更に縮められる。判断及びパルス幅制御の他の組み合わせが使用されてよい。
【００２５】
本発明の実施形態に係る論理図１０００の他の例となるフローチャートは、図１０において与えられる。ブロック１００５で、溶接機は電源に接続され、メイン溶接機電力がオンされる。ブロック１０１０で、補助電源出力はフルパワー状態でオンである。ブロック１０１５で、補助電力出力需要においてスパイクが存在するか否かが判断される。スパイクが存在しない場合は、補助電力出力はフルパワー状態のままである。スパイクがブロック１０１５で検出される場合は、ブロック１０２０で、溶接機出力がオンであるかどうかが判断される。溶接機出力がオンでない場合は、ブロック１０２５で、スパイクが上限を超えているかどうかが判断される。上限は、スパイクが起こったかどうかを判断するためにブロック１０１５で使用されたのと同じ制限であってよいが、望ましくは、ブロック１０２５で使用される上限は、溶接機電力出力がオンでなく且つ入力電圧におけるわずかな落ち込みが溶接機に影響を及ぼさないので、ブロック１０１５でのスパイク検出制限よりも高く設定される。スパイクがブロック１０２５で上限を超えない場合は、再びブロック１０１５で、補助電力出力需要においてスパイクが存在するか否かが判断される。スパイクがブロック１０２５で上限を超える場合は、パルス幅はブロック１０３０で第１の低減されたパルス幅に縮められ、ブロック１０１５で、補助電力出力需要において依然としてスパイクが存在するか否かが判断される。ブロック１０２０で溶接機出力がオンである場合は、パルス幅はブロック１０３５で第２の低減されたパルス幅に縮められ、制御はブロック１０１５に戻って、補助電力出力需要においてスパイクが存在するか否かが判断される。望ましくは、第１の低減されたパルス幅は、第２の低減されたパルス幅以上である。論理はブロック１０１５に戻り、再びスパイクが存在するかどうかを判断する。
【００２６】
本願におけるプロセスフローが記載された順序は重要ではなく、同じ又は同等の結果を依然として達成するならば並べ替えられてよい。実際に、本願で記載されるプロセスフローは、当然である又は望まれるように、それらの実施において並べ替えられ、まとめられ、及び／又は再編されてよい。
【００２７】
本発明の様々な態様、概念及び特徴が、例となる実施形態とともに具現されるが、これらの様々な態様、概念及び特徴は、個々に、又はそれらの様々な結合及び小結合において、多くの代替の実施形態で使用されてよい。本願で明示的に除かれない限り、そのような結合及び小結合は全て、本発明の適用範囲内にあるよう意図される。また更に、本発明の様々な態様、ギア年及び特徴に関する様々な代替の実施形態（例えば、代替の材料、構造、設定、方法、回路、装置及び構成要素、ソフトウェア、ハードウェア、制御ロジック、並びに、形態、嵌合及び機能に関する代替、等）が本願において記載されるが、かかる記載は、現在知られているか、又は後に開発されようとも、利用可能な代替の実施形態の完全な又は包括的な列挙であるよう意図されない。当業者は、発明の態様、概念又は特徴のうち１又はそれ以上を更なる実施形態に容易に採用してよく、たとえそのような実施形態が本願で明示的に開示されていないとしても、本発明の適用範囲内で使用する。更に、たとえ本発明の幾つかの特徴、概念又は態様が、好ましい配置又は方法であるように本願において記載されることがあるとしても、かかる記載は、そのように明示的に述べられない限りはそのような特徴が必須であることを示唆するよう意図されない。また更に、例となる又は代表する値及び範囲は、本開示を利用するのを助けるために含まれることがある。しかし、そのような値及び範囲は、限定的に解釈されるべきではなく、そのように明示的に述べられる場合にのみ決定的な値又は範囲であるよう意図される。更に、様々な態様、特徴及び概念が、発明である又は本発明の部分を形成するように本願において明示的に特定されることがあるが、かかる特定は包含的であるよう意図されず、むしろ、そのようなものとして又は具体的な発明の一部として明示的に特定されることなく本願において十分に記載される発明態様、概念及び特徴が存在してよい。例となる方法又はプロセスの記載は、全ての場合において必要とされるように全てのステップの包含に制限されず、また、ステップがそのように明示的に述べられない限り必須であると解されるよう与えられる順序でもない。
【符号の説明】
【００２８】
１００ 溶接機
１０５ 入力部
１１０ 変換器
１１５ 直流バス
１２０ インバータ
１３０ 電源変圧器
１３５ 一次巻線
１４０，１４５ 二次巻線
１６０ 溶接機電源
１６２、２０５ 整流器
１６５ 溶接機出力部
１７０ 補助電源
１８０ 信号
２１０ａ〜ｂ バス
２２０ａ〜ｄ ライン
２３０ フィルタ
２３１ インダクタ
２３２ キャパシタ
２４０ フィルタ出力
２５０ 制御回路
２５５ 入力信号
３０５，３１０ パルス
３０５ａ〜ｃ，３１０ａ〜ｃ パルス幅
５０５ 電圧パルス
５０６，５１０，５１１ パルス幅
６１０，８００ 波形
７０５，７０６，７１０ パルス幅
ＳＷ１〜４ スイッチ
Ｔ１〜４ 時間
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概して溶接機に関し、より具体的には、溶接機のための補助電源及び溶接機における補助電力出力の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気アーク溶接機は、多くの産業、専門店及び米国外の国において使用されており、それらの夫々は、異なる電源が利用可能であってよい。そのような電源は、２００ボルト交流（ＶＡＣ）から６００ＶＡＣに及んでよく、５０ヘルツ（Ｈｚ）から６０Ｈｚの周波数を有してよく、且つ、三相又は単相であってよい。リンカーン・エレクトリック社は、電気アーク溶接機用に、溶接機がそれらの電源のうちいずれかを有して動作することを可能にする新規の三段式電源を開発した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２１３８９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しばしば、操作者は、１１５ＶＡＣで動作する動力工具又は他の装置を使用する必要性を有するが、そのような電源は利用可能でない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
補助電源を有する電気溶接機が提供される。一実施形態において、補助電源が利用可能な電力は、設定制限を超えるサージ又はスパイクが電流引き込みにおいて存在する場合に、制限される。一実施形態において、２つのサージ又はスパイク制限が存在し、より低いスパイク制限は、溶接機出力部がオンである場合に有能電力における低減をトリガし、より高いスパイク制限は、溶接機出力部がオフである場合に有能電力における低減をトリガする。一実施形態において、電気溶接機は、約２００から６００ボルトの間の電圧を受ける入力部を有する。該入力部は、該入力部からの絶縁を提供する交流（ＡＣ）−直流（ＤＣ）変換器、インバータ及びメイン変圧器と回路通信する。メイン変圧器は、溶接機電力出力部と回路通信する第１の二次巻線と、補助電力出力部を有する補助電源と回路通信する第２の二次巻線とを有する。補助電源は、溶接機電力出力部がオンであるかどうかを判断するよう該溶接機電力出力部をモニタリングする入力部と、パルス入力をフィルタに供給するパルス幅変調回路と、補助電力出力部の出力をモニタリングする入力部とを有する。フィルタへのパルス入力は、通常の条件下で最大使用可能補助電力出力を与え、補助電力出力にサージ又はスパイクが存在する場合には該使用可能補助電力出力を低減する。
【０００６】
他の実施形態において、電気溶接機は、溶接機出力を有する溶接機電源へ第１の低減されたＡＣ電圧を、及び補助出力を有する補助電源へ第２の低減されたＡＣ電圧を供給する少なくとも１つの変圧器を有する。補助電源は、前記第２の低減されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する整流器と、正ＤＣ電圧を第１のフィルタ入力部（例えば、ＬＣフィルタのインダクタ）へ、及び負ＤＣ電圧を第２のフィルタ入力部（例えば、ＬＣフィルタのキャパシタ）へ間欠的に供給し、且つ、負ＤＣ電圧を前記第１のフィルタ入力部へ、及び正ＤＣ電圧を前記第２のフィルタ入力部へ間欠的に供給するスイッチとを有してよい。補助電源は、可変パルス幅をフィルタに与えるためにスイッチをパルシングするよう約２０ｋＨｚよりも高い周波数で動作する制御回路を有してよい。フィルタは、第１のパルス幅がフィルタに適用される場合に略正弦波形を有するＡＣ電力出力を供給する。
【０００７】
一実施形態において、溶接機における補助電力出力の制御方法が提供される。方法は、補助電力出力部に対する需要をモニタリングするステップと、溶接機電力出力部をモニタリングするステップと、補助電力出力部に対する需要において、第１の制限を上回るスパイクが存在するかどうかを判断するステップと、スパイクが第１の制限を上回り且つ溶接機電力出力部がアクティブにされる場合に補助電力出力部が利用可能な電力を低減するステップとを有する。
【０００８】
本発明の更なる実施形態及び特徴は、明細書、図面及び特許請求の範囲において定義される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に従う補助電源を有する溶接機の例となるブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に従う溶接機用補助電源の例となるブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に従う溶接機用補助電源においてフィルタの入力部に印加される電圧信号の例となるダイアグラムである。
【図４】図３の補助電源においてフィルタの入力部に印加される電圧信号に対応する出力電圧信号の例となるダイアグラムである。
【図５】本発明の実施形態に従う溶接機用補助電源においてフィルタに印加される電圧信号の例となるダイアグラムである。
【図６】図５の補助電源においてフィルタの入力部に印加される電圧信号に対応する出力電圧信号の例となるダイアグラムである。
【図７】本発明の実施形態に従う溶接機用補助電源においてフィルタに印加される電圧信号の例となるダイアグラムである。
【図８】図７の補助電源においてフィルタの入力部に印加される電圧信号に対応する出力電圧信号の例となるダイアグラムである。
【図９】補助電源を有する電気溶接機の一実施形態に従う論理図の例となるフローチャートである。
【図１０】補助電源を有する電気溶接機の一実施形態に従う論理図の他の例となるフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
上記及び他の特徴並びに本発明のより完全な理解は、図面に関連して挙げられている以下の記載を参照することにより達成され得る。
【００１１】
以下は、本開示の全体を通じて使用される例となる用語の定義を含む。全ての用語の単数形及び複数形はいずれも夫々の意味範囲内にある。別途記されない限り、全ての用語の大文字又は小文字は夫々の意味範囲内にある。
【００１２】
ここで使用される「回路通信」は、装置間の伝達関係を示す。直接的な電気的、電磁気的、及び光学的接続並びに間接的な電気的、電磁気的、及び光学的接続は、回路通信の例である。２つの装置は、一方からの信号が他方によって受信される場合に、該信号がその他の装置によって変更されるかどうかに関わらず、回路通信している。例えば、次の、増幅器、フィルタ、変圧器、光遮断器、デジタル若しくはアナログバッファ、アナログ積分器、他の電子回路、光ファイバトランシーバ、又は衛星のうち１又はそれ以上によって分離される２つの装置は、一方からの信号が他方へ伝えられる場合に、たとえ該信号が中間装置によって変更されるとしても、回路通信している。他の例として、電磁センサは、それが信号から電磁放射を受け取る場合に、該信号と回路通信している。最後の例として、互いに直接的には接続されていないが、第３の装置（例えば、ＣＰＵ）とインターフェース接続することが可能な２つの装置は、回路通信する。また、ここで使用されるように、電圧と、デジタル化された電圧を表す値とは、本願の目的のために等価であると考えられ、ここで使用される語「電圧」は、信号、又は信号を表すプロセッサにおける値、又は信号を表す値から決定されるプロセッサにおける値をいう。
【００１３】
ここで使用される「信号」は、１又はそれ以上の電気信号、アナログ若しくはデジタル信号、１又はそれ以上のコンピュータ命令、ビット若しくはビットストリーム等を含むがこれらに限られない。
【００１４】
ここで使用される「回路」と同義の「ロジック」は、機能又はアクションを実行するハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア及び／又は夫々の組み合わせを含むがこれらに限られない。例えば、所望の用途又はニーズに基づき、ロジックは、ソフトウェアにより制御されるマイクロプロセッサ若しくはマイクロコントローラ、ディスクリート・ロジック（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））、又は他のプログラムされたロジック装置を含んでよい。また、ロジックは、完全にソフトウェアとして具現されてもよい。ここで特定及び記載される回路は、所望の機能を実行するための多種多様な構成を有してよい。
【００１５】
詳細な記載において特定される値は例であり、それらは特定の溶接機設計に必要とされるように決定される。従って、ここで開示及び請求される発明概念は、ここで開示される実施形態を記載するために使用される特定の値又は値の範囲に制限されない。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に従う補助電源１７０を有する溶接機１００の実施形態の例となるブロック図である。溶接機１００は、ＡＣ電力を受け取るための入力部１０５を備えるＡＣ−ＤＣ変換器１１０を有してよい。ＡＣ−ＤＣ変換器１１０は、一般的な電圧、例えば、約２００から６００ＶＡＣに及ぶ電圧、及び三相又は単相のいずれかであり、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである電圧を受けるよう構成される。ＡＣ−ＤＣ変換器１１０の出力部は、ＤＣバス１１５と回路通信し、望ましくは、約４００ボルト直流（ＶＤＣ）の出力を供給し、ＤＣバス１１５は、インバータ１２０と回路通信する。インバータ１２０は、４００ＶＤＣ信号を４００ＶＡＣ、５０Ｈｚ信号に変換する。インバータ１２０は、主電源変圧器１３０における一次巻線１３５と回路通信する。主電源変圧器１３０は、溶接機電源１６０における整流器１６２と回路通信する二次巻線１４０を有する。一次巻線１３５及び二次巻線１４０は、４：１の巻線比を有してよい。従って、主電源変圧器１３０への４００ＶＡＣ、５０Ｈｚ入力信号は、溶接機電源１６０の整流器１６２への１００ＶＡＣ、５０Ｈｚ入力に変換される。上記回路の実施例に関する更なる情報のために、米国特許出願公開第２００６／０２１３８９０号明細書として２００６年９月２８日付けで公開された、同一出願人による米国特許出願第１１／０８７１７９号（出願日２００５年３月２４日）を参照されたい。この特許文献は、その全文を参照により本願に援用される。なお、これは、使用されうる多種多様な溶接機電源の一例にすぎない。ここで開示される発明概念は、一般的な入力電圧を有する溶接機に制限されない。
【００１７】
主電源変圧器１３０は、補助電源１７０における整流器２０５（図２）と回路通信する他の二次巻線１４５を有する。一次巻線１３５及び二次巻線１４５は、２：１の巻線比を有する。従って、主電源変圧器１３０への４００ＶＡＣ入力は、補助電源１７０における整流器２０５への２００ＶＡＣ、５０ｋＨｚ入力に変換される。主電源変圧器１３０は、溶接機出力部１６５がオン又はオフのいずれであろうと、溶接機が電源投入される場合にアクティブにされる。従って、補助電源１７０のための電力は、溶接機１００がオンされる場合には常に利用可能である。更なる二次巻線１４５は、更なる変圧器の必要性を除き、最終消費者が任意の補助電力出力部を注文しようとしなかろうと少ない費用で全ての溶接機に付加され得る。本実施形態の他の利点は、メイン変圧器の一次側バスが溶接機１００の入力電圧１０５から独立しており、従って、二次巻線１４５も入力電圧１０５から独立している点である。従って、電圧入力１０５の異なる範囲ごとに補助電源１７０を接続し直したり、又は補助電源１７０の設定を変更したりする必要はない。補助電源１７０は、溶接機１００に対するオプションとして提供されてよく、一実施形態では、当初の溶接機が更なる二次巻線１４５を有する場合に消費者が当初の購入後に組み込むことできるよう任意に提供されてよい。なお、任意に、第２のインバータ及び変圧器（図示せず。）が補助電源に給電するために使用されてよく、ＤＣバス１１５に接続され得る。
【００１８】
図２は、補助電源１７０の実施例を表す。補助電源１７０は、ＡＣ入力、例えば、上記の２００ＶＡＣ、５０ｋＨｚ信号を受けるよう構成される。ＡＣ入力は、約２００ＶＤＣ出力を供給するよう整流器２０５によって整流される。２００ＶＤＣ出力の正区間はバス２１０ａと回路通信し、負区間はバス２１０ｂと回路通信する。バス２１０ａは、一組にされたスイッチＳＷ１及びＳＷ３と回路通信し、バス２１０ｂは、一組にされたスイッチＳＷ２及びＳＷ４と回路通信する。ＳＷ１及びＳＷ４の出力は、フィルタ２３０の１つの入力部、例えばインダクタ２３１と回路通信し、ＳＷ２及びＳＷ３の出力は、フィルタの第２の入力部、例えばキャパシタ２３２と回路通信する。スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３及びＳＷ４は、制御回路２５０によって制御される。制御回路２５０は、また、フィルタ出力２４０から入力信号２５５を受信する。入力信号２５５は、例えば、電流又は電圧信号であってよい。入力信号２５５は、フィードバック信号を提供してよく、該フィードバック信号は、電圧、リップル、電流引き込み等のうち１又はそれ以上を決定するために使用されてよい。一実施形態において、入力信号は、制御回路２５０によって受信されるアナログ電圧信号であり、制御回路２５０は、出力電圧及び電圧リップルをモニタリングする。
【００１９】
スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３及びＳＷ４は、ライン２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ及び２２０ｄ上のゲートパルスによって交互順序でアクティブにされる。制御回路２５０は、高周波で（例えば、約２０ｋＨｚ以上で）（一実施形態では、約７５ｋＨｚで）スイッチの組を交互にオン及びオフする。例えば、制御回路２５０は、正電圧パルス列（例えば、パルス３０５（図３））を生成するために複数回スイッチＳＷ１及びＳＷ２をオンし、次いで、制御回路２５０は、負電圧パルス列（例えば、パルス３１０）を生成するために複数回スイッチＳＷ３及びＳＷ４をオンしてよい。このプロセスは、正電圧パルス列及び続く負電圧パルス列を生成するために繰り返される。一実施形態で、パルス幅は、図４に表されている略正弦波出力を少なくとも部分的に生成するために増減する。例えば、パルス３０５及び３１０は、夫々、１又はそれ以上の第１のパルス幅３０５ａ及び３１０ａと、１又はそれ以上のより広いパルス幅３０５ｂ及び３１０ｂと、１又はそれ以上の最も広いパルス幅３０５ｃ及び３１０ｃとを含んでよい。このように、正電圧パルス列３０５のパルス幅は、図４の正弦波形に対応するよう、３０５ａから３０５ｂへ、そして３０５ｃへと増大し、３０５ｃから３０５ｂへ、そして３０５ａへと減少する。同様に、負電圧パルス列３１０のパルス幅は、図４の正弦波形に対応するよう、３１０ａから３１０ｂへ、そして３１０ｃへと増大し、３１０ｃから３０５ｂへ、そして３１０ａへと増大する。（簡単のために、３つの異なるパルス幅しか表されていないが、使用されるパルス幅の種類はいくつあってもよい。）これらの電圧パルスは、フィルタ２３０の入力部に印加される。フィルタ２３０はインダクタ２３１及びキャパシタ２３２を有し、従って、フィルタ２３０の電流及び電圧出力は瞬時に変化することができない。従って、フィルタ２３０の出力は、図４において表されるように、正弦波出力である。フィルタ２３０の構成要素は、例えば１１５ＶＡＣ、６０Ｈｚ出力を生成するよう、選択されてよい。望ましくは、出力は、例えば、全出力電圧の約５％よりも小さい最小電圧リップルを有する。制御回路２５０は、入力信号２５５を用いて補助電源１７０の出力２４０をモニタリングし、実質的に一貫して正弦波１１５ＶＡＣ出力を保つようスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３及びＳＷ４のパルシングを調整する。フィルタ２３０の出力２４０は、例えば溶接機のバックパネル（図示せず。）に配置されているレセプタクルと回路通信する。
【００２０】
正弦波出力は、矩形波出力とは対照的に、好ましい。多くの動力工具は、正弦波形を有する電圧源においてより効率的に動作し、矩形波において動作する場合により熱くなる。加えて、一部の装置（例えば、矩形電圧波により高調波ノイズが発生するラジオ又はテレビ、固体状態可変速度制御を備える動力工具、一部の充電器及び蛍光灯）は、矩形波形において全く適切に動作しない。
【００２１】
電気溶接機の主たる目的は、高品質の溶接を提供することである。補助電源１７０は溶接機出力部１６５と一次側ＤＣバス１１５を共有するので、補助電力出力部２４０において例えば動力工具によって引き込まれる過大な電流はＤＣバス１１５を下げることがあり、溶接機出力部がオンである場合には該溶接機出力部に影響を及ぼしうる。従って、一実施形態において、制御回路２５０は、溶接機が動作している場合には、出力部２４０で利用可能な電流を制限する。制御回路２５０は、信号１８０により、溶接機が動作しているかどうかをモニタリングする。一実施形態において、信号１８０は、溶接機出力部１６５がオンである場合にアクティブにされる。従って、制御回路２５０が信号１８０において電圧を検出する場合に、溶接機出力部はオンである。利用可能な出力電流は、フィルタ２３０に入力される電圧のパルス幅を狭めることによって、低減され得る。例えば、図５は、第１のパルス幅を有する正電圧パルス列５０５を表す。（実際には、パルス幅５０５は、正弦波出力を生成するのを助けるよう多種多様なパルス幅を有してよい。）時間Ｔ１で、溶接機は動作に入り、制御回路２５０はパルス５１０、５１１の幅を狭め、それにより、フィルタ２３０の入力が利用可能な電流を制限する。Ｔ２で、溶接機はもはや動作しておらず、制御回路２５０は再びパルス５０６の幅をその最大値まで広げる。図６は、フィルタ２３０の入力に対応するフィルタ２３０の出力を表す。Ｔ１で、出力電圧は、パルス幅５１０、５１１が狭められたことでクリッピング又は低減され、これにより、出力部２４０で利用可能な電力又は電流は制限される。Ｔ２で、パルス幅５０６は広げられ、従って、出力電圧２４０は最大設定に戻り、波形６１０は略正弦波形に戻る。
【００２２】
一実施形態において、制御回路２５０は、需要スパイクに関して、出力部２４０で電圧、又は任意の電流をモニタリングする。一部の動力工具、例えばグラインダーは、１５アンペアのピーク動作電流を有するが、グラインダーの起動から１００マイクロ秒以内では１００アンペアを超える起動電流を有することがある。補助電力出力部２４０におけるそのような突然の電流引き込みはＤＣバス１１５を下げ、溶接機出力部１６５がオンである場合に該溶接機出力部に影響を及ぼしうる。制御回路２５０は、出力部２４０で電圧又は電流をモニタリングし、制御回路２５０が設定制限を超えるスパイクを検出すると直ぐに、パルスの幅を速やかに低減することによって有能電力を制限して、ピーク電流を制限する。一実施形態において、２又はそれ以上のスパイク制限が設定されてよい。例えば、第１のスパイク制限は、溶接機出力部がオンである場合に使用されてよく、第２のスパイク制限は、溶接機電力がオフである場合に使用されてよい。スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３及びＳＷ４は、約２０ｋＨｚ超の周波数で動作し、パルス幅は、設定制限を上回るスパイクを検出してから数マイクロ秒以内にパルスごとに調整され得る。設定スパイク制限は、予め選択された値であってよく、あるいは、例えば一定の割合の最大使用可能電力といった、プログラミングされる可変値であってよい。
【００２３】
図７は、フィルタ２３０への入力での電圧パルスを表す。この実施形態では、電圧パルス幅７０５は、溶接機が動作しているので、予め縮められている。（溶接機が動作している場合の電圧パルス幅７０５における最初の低減は任意であり、必要はない。）Ｔ３で、操作者は、高い起動電流を有して装置（例えば、グラインダー）を起動する。制御回路２５０は、高電流引き込み、又は電圧降下を検出し、そして、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３及びＳＷ４が約２０ｋＨｚを上回る周波数で（一実施形態では、約７５ｋＨｚで）オン／オフされているので、制御回路２５０は、高電流引き込みを検出して数マイクロ秒以内にパルス幅７１０を検出及び制限し、更に、出力部２４０で利用可能な電力を制限する。時間Ｔ４で、起動電流は正常なレベルに戻り、制御回路２５０はパルス幅７０５、７０６を、溶接機が動作している間に使用される低減された設定に戻す。従って、たとえ高い起動電流を有する装置が補助電力出力部２４０に接続されるとしても、溶接のために供給される電圧出力１６５は概して一定のままである。図８は、フィルタ出力部２４０での波形を表す。波形８００のピーク電圧は、溶接機が動作しているのでクリッピングされる。Ｔ３からＴ４の間、波形８１０は、短縮されたパルス幅７１０により略直線であり、あるいは、波形において小さいチョップを有してよい。
【００２４】
本発明の実施形態に係る論理図９００の例となるフローチャートは、図９において与えられる。ブロック９０５で、溶接機は電源に接続され、メイン溶接機電力がオンされる。ブロック９１０で、補助電源出力はフルパワー状態でオンである。ブロック９１５で、溶接機出力が、溶接機が使用されていることを示すよう「オン」であるかどうかが判断される。溶接機出力がオンでない場合は、論理はブロック９１０に戻り、補助電力出力はフルパワー状態でオンしたままである。再びブロック９１５で、溶接機出力がオンであるかどうかが判断される。任意に、溶接機出力がオンである場合は、電圧パルス幅はこの時点でわずかに縮められてよい（図示せず。）。一般的に、溶接機出力がオンである場合は、ブロック９２５で、補助電力出力需要においてスパイクが存在するか否かが判断される。スパイクは、例えば、大きな起動電流を有するグラインダー等の動力工具の最初の起動によって、引き起こされることがある。スパイクがブロック９２５で存在しない場合は、再びブロック９１５で、溶接機出力がオンであるかどうかが判断される。溶接機電力出力が依然としてオンである場合は、ブロック９２５で、スパイクが補助電力出力需要において存在するかどうかが判断される。スパイクがブロック９２５で検出される場合は、電圧パルス幅はブロック９３０で縮められる。制御は、スパイクが依然として存在するかどうかを判断するためにブロック９２５に戻り、スパイクが存在しなくなるまでループし続ける。任意に、ループは、溶接機出力がオンであるかどうかと、補助電力出力需要において依然としてスパイクが存在するかどうかとを再度判断することを含んでよい。なお依然として、一実施形態（図示せず。）において、スパイクがブロック９２５での複数回の判断にわたって存在し、又は設定された時間制限に達する場合は、パルス幅は更に縮められる。判断及びパルス幅制御の他の組み合わせが使用されてよい。
【００２５】
本発明の実施形態に係る論理図１０００の他の例となるフローチャートは、図１０において与えられる。ブロック１００５で、溶接機は電源に接続され、メイン溶接機電力がオンされる。ブロック１０１０で、補助電源出力はフルパワー状態でオンである。ブロック１０１５で、補助電力出力需要においてスパイクが存在するか否かが判断される。スパイクが存在しない場合は、補助電力出力はフルパワー状態のままである。スパイクがブロック１０１５で検出される場合は、ブロック１０２０で、溶接機出力がオンであるかどうかが判断される。溶接機出力がオンでない場合は、ブロック１０２５で、スパイクが上限を超えているかどうかが判断される。上限は、スパイクが起こったかどうかを判断するためにブロック１０１５で使用されたのと同じ制限であってよいが、望ましくは、ブロック１０２５で使用される上限は、溶接機電力出力がオンでなく且つ入力電圧におけるわずかな落ち込みが溶接機に影響を及ぼさないので、ブロック１０１５でのスパイク検出制限よりも高く設定される。スパイクがブロック１０２５で上限を超えない場合は、再びブロック１０１５で、補助電力出力需要においてスパイクが存在するか否かが判断される。スパイクがブロック１０２５で上限を超える場合は、パルス幅はブロック１０３０で第１の低減されたパルス幅に縮められ、ブロック１０１５で、補助電力出力需要において依然としてスパイクが存在するか否かが判断される。ブロック１０２０で溶接機出力がオンである場合は、パルス幅はブロック１０３５で第２の低減されたパルス幅に縮められ、制御はブロック１０１５に戻って、補助電力出力需要においてスパイクが存在するか否かが判断される。望ましくは、第１の低減されたパルス幅は、第２の低減されたパルス幅以上である。論理はブロック１０１５に戻り、再びスパイクが存在するかどうかを判断する。
【００２６】
本願におけるプロセスフローが記載された順序は重要ではなく、同じ又は同等の結果を依然として達成するならば並べ替えられてよい。実際に、本願で記載されるプロセスフローは、当然である又は望まれるように、それらの実施において並べ替えられ、まとめられ、及び／又は再編されてよい。
【００２７】
本発明の様々な態様、概念及び特徴が、例となる実施形態とともに具現されるが、これらの様々な態様、概念及び特徴は、個々に、又はそれらの様々な結合及び小結合において、多くの代替の実施形態で使用されてよい。本願で明示的に除かれない限り、そのような結合及び小結合は全て、本発明の適用範囲内にあるよう意図される。また更に、本発明の様々な態様、ギア年及び特徴に関する様々な代替の実施形態（例えば、代替の材料、構造、設定、方法、回路、装置及び構成要素、ソフトウェア、ハードウェア、制御ロジック、並びに、形態、嵌合及び機能に関する代替、等）が本願において記載されるが、かかる記載は、現在知られているか、又は後に開発されようとも、利用可能な代替の実施形態の完全な又は包括的な列挙であるよう意図されない。当業者は、発明の態様、概念又は特徴のうち１又はそれ以上を更なる実施形態に容易に採用してよく、たとえそのような実施形態が本願で明示的に開示されていないとしても、本発明の適用範囲内で使用する。更に、たとえ本発明の幾つかの特徴、概念又は態様が、好ましい配置又は方法であるように本願において記載されることがあるとしても、かかる記載は、そのように明示的に述べられない限りはそのような特徴が必須であることを示唆するよう意図されない。また更に、例となる又は代表する値及び範囲は、本開示を利用するのを助けるために含まれることがある。しかし、そのような値及び範囲は、限定的に解釈されるべきではなく、そのように明示的に述べられる場合にのみ決定的な値又は範囲であるよう意図される。更に、様々な態様、特徴及び概念が、発明である又は本発明の部分を形成するように本願において明示的に特定されることがあるが、かかる特定は包含的であるよう意図されず、むしろ、そのようなものとして又は具体的な発明の一部として明示的に特定されることなく本願において十分に記載される発明態様、概念及び特徴が存在してよい。例となる方法又はプロセスの記載は、全ての場合において必要とされるように全てのステップの包含に制限されず、また、ステップがそのように明示的に述べられない限り必須であると解されるよう与えられる順序でもない。
【符号の説明】
【００２８】
１００ 溶接機
１０５ 入力部
１１０ 変換器
１１５ 直流バス
１２０ インバータ
１３０ 電源変圧器
１３５ 一次巻線
１４０，１４５ 二次巻線
１６０ 溶接機電源
１６２、２０５ 整流器
１６５ 溶接機出力部
１７０ 補助電源
１８０ 信号
２１０ａ〜ｂ バス
２２０ａ〜ｄ ライン
２３０ フィルタ
２３１ インダクタ
２３２ キャパシタ
２４０ フィルタ出力
２５０ 制御回路
２５５ 入力信号
３０５，３１０ パルス
３０５ａ〜ｃ，３１０ａ〜ｃ パルス幅
５０５ 電圧パルス
５０６，５１０，５１１ パルス幅
６１０，８００ 波形
７０５，７０６，７１０ パルス幅
ＳＷ１〜４ スイッチ
Ｔ１〜４ 時間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気溶接機であって、
電力入力部から当該溶接機への絶縁を提供するメイン変圧器を有し、
前記メイン変圧器は、溶接機電力出力部と回路通信する第１の二次巻線と、補助電力出力部を有する補助電源と回路通信する第２の二次巻線とを有し、
前記補助電源は、前記溶接機電力出力部がオンであるかどうかを判断するよう前記溶接機電力出力部をモニタリングする入力部と、前記補助電力出力部の出力をモニタリングする回路と、設定制限を超える前記補助電力出力部に対する電力需要におけるサージが存在し且つ前記溶接機電力出力部がオンである場合に、前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減する回路とを有する、
電気溶接機。
【請求項２】
前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減する回路は、パルス入力をフィルタに供給するパルス幅変調回路を有し、前記パルス入力の幅は、前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減するよう小さくされる、
請求項１に記載の電気溶接機。
【請求項３】
前記パルス幅変調回路は、パルス単位で前記補助電源の出力において利用可能な電力を制限し、及び／又は、前記パルス幅変調回路は、約２０キロヘルツ超の周波数で若しくは約７５キロヘルツの周波数で動作する、
請求項２に記載の電気溶接機。
【請求項４】
略１１５ボルト６０ヘルツ正弦波出力を保つようパルス幅を調整する回路
を更に有する請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の電気溶接機。
【請求項５】
第２の設定制限を超える電力需要におけるサージが存在し且つ前記溶接機電力出力部がオフである場合に、前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減する回路
を更に有する請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の電気溶接機。
【請求項６】
前記溶接機電力出力部がオンである場合に最初に、前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減し、更に、前記設定制限を超える電力需要におけるサージが存在する場合に、前記補助電力出力部への電力を低減する回路
を更に有する請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の電気溶接機。
【請求項７】
前記補助電源は、
交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、
正の直流電圧を第１のフィルタ入力部へ、及び負の直流電圧を第２のフィルタ入力部へ間欠的に供給する１又はそれ以上の第１のスイッチと、
負の直流電圧を前記第１のフィルタ入力部へ、及び正の直流電圧を前記第２のフィルタ入力部へ間欠的に供給する１又はそれ以上の第２のスイッチと、
可変パルス幅をフィルタに供給するために前記１又はそれ以上の第１のスイッチ及び前記１又はそれ以上の第２のスイッチをパルシングするよう約２０キロヘルツよりも高い周波数で動作する回路と、
略正弦波形状を有する交流電力出力を供給する前記フィルタと
を有する、
請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の電気溶接機。
【請求項８】
当該溶接機における前記電力入力は、約２００から６００ボルト交流の主電源電圧を受けるよう構成され、
前記電力入力部は、前記メイン変圧器へ電力を供給するインバータ及び交流−直流変換器と回路通信する、
請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の電気溶接機。
【請求項９】
約２００から６００ボルト交流の電源入力範囲を受ける入力手段であって、第１の交流電圧を絶縁する絶縁手段と回路通信する前記入力手段と、
前記第１の交流電圧を第１のより低い交流電圧及び第２のより低い交流電圧へと低減する手段と、
前記第１のより低い交流電圧を溶接機出力に変換する手段と、
前記溶接機出力をモニタリングする手段と、
補助電力出力需要をモニタリングする手段と、
前記第２のより低い交流電圧を直流電圧に変換する手段と、
前記直流電圧を一連のパルスに変換し、該一連のパルスを、補助電力出力部と回路通信する出力部を有するフィルタに適用する手段と、
第１の条件が満たされる場合に、略１１５ボルト正弦波出力である第１の電力出力を供給するよう前記パルスの幅を調整する手段と、
第２の条件が満たされる場合に、前記第１の電力出力よりも低い第２の電力出力を供給するよう前記パルスの幅を調整する手段と
を有する請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の電気溶接機。
【請求項１０】
前記パルスの幅を調整する手段は、約２０キロヘルツ超の周波数で動作する、
請求項９に記載の電気溶接機。
【請求項１１】
前記第１の条件は、前記溶接機電力出力部がオフであり且つ前記補助電力出力部に対する設定制限を超える前記需要におけるサージが存在することを含み、及び／又は、前記第２の条件は、前記溶接機電力出力部がオンであり且つ前記補助電力出力部に対する設定制限を超える前記需要におけるサージが存在することを含む、
請求項９又は１０に記載の電気溶接機。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちいずれか一項に記載の電気溶接機において補助電力出力部を制御する方法であって、
補助電力出力部に対する需要をモニタリングするステップと、
溶接機電力出力部をモニタリングするステップと、
第１の制限を上回る前記補助電力出力部に対する前記需要におけるスパイクが存在するかどうかを判断するステップと、
前記スパイクが前記第１の制限を上回り且つ前記溶接機電力出力部がアクティブにされる場合に、前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減するステップと
を有する方法。
【請求項１３】
第２の制限を上回る前記補助電力出力部に対する前記需要におけるスパイクが存在するかどうかを判断し、該スパイクが前記第２の制限を上回り且つ前記溶接機電力出力部がアクティブにされない場合に、前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減するステップ
を更に有する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
出力フィルタに対する電圧パルス幅を小さくすることによって前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減するステップ、及び／又は、約１１５ボルト且つ約６０ヘルツの略正弦波形であるよう前記補助電力出力部の出力を保つステップ
を更に有する請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記補助電力出力部に対する前記需要におけるスパイクが所定存続期間を超えて延在する場合に、前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減するステップ、及び／又は、第１の二次巻線から前記溶接機電力出力部へ電力を供給し、第２の二次巻線から前記補助電力出力部へ電力を供給するステップを更に有し、前記第１の二次巻線及び前記第２の二次巻線は、同じ変圧器にある、
請求項１２乃至１４のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１】
電気溶接機であって、
電力入力部から当該溶接機への絶縁を提供するメイン変圧器を有し、
前記メイン変圧器は、溶接機電力出力部と回路通信する第１の二次巻線と、補助電力出力部を有する補助電源と回路通信する第２の二次巻線とを有し、
前記補助電源は、前記溶接機電力出力部がオンであるかどうかを判断するよう前記溶接機電力出力部をモニタリングする入力部と、前記補助電力出力部の出力をモニタリングする回路と、設定制限を超える前記補助電力出力部に対する電力需要におけるサージが存在し且つ前記溶接機電力出力部がオンである場合に、前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減する回路とを有する、
電気溶接機。
【請求項２】
前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減する回路は、パルス入力をフィルタに供給するパルス幅変調回路を有し、前記パルス入力の幅は、前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減するよう小さくされる、
請求項１に記載の電気溶接機。
【請求項３】
前記パルス幅変調回路は、パルス単位で前記補助電源の出力において利用可能な電力を制限し、及び／又は、前記パルス幅変調回路は、約２０キロヘルツ超の周波数で若しくは約７５キロヘルツの周波数で動作する、
請求項２に記載の電気溶接機。
【請求項４】
略１１５ボルト６０ヘルツ正弦波出力を保つようパルス幅を調整する回路
を更に有する請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の電気溶接機。
【請求項５】
第２の設定制限を超える電力需要におけるサージが存在し且つ前記溶接機電力出力部がオフである場合に、前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減する回路
を更に有する請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の電気溶接機。
【請求項６】
前記溶接機電力出力部がオンである場合に最初に、前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減し、更に、前記設定制限を超える電力需要におけるサージが存在する場合に、前記補助電力出力部への電力を低減する回路
を更に有する請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の電気溶接機。
【請求項７】
前記補助電源は、
交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、
正の直流電圧を第１のフィルタ入力部へ、及び負の直流電圧を第２のフィルタ入力部へ間欠的に供給する１又はそれ以上の第１のスイッチと、
負の直流電圧を前記第１のフィルタ入力部へ、及び正の直流電圧を前記第２のフィルタ入力部へ間欠的に供給する１又はそれ以上の第２のスイッチと、
可変パルス幅をフィルタに供給するために前記１又はそれ以上の第１のスイッチ及び前記１又はそれ以上の第２のスイッチをパルシングするよう約２０キロヘルツよりも高い周波数で動作する回路と、
略正弦波形状を有する交流電力出力を供給する前記フィルタと
を有する、
請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の電気溶接機。
【請求項８】
当該溶接機における前記電力入力は、約２００から６００ボルト交流の主電源電圧を受けるよう構成され、
前記電力入力部は、前記メイン変圧器へ電力を供給するインバータ及び交流−直流変換器と回路通信する、
請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の電気溶接機。
【請求項９】
約２００から６００ボルト交流の電源入力範囲を受ける入力手段であって、第１の交流電圧を絶縁する絶縁手段と回路通信する前記入力手段と、
前記第１の交流電圧を第１のより低い交流電圧及び第２のより低い交流電圧へと低減する手段と、
前記第１のより低い交流電圧を溶接機出力に変換する手段と、
前記溶接機出力をモニタリングする手段と、
補助電力出力需要をモニタリングする手段と、
前記第２のより低い交流電圧を直流電圧に変換する手段と、
前記直流電圧を一連のパルスに変換し、該一連のパルスを、補助電力出力部と回路通信する出力部を有するフィルタに適用する手段と、
第１の条件が満たされる場合に、略１１５ボルト正弦波出力である第１の電力出力を供給するよう前記パルスの幅を調整する手段と、
第２の条件が満たされる場合に、前記第１の電力出力よりも低い第２の電力出力を供給するよう前記パルスの幅を調整する手段と
を有する請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の電気溶接機。
【請求項１０】
前記パルスの幅を調整する手段は、約２０キロヘルツ超の周波数で動作する、
請求項９に記載の電気溶接機。
【請求項１１】
前記第１の条件は、前記溶接機電力出力部がオフであり且つ前記補助電力出力部に対する設定制限を超える前記需要におけるサージが存在することを含み、及び／又は、前記第２の条件は、前記溶接機電力出力部がオンであり且つ前記補助電力出力部に対する設定制限を超える前記需要におけるサージが存在することを含む、
請求項９又は１０に記載の電気溶接機。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちいずれか一項に記載の電気溶接機において補助電力出力部を制御する方法であって、
補助電力出力部に対する需要をモニタリングするステップと、
溶接機電力出力部をモニタリングするステップと、
第１の制限を上回る前記補助電力出力部に対する前記需要におけるスパイクが存在するかどうかを判断するステップと、
前記スパイクが前記第１の制限を上回り且つ前記溶接機電力出力部がアクティブにされる場合に、前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減するステップと
を有する方法。
【請求項１３】
第２の制限を上回る前記補助電力出力部に対する前記需要におけるスパイクが存在するかどうかを判断し、該スパイクが前記第２の制限を上回り且つ前記溶接機電力出力部がアクティブにされない場合に、前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減するステップ
を更に有する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
出力フィルタに対する電圧パルス幅を小さくすることによって前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減するステップ、及び／又は、約１１５ボルト且つ約６０ヘルツの略正弦波形であるよう前記補助電力出力部の出力を保つステップ
を更に有する請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記補助電力出力部に対する前記需要におけるスパイクが所定存続期間を超えて延在する場合に、前記補助電力出力部が利用可能な電力を低減するステップ、及び／又は、第１の二次巻線から前記溶接機電力出力部へ電力を供給し、第２の二次巻線から前記補助電力出力部へ電力を供給するステップを更に有し、前記第１の二次巻線及び前記第２の二次巻線は、同じ変圧器にある、
請求項１２乃至１４のうちいずれか一項に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２０１３−５０３０４４（Ｐ２０１３−５０３０４４Ａ）
【公表日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２７４００（Ｐ２０１２−５２７４００）
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２０１０／００２１７２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２７２０８
【国際公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（５１０２０２１５６）リンカーン グローバル，インコーポレイテッド (14)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２０１０／００２１７２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２７２０８
【国際公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（５１０２０２１５６）リンカーン グローバル，インコーポレイテッド (14)
【Ｆターム（参考）】
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