高力率を有するアーク溶接用発電機
【解決手段】 整流器段（１００）とそれに続くＰＦＣ段（２００）及びインバータ段（３００）からなり、これらはＰＦＣ段及びインバータ段は共に高周波型であって、後者は溶接アーク（４０４）のための最終整流段に電力を供給するようにしたアーク溶接機用発電機において、ＰＦＣ段は、互いに磁気的に結合された２つの誘導素子（２０３，２０４）と、逆の導電方向を有する２つのダイオード（２１２，２１３）と、２つの平滑コンデンサ（２１６，２１７）と、２つの第１スイッチ素子（２０９，２１０）の連続的なオン・オフ切り換えを制御する手段とによって構成され、整流器段に取り込まれる電流を線間電圧の波形に対応して成形する。インバータ段は、第２制御スイッチ素子、ダイオード及びコンデンサからなる４対の三つ組を備えると共に、４つの制御スイッチ素子のためであり、かつ溶接アークに電力を供給する最終段への電流のための制御装置を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気アーク溶接に用いられる発電機に関し、特に単相または３相本線交流を、溶接アーク用に制御されて適合された直流に変換する発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
アーク溶接用の発電機に生じる問題点は、主に電源本線から取り込まれる電流の低力率に関連するものである。
更に、公知の構成及び方法に従って提供されるアーク溶接機の効率に悪影響を及ぼすもう１つの要因は、電源電圧の予測できない変動にある。
背景技術に関する例として、広く使用されている典型的な電気溶接機の構成が図１に示されている。
【０００３】
この構成は、本線側に、ダイオードのみにより構成される第１整流器段１と、それに続く一群の平滑コンデンサ２とを有している。
これにより整流され平滑された電流は、変圧器４の１次巻線に電力供給を行う高周波電子スイッチを備えたインバータブロック３に供給される。
変圧器４の２次巻線は第２整流器段５に接続されている。
【０００４】
第２整流器段５から出力された電流は誘導素子６により平滑化され、溶接アーク７に供給される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種の発電機は、作動中に、図２に示すような特性の電流を電源本線から取り込む。
この種の波形が高調波成分を有することは直ちに明らかであり、これは必然的に低力率となる。
このような状況において、溶接アークに極めて有用な電力レベルを得るためには、電源本線から高いＲＭＳ値を得る必要がある。
【０００６】
取り込まれる電流の高調波及び高ＲＭＳ値は、電力供給導電体の発熱量増大と電力供給ラインの電圧波形の相当な歪みを生じるため、このことは電力供給網に極めて有害な影響を生じ、更には電力供給ラインに接続された変圧器の強磁性体コアにおける損失を増大させることになる。
また、波形の歪みは電力ラインにかなりのノイズを導くことになる。
【０００７】
更に、家庭用の実用装置で供給されようとするものに対して起こりうるように、溶接用発電機が電力を制限されたものである場合、溶接アークに供給される電力が同等の抵抗負荷のそれよりも低いにもかかわらず、取り込まれるＲＭＳ電流の高い値が実用装置の熱的保護の干渉を受けることになる。
更にまた、既に述べたように、図１に示すような構成の発電機は、必然的に入力電圧の変動の影響を受け、これがこの発電機の性能を著しく低下させることになる。
【０００８】
これらの問題点を鑑み、溶接用発電機は、可能な限り正弦波曲線となるような本線電流の取り込みを可能にする付加的手段、即ち使用者が利用可能な有効電力を全て使用できるように発電機を抵抗負荷と均等なものとするような付加的手段を設ける工夫がなされてきた。
また、本線電圧変動に発電機を自動的に適応させて、発電機の良好で安定した性能を確保するという働きを有した付加的手段も採用されてきた。
【０００９】
この種の構成を有する発電機は、図３に概略的に示すようなタイプのものである。
この構成では、図１の系統図に対して、整流器ブロック１と平滑ブロック２との間に付加的手段８が挿入されていることが明確に示されている。
ＰＦＣと称するこの手段は、様々な種類のものが設けられる。
この種の発電機はいずれの場合も高価で複雑なものとなり、時として高電圧に耐える必要のある部品の選択が難しくなる。
【００１０】
本発明が目指すところは、高力率で電源本線から電流を取り込むようにしたアーク溶接発電機を提供することにある。
このような意図の中で、本発明の目的は、電源本線から取り出される電源電圧の変動に対して不安定とならないアーク溶接用発電機を提供することにある。
もう１つの目的は、低コストで高効率の部品を使用することが可能な回路一式を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
これらの目的、及び以下において明らかになる別の目的は、電源本線により電力供給される整流器段と、それに続くＰＦＣ段及びインバータ段からなり、ＰＦＣ段及びインバータ段とが共に高周波型であって、後者は溶接アークに電力を供給する出力段への電力供給を行うようにしたアーク溶接用発電機であって、前記ＰＦＣ段は、互いに磁気的に結合され前記整流器段の出力と直列に配設された２つの誘導素子と、共通の点（common node）と前記２つの誘導素子の出力の２つの点（node）のそれぞれとの間に接続された２つの第１高周波制御スイッチと、前記スイッチと前記相互誘導素子との間の点（node）にそれぞれ接続され導電方向が逆となる２つのダイオードと、前記ダイオードの出力点（output node）と前記第１スイッチの共通の点（common node）とに接続された２つの平滑コンデンサと、前記２つの第１スイッチの連続的なオン・オフ切り換えを制御するために更に設けられて前記整流器段に取り込まれる電流を線間電圧の波形に対応して成形する手段とによって構成され、前記インバータ段は、前記第１高周波スイッチの共通の点（common node）と前記コンデンサ間の共通の点（common node）との間で電力供給を受けるものであって、第２制御スイッチ、ダイオード及びコンデンサでそれぞれ構成され、中央点（central node）、２つの中間点（intermediate node）及び２つの外部点（external node）の５つの点（node）を形成するように接続される４対の三つ組（triad）からなり、前記外部点（external node）は前記第１スイッチと前記ダイオードのそれぞれとの間の点（node）に接続され、前記中間点（intermediate node）はそれぞれダイオードを介して前記２つの第１電子スイッチの共通の点（node）に接続され、コンデンサが前記中間点（intermediate node）の間に接続されており、更に制御装置が４つの前記第２スイッチ用に設けられ、溶接アークに電力を供給する前記出力段への電流は、２つの前記第１スイッチの共通の点（common node）と、前記第２制御スイッチ、前記ダイオード及び前記コンデンサからなる前記４対の三つ組（triad）の中央点（central node）との間から取り出されることを特徴とするアーク溶接用発電機により達成される。
【００１２】
本発明の更なる特徴及び利点は、添付図面中の限定されない例を用いて示された、その好ましい実施形態についての以下の詳細な説明からより明確になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図に示すように、本発明による発電機は、理論的には４つの段（stage）に分割され、これらは参照番号１００で示された本線（mains）電力供給段、参照番号２００で示されたＰＦＣ段、参照番号３００で示されたインバータ段、並びに参照番号４００で示された出力及びアーク供給段である。
本線電力供給段１００は、本線１０２から電力供給される単相または３相のダイオード１０１を有した標準的な整流器ブロックからなる。
【００１４】
参照番号１０３及び１０４でそれぞれ示される２つの出力導電体は、段１０１から導出され、ＰＦＣ段２００における２つの入力導電体２０１及び２０２へと続く。
２つの誘導素子２０３及び２０４は、それぞれ入力２０１及び２０２に接続されると共に互いに磁気的に結合されている。
２つの誘導素子２０３及び２０４の出力は、参照番号２０５及び２０６で示され、それぞれ第１点（first node）２０７と第２点（second node）とに接続されている。
【００１５】
第１制御スイッチ２０９の第１端子は点（node）２０７に接続されており、第２制御スイッチ２１０の第１端子は点（node）２０８に接続されている。
第１制御スイッチ２０９の第２端子及び第２制御スイッチ２１０の第２端子は、共通の点（common node）２１１に接続されている。
第１ダイオード２１２の第１端子は点（node）２０７に接続され、第２ダイオード２１３の第１端子は点（node）２０８に接続されており、２つのダイオードは導電方向が逆になっている。
【００１６】
第１ダイオード２１２の第２端子は点（node）２１４に接続され、第２ダイオード２１３の第２端子は点（node）２１５に接続されている。
第１平滑コンデンサ２１６の第１端子は点（node）２１４に接続され、第２平滑コンデンサ２１７の第１端子は点（node）２１５に接続されている。
２つの平滑コンデンサ２１６及び２１７は、互いに逆極性となるように配置され、これらの第２端子は点（node）２１１に接続された点（node）２１８と接続されている。
【００１７】
ＰＦＣ段２００は、点（node）２１４に接続された導電体２１９、点（node）２１５に接続された導電体２２０、及び点（node）２１８に接続された導電体２２１の３つの出力導電体を有している。
ＰＦＣ段２００は、高周波制御型（ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴ）のスイッチ２０９及び２１０のオン・オフ切り換えを制御する制御装置２２２を有している。
【００１８】
装置２２２は、接続２２３により入力２０１から電圧信号Ｖｉｎを取り込み、接続２２４により導電体２０５から電流信号Ｉｉｎを取り込み、接続２２５により点（node）２１４またはコンデンサ２１６から電圧信号Ｖｃ１を取り込み、接続２２６により点（node）２１５またはコンデンサ２１７から電圧信号Ｖｃ２を取り込む。
図中、接続２２７及び２２８は、スイッチ２０９及び２１０の制御を示す。
【００１９】
２つのスイッチ２０９及び２１０の連続的なオン・オフ切り換えの適切な制御により、制御装置２２２は整流電力供給段１００により取り込まれる電流を制御し、信号Ｖｉｎから得られた電圧線の波形に追従するように電流を成形することにより、極めて低い歪みと極めて高い力率を得る。
スイッチ２０９及び２１０を閉じることにより、誘導素子２０３及び２０４における電流は下式に等しい傾斜で増大する。
【００２０】
Ｖｉｎ／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｍ１２）
式中、Ｍ１２はダイオード２１２及び２１３がオフである際の２つの誘導素子の結合を考慮した係数であり、Ｌ１及びＬ２はそれぞれ誘導素子２０３及び２０４に対応するものである。
スイッチ２０９及び２１０を開くことにより、電流は平滑コンデンサ２１６及び２１７を充電するように２０３、２１２、２１６、２１７、２１３及び２０４を循環し、下式に等しい傾斜で減少する。
【００２１】
−［Ｖｉｎ−（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）］／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｍ１２）
点（node）２１１と点（node）２１８の間、或いは２つのスイッチ２０９及び２１０間の接続を介し、同容量の２つのコンデンサ２１６及び２１７により、それぞれ一方のスイッチに印加される電圧はＶｃ／２に等しくなり、この電圧は標準的な公知のＰＦＣ段の構成で生じる電圧の半分となる。
【００２２】
このことは、より低い降伏電圧のスイッチの使用が可能となり、電子スイッチの製造技術に関連する理由から、より高いスイッチング周波数での作動を許容し、その結果として誘導素子２０３及び２０４の価格を低下させると共に、電源本線から取り込まれる電流の制御を改善することが可能となる。
既に知られているように、電子スイッチの降伏電圧が上昇するほど、当該スイッチの適正なスイッチング時間も増大するため、当該スイッチにより浪費される電力を制限するには、スイッチング周波数を低下させることがますます必要となる。
【００２３】
インバータ段３００は、高いスイッチング周波数を有しており、ＰＦＣ段の出力導電体２１９に接続された第１外部点（first external node）３０１、出力導電体２２０に接続された第２外部点（second external node）３０２、ダイオード３０４を介して出力導電体２２１に接続された第１中間点（first intermediate node）３０３、及びダイオード３０６を介し出力導電体２２１に接続された第２中間点（second intermediate node）３０５を有している。
【００２４】
ダイオード３０４及び３０６は、逆の導電方向となるように配置されている。
制御スイッチ３０７、ダイオード３０８及びコンデンサ３０９で構成される並列構成部品からなる第１三つ組（first triad）は、第１外部点（first external node）３０１と第１中間点（first intermediate node）３０３との間に設けられる。
制御スイッチ３１１、ダイオード３１２及びコンデンサ３１３で構成される並列構成部品からなる第２三つ組（second triad）は、第１中間点（first intermediate node）３０３と中央点（central node）３１０との間に設けられる。
【００２５】
同様に、第３制御スイッチ３１４、ダイオード３１５及びコンデンサ３１６で構成される並列構成部品からなる三つ組（triad）が第２外部点（second external node）３０２と第２中間点（second intermediate node）３０５との間に設けられる。
第４制御スイッチ３１７、ダイオード３１８及びコンデンサ３１９で構成される並列構成部品からなる三つ組（triad）が第２中間点（second intermediate node）３０５と中央点（central node）３１０との間に設けられる。
【００２６】
また、２つの中間点（intermediate node）３０３及び３０５の間にはコンデンサ３２０が接続されている。
更に、インバータ段３００は４つの制御スイッチ３０７、３１１、３１７及び３１４をオン・オフ切り換えする制御装置３２１を有している。
ダイオード３０４及び３０６に共通である点（node）３２２と点（node）２１８との間の接続により、各制御スイッチに作用する最大電圧は半分になる。
【００２７】
このような状態は、公知の構成の回路よりも更に高いスイッチング周波数とスイッチング速度を有する部品の使用を可能とし、磁性部品の寸法を減少することが可能となる。
ＰＦＣ段２００とインバータ段３００との間の、導電体２１９、２２１及び２２０による接続により、スイッチの適正なオン・オフ切り換え制御を行うことによってコンデンサ２１６及び２１７の電圧が平衡するように制御することが可能となり、溶接電流の制御に対する障害の発生を回避することができる。
【００２８】
段（stage）４００は、点（node）３２２と、変圧器４０１の１次巻線が接続される点（node）３１０とにより電力供給を受け、次にこの変圧器は、その出力が誘導素子４０３を介して溶接アーク４０４に電力を供給する整流器４０２に電力を供給する。
本出願が優先権を主張するイタリア国特許出願ＰＤ２００３Ａ００００２７の開示内容は、参照によりここに編入されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】公知の装置を示す図である。
【図２】図１の公知の装置の作動状態を示す図である。
【図３】公知の装置を示す図である。
【図４】図３の公知の装置の作動状態を示す図である。
【図５】本発明による４段構成の発電機の、特に接続状態を示す概要図である。
【図６】図５の発電機のＰＦＣ段の詳細図である。
【図７】図５の発電機のインバータ段の詳細図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００ 整流器段
２００ ＰＦＣ段
２０３、２０４ 誘導素子
２０９、２１０ 第１スイッチ
２１２、２１３ ダイオード
２１６、２１７ 平滑コンデンサ
２２２ 制御装置
３００ インバータ段
３０４、３０６ ダイオード
３０７、３１１、３１４、３１７ 第２制御スイッチ
３０８、３１２、３１５、３１８ ダイオード
３０９、３１３、３１６、３１９ コンデンサ
３２０ コンデンサ
３２１ 制御装置
４００ 出力段
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気アーク溶接に用いられる発電機に関し、特に単相または３相本線交流を、溶接アーク用に制御されて適合された直流に変換する発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
アーク溶接用の発電機に生じる問題点は、主に電源本線から取り込まれる電流の低力率に関連するものである。
更に、公知の構成及び方法に従って提供されるアーク溶接機の効率に悪影響を及ぼすもう１つの要因は、電源電圧の予測できない変動にある。
背景技術に関する例として、広く使用されている典型的な電気溶接機の構成が図１に示されている。
【０００３】
この構成は、本線側に、ダイオードのみにより構成される第１整流器段１と、それに続く一群の平滑コンデンサ２とを有している。
これにより整流され平滑された電流は、変圧器４の１次巻線に電力供給を行う高周波電子スイッチを備えたインバータブロック３に供給される。
変圧器４の２次巻線は第２整流器段５に接続されている。
【０００４】
第２整流器段５から出力された電流は誘導素子６により平滑化され、溶接アーク７に供給される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種の発電機は、作動中に、図２に示すような特性の電流を電源本線から取り込む。
この種の波形が高調波成分を有することは直ちに明らかであり、これは必然的に低力率となる。
このような状況において、溶接アークに極めて有用な電力レベルを得るためには、電源本線から高いＲＭＳ値を得る必要がある。
【０００６】
取り込まれる電流の高調波及び高ＲＭＳ値は、電力供給導電体の発熱量増大と電力供給ラインの電圧波形の相当な歪みを生じるため、このことは電力供給網に極めて有害な影響を生じ、更には電力供給ラインに接続された変圧器の強磁性体コアにおける損失を増大させることになる。
また、波形の歪みは電力ラインにかなりのノイズを導くことになる。
【０００７】
更に、家庭用の実用装置で供給されようとするものに対して起こりうるように、溶接用発電機が電力を制限されたものである場合、溶接アークに供給される電力が同等の抵抗負荷のそれよりも低いにもかかわらず、取り込まれるＲＭＳ電流の高い値が実用装置の熱的保護の干渉を受けることになる。
更にまた、既に述べたように、図１に示すような構成の発電機は、必然的に入力電圧の変動の影響を受け、これがこの発電機の性能を著しく低下させることになる。
【０００８】
これらの問題点を鑑み、溶接用発電機は、可能な限り正弦波曲線となるような本線電流の取り込みを可能にする付加的手段、即ち使用者が利用可能な有効電力を全て使用できるように発電機を抵抗負荷と均等なものとするような付加的手段を設ける工夫がなされてきた。
また、本線電圧変動に発電機を自動的に適応させて、発電機の良好で安定した性能を確保するという働きを有した付加的手段も採用されてきた。
【０００９】
この種の構成を有する発電機は、図３に概略的に示すようなタイプのものである。
この構成では、図１の系統図に対して、整流器ブロック１と平滑ブロック２との間に付加的手段８が挿入されていることが明確に示されている。
ＰＦＣと称するこの手段は、様々な種類のものが設けられる。
この種の発電機はいずれの場合も高価で複雑なものとなり、時として高電圧に耐える必要のある部品の選択が難しくなる。
【００１０】
本発明が目指すところは、高力率で電源本線から電流を取り込むようにしたアーク溶接発電機を提供することにある。
このような意図の中で、本発明の目的は、電源本線から取り出される電源電圧の変動に対して不安定とならないアーク溶接用発電機を提供することにある。
もう１つの目的は、低コストで高効率の部品を使用することが可能な回路一式を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
これらの目的、及び以下において明らかになる別の目的は、電源本線により電力供給される整流器段と、それに続くＰＦＣ段及びインバータ段からなり、ＰＦＣ段及びインバータ段とが共に高周波型であって、後者は溶接アークに電力を供給する出力段への電力供給を行うようにしたアーク溶接用発電機であって、前記ＰＦＣ段は、互いに磁気的に結合され前記整流器段の出力と直列に配設された２つの誘導素子と、共通の点（common node）と前記２つの誘導素子の出力の２つの点（node）のそれぞれとの間に接続された２つの第１高周波制御スイッチと、前記スイッチと前記相互誘導素子との間の点（node）にそれぞれ接続され導電方向が逆となる２つのダイオードと、前記ダイオードの出力点（output node）と前記第１スイッチの共通の点（common node）とに接続された２つの平滑コンデンサと、前記２つの第１スイッチの連続的なオン・オフ切り換えを制御するために更に設けられて前記整流器段に取り込まれる電流を線間電圧の波形に対応して成形する手段とによって構成され、前記インバータ段は、前記第１高周波スイッチの共通の点（common node）と前記コンデンサ間の共通の点（common node）との間で電力供給を受けるものであって、第２制御スイッチ、ダイオード及びコンデンサでそれぞれ構成され、中央点（central node）、２つの中間点（intermediate node）及び２つの外部点（external node）の５つの点（node）を形成するように接続される４対の三つ組（triad）からなり、前記外部点（external node）は前記第１スイッチと前記ダイオードのそれぞれとの間の点（node）に接続され、前記中間点（intermediate node）はそれぞれダイオードを介して前記２つの第１電子スイッチの共通の点（node）に接続され、コンデンサが前記中間点（intermediate node）の間に接続されており、更に制御装置が４つの前記第２スイッチ用に設けられ、溶接アークに電力を供給する前記出力段への電流は、２つの前記第１スイッチの共通の点（common node）と、前記第２制御スイッチ、前記ダイオード及び前記コンデンサからなる前記４対の三つ組（triad）の中央点（central node）との間から取り出されることを特徴とするアーク溶接用発電機により達成される。
【００１２】
本発明の更なる特徴及び利点は、添付図面中の限定されない例を用いて示された、その好ましい実施形態についての以下の詳細な説明からより明確になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図に示すように、本発明による発電機は、理論的には４つの段（stage）に分割され、これらは参照番号１００で示された本線（mains）電力供給段、参照番号２００で示されたＰＦＣ段、参照番号３００で示されたインバータ段、並びに参照番号４００で示された出力及びアーク供給段である。
本線電力供給段１００は、本線１０２から電力供給される単相または３相のダイオード１０１を有した標準的な整流器ブロックからなる。
【００１４】
参照番号１０３及び１０４でそれぞれ示される２つの出力導電体は、段１０１から導出され、ＰＦＣ段２００における２つの入力導電体２０１及び２０２へと続く。
２つの誘導素子２０３及び２０４は、それぞれ入力２０１及び２０２に接続されると共に互いに磁気的に結合されている。
２つの誘導素子２０３及び２０４の出力は、参照番号２０５及び２０６で示され、それぞれ第１点（first node）２０７と第２点（second node）とに接続されている。
【００１５】
第１制御スイッチ２０９の第１端子は点（node）２０７に接続されており、第２制御スイッチ２１０の第１端子は点（node）２０８に接続されている。
第１制御スイッチ２０９の第２端子及び第２制御スイッチ２１０の第２端子は、共通の点（common node）２１１に接続されている。
第１ダイオード２１２の第１端子は点（node）２０７に接続され、第２ダイオード２１３の第１端子は点（node）２０８に接続されており、２つのダイオードは導電方向が逆になっている。
【００１６】
第１ダイオード２１２の第２端子は点（node）２１４に接続され、第２ダイオード２１３の第２端子は点（node）２１５に接続されている。
第１平滑コンデンサ２１６の第１端子は点（node）２１４に接続され、第２平滑コンデンサ２１７の第１端子は点（node）２１５に接続されている。
２つの平滑コンデンサ２１６及び２１７は、互いに逆極性となるように配置され、これらの第２端子は点（node）２１１に接続された点（node）２１８と接続されている。
【００１７】
ＰＦＣ段２００は、点（node）２１４に接続された導電体２１９、点（node）２１５に接続された導電体２２０、及び点（node）２１８に接続された導電体２２１の３つの出力導電体を有している。
ＰＦＣ段２００は、高周波制御型（ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴ）のスイッチ２０９及び２１０のオン・オフ切り換えを制御する制御装置２２２を有している。
【００１８】
装置２２２は、接続２２３により入力２０１から電圧信号Ｖｉｎを取り込み、接続２２４により導電体２０５から電流信号Ｉｉｎを取り込み、接続２２５により点（node）２１４またはコンデンサ２１６から電圧信号Ｖｃ１を取り込み、接続２２６により点（node）２１５またはコンデンサ２１７から電圧信号Ｖｃ２を取り込む。
図中、接続２２７及び２２８は、スイッチ２０９及び２１０の制御を示す。
【００１９】
２つのスイッチ２０９及び２１０の連続的なオン・オフ切り換えの適切な制御により、制御装置２２２は整流電力供給段１００により取り込まれる電流を制御し、信号Ｖｉｎから得られた電圧線の波形に追従するように電流を成形することにより、極めて低い歪みと極めて高い力率を得る。
スイッチ２０９及び２１０を閉じることにより、誘導素子２０３及び２０４における電流は下式に等しい傾斜で増大する。
【００２０】
Ｖｉｎ／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｍ１２）
式中、Ｍ１２はダイオード２１２及び２１３がオフである際の２つの誘導素子の結合を考慮した係数であり、Ｌ１及びＬ２はそれぞれ誘導素子２０３及び２０４に対応するものである。
スイッチ２０９及び２１０を開くことにより、電流は平滑コンデンサ２１６及び２１７を充電するように２０３、２１２、２１６、２１７、２１３及び２０４を循環し、下式に等しい傾斜で減少する。
【００２１】
−［Ｖｉｎ−（Ｖｃ１＋Ｖｃ２）］／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｍ１２）
点（node）２１１と点（node）２１８の間、或いは２つのスイッチ２０９及び２１０間の接続を介し、同容量の２つのコンデンサ２１６及び２１７により、それぞれ一方のスイッチに印加される電圧はＶｃ／２に等しくなり、この電圧は標準的な公知のＰＦＣ段の構成で生じる電圧の半分となる。
【００２２】
このことは、より低い降伏電圧のスイッチの使用が可能となり、電子スイッチの製造技術に関連する理由から、より高いスイッチング周波数での作動を許容し、その結果として誘導素子２０３及び２０４の価格を低下させると共に、電源本線から取り込まれる電流の制御を改善することが可能となる。
既に知られているように、電子スイッチの降伏電圧が上昇するほど、当該スイッチの適正なスイッチング時間も増大するため、当該スイッチにより浪費される電力を制限するには、スイッチング周波数を低下させることがますます必要となる。
【００２３】
インバータ段３００は、高いスイッチング周波数を有しており、ＰＦＣ段の出力導電体２１９に接続された第１外部点（first external node）３０１、出力導電体２２０に接続された第２外部点（second external node）３０２、ダイオード３０４を介して出力導電体２２１に接続された第１中間点（first intermediate node）３０３、及びダイオード３０６を介し出力導電体２２１に接続された第２中間点（second intermediate node）３０５を有している。
【００２４】
ダイオード３０４及び３０６は、逆の導電方向となるように配置されている。
制御スイッチ３０７、ダイオード３０８及びコンデンサ３０９で構成される並列構成部品からなる第１三つ組（first triad）は、第１外部点（first external node）３０１と第１中間点（first intermediate node）３０３との間に設けられる。
制御スイッチ３１１、ダイオード３１２及びコンデンサ３１３で構成される並列構成部品からなる第２三つ組（second triad）は、第１中間点（first intermediate node）３０３と中央点（central node）３１０との間に設けられる。
【００２５】
同様に、第３制御スイッチ３１４、ダイオード３１５及びコンデンサ３１６で構成される並列構成部品からなる三つ組（triad）が第２外部点（second external node）３０２と第２中間点（second intermediate node）３０５との間に設けられる。
第４制御スイッチ３１７、ダイオード３１８及びコンデンサ３１９で構成される並列構成部品からなる三つ組（triad）が第２中間点（second intermediate node）３０５と中央点（central node）３１０との間に設けられる。
【００２６】
また、２つの中間点（intermediate node）３０３及び３０５の間にはコンデンサ３２０が接続されている。
更に、インバータ段３００は４つの制御スイッチ３０７、３１１、３１７及び３１４をオン・オフ切り換えする制御装置３２１を有している。
ダイオード３０４及び３０６に共通である点（node）３２２と点（node）２１８との間の接続により、各制御スイッチに作用する最大電圧は半分になる。
【００２７】
このような状態は、公知の構成の回路よりも更に高いスイッチング周波数とスイッチング速度を有する部品の使用を可能とし、磁性部品の寸法を減少することが可能となる。
ＰＦＣ段２００とインバータ段３００との間の、導電体２１９、２２１及び２２０による接続により、スイッチの適正なオン・オフ切り換え制御を行うことによってコンデンサ２１６及び２１７の電圧が平衡するように制御することが可能となり、溶接電流の制御に対する障害の発生を回避することができる。
【００２８】
段（stage）４００は、点（node）３２２と、変圧器４０１の１次巻線が接続される点（node）３１０とにより電力供給を受け、次にこの変圧器は、その出力が誘導素子４０３を介して溶接アーク４０４に電力を供給する整流器４０２に電力を供給する。
本出願が優先権を主張するイタリア国特許出願ＰＤ２００３Ａ００００２７の開示内容は、参照によりここに編入されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】公知の装置を示す図である。
【図２】図１の公知の装置の作動状態を示す図である。
【図３】公知の装置を示す図である。
【図４】図３の公知の装置の作動状態を示す図である。
【図５】本発明による４段構成の発電機の、特に接続状態を示す概要図である。
【図６】図５の発電機のＰＦＣ段の詳細図である。
【図７】図５の発電機のインバータ段の詳細図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００ 整流器段
２００ ＰＦＣ段
２０３、２０４ 誘導素子
２０９、２１０ 第１スイッチ
２１２、２１３ ダイオード
２１６、２１７ 平滑コンデンサ
２２２ 制御装置
３００ インバータ段
３０４、３０６ ダイオード
３０７、３１１、３１４、３１７ 第２制御スイッチ
３０８、３１２、３１５、３１８ ダイオード
３０９、３１３、３１６、３１９ コンデンサ
３２０ コンデンサ
３２１ 制御装置
４００ 出力段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源本線により電力供給される整流器段（１００）とそれに続くＰＦＣ段（２００）及びインバータ段（３００）からなり、ＰＦＣ段及びインバータ段とが共に高周波型であって、後者は溶接アーク（４０４）に電力を供給する出力段（４００）への電力供給を行うようにしたアーク溶接機用発電機において、
前記ＰＦＣ段（２００）は、互いに磁気的に結合され前記整流器段（１００）の出力と直列に配設された２つの誘導素子（２０３，２０４）と、共通の点（２１１）と前記２つの誘導素子（２０３，２０４）の出力の２つの点（２０７，２０８）のそれぞれとの間に接続された２つの第１高周波制御スイッチ（２０９，２１０）と、前記スイッチ（２０９，２１０）と前記相互誘導素子（２０３，２０４）との間の点（２０７，２０８）にそれぞれ接続され導電方向が逆となる２つのダイオード（２１２，２１３）と、前記ダイオード（２１２，２１３）の出力点（２１４，２１５）と前記第１スイッチ（２０９，２１０）の共通の点（２１１）とに接続された２つの平滑コンデンサ（２１６，２１７）と、前記２つの第１スイッチ（２０９，２１０）の連続的なオン・オフ切り換えを制御するために更に設けられて前記整流器段に取り込まれる電流を線間電圧の波形に対応して成形する手段（２２２）とによって構成され、
前記インバータ段（３００）は、前記第１高周波スイッチ（２０９，２１０）の共通の点（２１１）と前記コンデンサ（２１６，２１７）間の共通の点（２１８）との間で電力供給を受けるものであって、第２制御スイッチ（３０７，３１１，３１７，３１４）、ダイオード（３０８，３１２，３１８，３１５）及びコンデンサ（３０９，３１３，３１９，３１６）でそれぞれ構成され、中央点（３１０）、２つの中間点（３０３，３０５）及び２つの外部点（３０１，３０２）の５つの点を形成するように接続される４対の三つ組からなり、前記外部点（３０１，３０２）は前記第１スイッチ（２０９，２１０）と前記ダイオード（２１２，２１３）のそれぞれとの間の点に接続され、前記中間点（３０３，３０５）はそれぞれダイオード（３０４，３０６）を介して前記２つの第１電子スイッチ（２０９，２１０）の共通の点（２１１）にそれぞれ接続され、コンデンサ（３２０）が前記中間点（３０３，３０５）の間に接続されており、更に制御装置（３２１）が４つの前記第２スイッチ（３０７，３１１，３１７，３１４）用に設けられ、溶接アークに電力を供給する前記出力段（４００）への電流は、２つの前記第１スイッチ（２０９，２１０）の共通の点（２１１）と、前記第２制御スイッチ（３０７，３１１，３１７，３１４）、前記ダイオード（３０８，３１２，３１８，３１５）及び前記コンデンサ（３０９，３１３，３１９，３１６）からなる前記４対の三つ組の中央点（３１０）との間から取り出されることを特徴とするアーク溶接用発電機。
【請求項２】
前記電力供給本線は単相または３相であることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用発電機。
【請求項３】
前記２つの第１スイッチ（２０９，２１０）はＩＧＢＴとして知られている形式のものであることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用発電機。
【請求項４】
前記２つの第１スイッチ（２０９，２１０）はＭＯＳＦＥＴとして知られている形式のものであることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用発電機。
【請求項５】
前記第１スイッチ（２０９，２１０）のオン・オフ作動を制御する前記手段は、電圧及び電流信号（Ｖｉｎ，Ｖｃ１，Ｖｃ２，Ｉｉｎ）を引き込み、前記整流電力供給段（１００）によって取り込まれる電流を、前記信号Ｖｉｎから得られる波形に成形することにより制御して、歪みを低減すると共に極めて高い力率を得るようにする装置（２２２）によって構成されることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用発電機。
【請求項６】
前記インバータ段（３００）の前記２つのダイオード（３０４，３０６）は、その共通の点（３２２）が前記ＰＦＣ段（２００）の点（２１８）に接続されており、４つの前記制御スイッチ（３０７，３１１，３１７，３１４）に印加される最大電圧を半減し高いスイッチング周波数と速度を有する部品を使用可能とすることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用発電機。
【請求項１】
電源本線により電力供給される整流器段（１００）とそれに続くＰＦＣ段（２００）及びインバータ段（３００）からなり、ＰＦＣ段及びインバータ段とが共に高周波型であって、後者は溶接アーク（４０４）に電力を供給する出力段（４００）への電力供給を行うようにしたアーク溶接機用発電機において、
前記ＰＦＣ段（２００）は、互いに磁気的に結合され前記整流器段（１００）の出力と直列に配設された２つの誘導素子（２０３，２０４）と、共通の点（２１１）と前記２つの誘導素子（２０３，２０４）の出力の２つの点（２０７，２０８）のそれぞれとの間に接続された２つの第１高周波制御スイッチ（２０９，２１０）と、前記スイッチ（２０９，２１０）と前記相互誘導素子（２０３，２０４）との間の点（２０７，２０８）にそれぞれ接続され導電方向が逆となる２つのダイオード（２１２，２１３）と、前記ダイオード（２１２，２１３）の出力点（２１４，２１５）と前記第１スイッチ（２０９，２１０）の共通の点（２１１）とに接続された２つの平滑コンデンサ（２１６，２１７）と、前記２つの第１スイッチ（２０９，２１０）の連続的なオン・オフ切り換えを制御するために更に設けられて前記整流器段に取り込まれる電流を線間電圧の波形に対応して成形する手段（２２２）とによって構成され、
前記インバータ段（３００）は、前記第１高周波スイッチ（２０９，２１０）の共通の点（２１１）と前記コンデンサ（２１６，２１７）間の共通の点（２１８）との間で電力供給を受けるものであって、第２制御スイッチ（３０７，３１１，３１７，３１４）、ダイオード（３０８，３１２，３１８，３１５）及びコンデンサ（３０９，３１３，３１９，３１６）でそれぞれ構成され、中央点（３１０）、２つの中間点（３０３，３０５）及び２つの外部点（３０１，３０２）の５つの点を形成するように接続される４対の三つ組からなり、前記外部点（３０１，３０２）は前記第１スイッチ（２０９，２１０）と前記ダイオード（２１２，２１３）のそれぞれとの間の点に接続され、前記中間点（３０３，３０５）はそれぞれダイオード（３０４，３０６）を介して前記２つの第１電子スイッチ（２０９，２１０）の共通の点（２１１）にそれぞれ接続され、コンデンサ（３２０）が前記中間点（３０３，３０５）の間に接続されており、更に制御装置（３２１）が４つの前記第２スイッチ（３０７，３１１，３１７，３１４）用に設けられ、溶接アークに電力を供給する前記出力段（４００）への電流は、２つの前記第１スイッチ（２０９，２１０）の共通の点（２１１）と、前記第２制御スイッチ（３０７，３１１，３１７，３１４）、前記ダイオード（３０８，３１２，３１８，３１５）及び前記コンデンサ（３０９，３１３，３１９，３１６）からなる前記４対の三つ組の中央点（３１０）との間から取り出されることを特徴とするアーク溶接用発電機。
【請求項２】
前記電力供給本線は単相または３相であることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用発電機。
【請求項３】
前記２つの第１スイッチ（２０９，２１０）はＩＧＢＴとして知られている形式のものであることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用発電機。
【請求項４】
前記２つの第１スイッチ（２０９，２１０）はＭＯＳＦＥＴとして知られている形式のものであることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用発電機。
【請求項５】
前記第１スイッチ（２０９，２１０）のオン・オフ作動を制御する前記手段は、電圧及び電流信号（Ｖｉｎ，Ｖｃ１，Ｖｃ２，Ｉｉｎ）を引き込み、前記整流電力供給段（１００）によって取り込まれる電流を、前記信号Ｖｉｎから得られる波形に成形することにより制御して、歪みを低減すると共に極めて高い力率を得るようにする装置（２２２）によって構成されることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用発電機。
【請求項６】
前記インバータ段（３００）の前記２つのダイオード（３０４，３０６）は、その共通の点（３２２）が前記ＰＦＣ段（２００）の点（２１８）に接続されており、４つの前記制御スイッチ（３０７，３１１，３１７，３１４）に印加される最大電圧を半減し高いスイッチング周波数と速度を有する部品を使用可能とすることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用発電機。
【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】
【公表番号】特表２００６−５１８１７８（Ｐ２００６−５１８１７８Ａ）
【公表日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５０１７５７（Ｐ２００６−５０１７５７）
【出願日】平成１６年２月６日（２００４．２．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００１１０２
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０７１７０３
【国際公開日】平成１６年８月２６日（２００４．８．２６）
【出願人】（５０５２８６９８１）セルコ ソシエタ ア レスポンサビリタ リミタータ (1)
【氏名又は名称原語表記】ＳＥＬＣＯ Ｓ．Ｒ．Ｌ．
【住所又は居所原語表記】Ｖｉａ Ｐａｌｌａｄｉｏ， １９， Ｉ−３５０１９ ＴＯＭＢＯＬＯ ＩＴＡＬＹ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年２月６日（２００４．２．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００１１０２
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０７１７０３
【国際公開日】平成１６年８月２６日（２００４．８．２６）
【出願人】（５０５２８６９８１）セルコ ソシエタ ア レスポンサビリタ リミタータ (1)
【氏名又は名称原語表記】ＳＥＬＣＯ Ｓ．Ｒ．Ｌ．
【住所又は居所原語表記】Ｖｉａ Ｐａｌｌａｄｉｏ， １９， Ｉ−３５０１９ ＴＯＭＢＯＬＯ ＩＴＡＬＹ
【Ｆターム（参考）】
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