特許 7028672 電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-21

(45)【発行日】2022-03-02

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20220222BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 W

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018027550

(22)【出願日】2018-02-20

(65)【公開番号】P2019146335

(43)【公開日】2019-08-29

【審査請求日】2021-01-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000144393

【氏名又は名称】株式会社三社電機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100090310

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 正俊

(72)【発明者】

【氏名】佐生 浩士

(72)【発明者】

【氏名】森本 猛

【審査官】麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－０３３９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１１６５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１１１７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２６８７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０７－０３６５５３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つのメインインバータと、これら２つのメインインバータを制御するメイン制御手段とを、有し、前記２つのメインインバータの出力を直流化したものを合成して、メイン負荷に出力するメインユニットと、
２つのサブインバータと、これら２つのサブインバータを制御するサブ制御手段とを、有し、前記２つのサブインバータの出力を直流化したものを合成して、前記メイン負荷と異なるサブ負荷に出力するサブユニットと、
前記２つのメインインバータ及び前記２つのサブインインバータの入力側を、直列及び並列のうち選択されたものに接続する切換手段と、
前記２つのメインインバータの入力側で前記２つのメインインバータの入力電圧の不平衡の状態を検出し、その検出結果に応じて不平衡の状態を解除するように、前記メイン制御手段が前記２つのメインインバータを、前記サブ制御手段が前記２つのサブインバータを、制御するように、前記検出結果を前記メイン制御手段及び前記サブ制御手段にそれぞれ供給する不平衡検出手段とを、
有し、前記メインユニットへの入力電流が、前記サブユニットへの入力電流よりも大きい
電源装置。

【請求項2】

請求項１記載の電源装置において、前記切換手段は、前記メインユニット及びサブユニットに共通して設けられている電源装置。

【請求項3】

請求項１記載の電源装置において、前記メインユニットへの入力電流が、前記サブユニットへの入力電流の５倍以上である電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源装置に関し、特に、異なる値の２種類の供給電圧のうち選択された供給電圧に応じて動作するものに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、上記のような電源装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の技術によれば、例えば２００Ｖと４００Ｖの商用交流電圧のうち選択されたものが電源装置に供給される。この電源装置は、２台のインバータを備えており、電圧の値が大きい４００Ｖが供給された場合には、４００Ｖを直流化した電圧が、直列に接続された上記２台のインバータに供給され、電圧の値が小さい２００Ｖが供給された場合には、２００Ｖを直流化した電圧が、並列に接続された上記２台のインバータに供給される。即ち、供給電圧の大きさに応じて、２台のインバータが直列及び並列の一方に切換接続される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４７５８２３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような電源装置は、例えばプラズマ溶接機やプラズマ切断機用電源装置に使用されることがある。プラズマ溶接機やプラズマ切断機用電源装置には、負荷に電力を供給するためのメインユニットの他に、パイロットアークを発生させるためのサブユニットを備えたものがある。このような２つのユニットを備えた電源装置に特許文献１の技術を適用した場合、各ユニットは、それぞれ２台のインバータを備えることになる。

【0005】

メインユニット及びサブユニットにおいて、２台のインバータを直列に接続した場合、例えばインバータの駆動回路の特性差、負荷の変動等により２台のインバータの電力消費に差が生じ、インバータが分担する電圧の不平衡が発生する。メインユニット及びサブユニットそれぞれにおいて、負担電圧の不平衡を不平衡検出手段によって検出し、メインユニット及びサブユニットにおいて、不平衡を補償するように２台のインバータを制御することが考えられる。

【0006】

しかし、メインユニット及びサブユニットそれぞれに不平衡検出手段を設けると、回路構成が複雑になる上に、部品点数が増加し、コストも増加する。

【0007】

本発明は、メイン及びサブユニットそれぞれが２台のインバータを直列または並列に切換接続される電源装置において、簡単な回路構成とすることにより部品点数を減少させて、安価に、両ユニットのインバータの直列接続時の負担電圧の不平衡を解消できる電源装置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】

【0008】

本発明の一態様の電源装置は、例えばプラズマ切断機や溶接機用の電源装置として使用することができるもので、メインユニットと、サブユニットを有している。メインユニットは、２つのメインインバータと、これら２つのメインインバータを制御するメイン制御手段とを、有し、２つのメインインバータの出力を直流化したものを合成して、メイン負荷に出力する。サブユニットは、２つのサブインバータと、これら２つのサブインバータを制御するサブ制御手段とを、有し、２つのサブインバータの出力を直流化したものを合成して、メイン負荷と異なるサブ負荷に出力する。前記２つのメインインバータ及び前記２つのサブインバータの入力側を直列及び並列のうち選択されたものに切換手段が接続する。メインユニット及びサブユニットに供給される電圧が、例えば第１及び第２の電圧の２種類のうち選択されたもので、第１の電圧が第２の電圧よりも大きいとすると、大きい第１の電圧が供給されているとき、両ユニットいずれでも２つのインバータは直列に接続され、小さい第２の電圧が供給されているとき、両ユニットいずれでも２つのインバータは並列に接続される。例えば、両ユニットにおいて２つのインバータが直列に接続されている状態で、前記２つのメインインバータの入力側で２つのメインインバータの入力電圧の不平衡の状態を検出し、その検出結果に応じて不平衡の状態を解除するように、前記メイン制御手段が、前記２つのメインインバータを、前記サブ制御手段が、前記２つのサブインバータを、制御するように、不平衡検出手段が、前記検出結果を前記メイン制御手段及びサブ制御手段に供給する。更に、前記メインユニットへの入力電流が、前記サブユニットへの入力電流よりも大きい。

【0009】

このように構成された電源装置では、メインユニットにおいて、２つのメインインバータの入力電圧の不平衡の状態が不平衡検出手段によって検出され、その検出結果がメイン制御手段及びサブ制御手段に供給され、メイン制御手段が、メインユニットの２つのメインインバータを制御し、かつサブ制御手段が、サブユニットの２つのサブインバータを、制御する。サブユニットの入力電流がメインユニットの入力電流よりも小さいので、メインユニットの不平衡の検出結果に応じて、サブユニットの２つのサブインバータを制御しても、充分にサブユニットでの不平衡を補償することができる。従って、使用する不平衡検出手段は、メインユニット用の１台だけであり、回路構成を簡略化することができ、部品点数を減少させて、安価に不平衡を解消できる。なお、前記メインユニットへの入力電流を、前記サブユニットへの入力電流の５倍以上とすると、高精度にサブニットの２つのインバータの不平衡も補償することができる。

【0010】

上記の態様において、前記切換手段を、前記メインユニット及びサブユニットに共通して設けることもできる。この切換手段は、供給電圧の変化を検出して自動的に切り換えるものとすることもできるし、作業員が手動によって切り換えるように構成することもできる。このように切換手段を構成すると、両ユニットに対して切換手段を共通に設けているので、回路構成を簡略化することができる。

【発明の効果】

【0011】

以上のように、本発明によれば、使用する不平衡検出手段を、メインユニット用の１台だけとすることができ、その結果、回路構成を簡略化することができ、部品点数を減少させて、安価に不平衡を解消できる電源装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一態様の電源装置のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の一実施形態の電源装置は、例えばプラズマ溶接機または切断機用の電源装置であって、例えばプラズマ負荷に電力を供給するためのメインユニット２と、例えばプラズマアークの発生用のサブユニット４とを有するものである。また、この電源装置では、値の異なる２種類の電圧、例えば電圧が１００Ｖと２００Ｖとのいずれの商用交流電源であっても動作可能にメインユニット２とサブユニット４とが構成されている。

【0014】

メインユニット２は、２台のインバータ６ｍ、８ｍを有し、これらに供給された直流電圧を交流電圧に変換して出力する。これらインバータ６ｍ、８ｍは同一の出力容量を有するものである。これらインバータ６ｍ、８ｍの出力は、整流手段、例えば整流回路１０ｍ、１２ｍによってそれぞれ直流化された後、１つに合成されて、出力端子１４ｍから出力される。上述したように１００Ｖと２００Ｖとのいずれの商用交流電源であっても動作可能とするために、インバータ６ｍ、８ｍの入力側は、後述するように１００Ｖの商用交流電源の電圧を直流化した電圧が供給されるときには、並列に接続され、２００Ｖの商用交流電源の電圧を直流化した電圧が供給されるときには、直列に接続される。

【0015】

サブユニット４も、メインユニット２と同様にインバータ６ｓ、８ｓ、整流回路１０ｓ、１２ｓ、出力端子１４ｓを有している。但し、インバータ６ｓ、８ｓは、プラズマアークの発生用であるので、同一性能であるが、インバータ６ｍ、８ｍと比較して出力容量が小さく、インバータ６ｓ、８ｓに入力される電流の値も、インバータ６ｍ、８ｍに入力さえる電流よりも小さく、例えば最大で１／５以下である。

【0016】

この電源装置では、１００Ｖまたは２００Ｖの商用交流電源１６の電圧を整流回路１８で整流して、メインユニット２、サブユニット４のインバータ６ｍ、８ｍ、６ｓ、８ｓに供給する。そのために、整流回路１８の出力側とインバータ６ｍ、８ｍ、６ｓ、８ｓの入力側との間に、切換手段、例えば切換スイッチ２０が設けられている。切換スイッチ２０は、整流回路１８の２つの出力側に接続された接点２０ａ、２０ｂを有し、接点２０ａ、２０ｂの間に２つの接点２０ｃ、２０ｄが設けられている。接点２０ａ、２０ｃは破線で示す接触子２０ｅによって接続される。このとき、同時に破線で示す接触子２０ｆによっても接点２０ｂ、２０ｄが接続されるが、接点２０ｃ、２０ｄ間は接続されない。或いは、接点２０ｃ、２０ｄは実線で示す接触子２０ｇによって接続されるが、このとき接触子２０ｅ、２０ｆによる接続は行わず、接点２０ａ、２０ｃ間、接点２０ｂ、２０ｄ間はいずれも接続されない。

【0017】

メインユニット２関連では、インバータ６ｍの一方の入力側が接点２０ａに接続され、インバータ６ｍの他方の入力側は接点２０ｄに接続されている。インバータ８ｍの一方の入力側が接点２０ｃに接続され、他方の入力側が接点２０ｂに接続されている。従って、接触子２０ｅによって接点２０ａ、２０ｃを接続し、接触子２０ｆによって接点２０ｂ、２０ｄを接続した状態では、インバータ６ｍ、８ｍの入力側が並列に接続されて、整流回路１８の２つの出力側に接続される。また、接触子２０ｇで接点２０ｃ、２０ｄを接続すると、インバータ６ｍ、８ｍの入力側が直列に接続されて、整流回路１８の２つの出力側に接続される。

【0018】

サブユニット４関連でも、インバータ６ｓの一方の入力側が接点２０ａに接続され、他方の入力側が接点２０ｄに接続されている。同様に、インバータ８ｓの一方の入力側も接点２０ｃに接続され、他方の入力側も接点２０ｂに接続されている。従って、接触子２０ｅによって接点２０ａ、２０ｃを接続し、接触子２０ｆによって接点２０ｂ、２０ｄを接続した状態では、インバータ６ｓ、８ｓの入力側も並列に接続されて、整流回路１８の２つの出力側に接続される。また、接触子２０ｇで接点２０ｃ、２０ｄを接続すると、インバータ６ｍ、８ｍの入力側も直列に接続されて、整流回路１８の２つの出力側に接続される。

【0019】

このように切換スイッチ２０は、メインユニット２及びサブユニット４の両方に対して共通に設けられており、１００Ｖの商用電源が使用される場合には、接触子２０ｅ、２０ｆを使用して、メインユニット２のインバータ６ｍ、８ｍの入力側を並列に接続して、整流回路１８の２つの出力側に接続すると共に、サブユニット４のインバータ６ｓ、８ｓの入力側を並列に接続して、整流回路１８の２つの出力側に接続する。２００Ｖの商用電源が使用される場合には、接触子２０ｇを使用して、メインユニット２のインバータ６ｍ、８ｍの入力側を直列に接続して、整流回路１８の２つの出力側に接続すると共に、サブユニット４のインバータ６ｓ、８ｓの入力側を直列に接続して、整流回路１８の２つの出力側に接続する。

【0020】

インバータ６ｍ、８ｍ、６ｓ、８ｓの２つの入力側間には、整流回路１８の出力を平滑化してインバータ６ｍ、８ｍ、６ｓ、８ｓに供給するための平滑コンデンサ２２ｍ、２４ｍ、２２ｓ、２４ｓが接続されている。

【0021】

メインユニット２のインバータ６ｍ、８ｍは、制御手段、例えばＰＷＭ制御回路２６ｍによって、例えばインバータ６ｍ、８ｍから出力される電流が予め定めた値になるように制御されている。サブユニット４のインバータ６ｓ、８ｓも、制御手段、例えばＰＷＭ制御回路２６ｓによって、同様に制御されている。

【0022】

ところで、メインユニット２のインバータ６ｍ、８ｍが直列に接続されている時及びサブユニット４のインバータ６ｓ、８ｓが直列に接続されている時、インバータ６ｍ、８ｍの特性差，負荷の短絡や変動等によりインバータ６ｍ、８ｍの電力消費に差が生じたり、コンデンサ２２ｍ、２４ｍの経時劣化等に伴う特性差が生じたりしてインバータ６ｍ、８ｍが分担する電圧の不平衡が発生することがある。そこで、インバータ６ｍ、８ｍの入力電圧、即ちコンデンサ２２ｍ、２４の電圧が不平衡であるか、不平衡であればどの程度不平衡であるかを不平衡検出回路２８が検出し、その検出結果がＰＷＭ制御回路２６ｍに供給され、ＰＷＭ制御回路２６ｍは、不平衡を解消するようにインバータ６ｍ、８ｍを制御する。

【0023】

従来であれば、サブユニット４のインバータ６ｓ、８ｓでも不平衡を解消するために、インバータ６ｓ、８ｓに対しても、不平衡検出回路２８と同様な不平衡検出回路を設け、その検出結果をＰＷＭ制御回路２６ｓに供給する。しかし、そうすると、この電源装置は、回路構成が複雑になり、部品点数も増加し、高コストとなる。そこで、この実施形態では、メインユニット２のインバータ６ｍ、８ｍでの不平衡状態を検出している不平衡検出回路２８の検出結果をサブユニット４のＰＷＭ制御回路２６ｓに供給して、サブユニット４のインバータ６ｓ、８ｓを制御している。サブユニット４は、プラズマアーク発生用のものであり、その出力も、メインユニット２と比較して小さいので、メインユニット２での不平衡検出結果に従ってサブユニット４のインバータ６ｓ、８ｓを制御しても、充分に不平衡を補償することができる。従って、サブユニット４のインバータ６ｓ、８ｓに対して不平衡検出回路が不要であり、この電源装置の回路構成を簡略化することができる上に、部品点数の削減が行え、低コストとすることできる。

【0024】

なお、図示を省略したが、整流回路１８の出力は直流電源３０にも供給され、この直流電源３０からＰＷＭ制御回路２６ｍ、２６ｓに動作電力が供給されている。

【0025】

上記の実施形態では、商用交流電源１６は、出力電圧が１００Ｖ及び２００Ｖのいずれかとしたが、一方の出力電圧が他方の出力電圧のほぼ２倍である他の２種類の出力電圧、例えば２００Ｖと４００Ｖを出力する商用交流電源とすることもできる。上記の実施形態では、切換スイッチ２０はメインユニット２とサブユニットとに共通のものを示したが、メインユニット用の切換スイッチと、サブユニット用の切換スイッチとを個別に設けることもできるが、本実施形態のように切換スイッチ２０を共通にすることで、メインユニット２或いはサブユニット４のいずれか一方の、直列又は並列への切換をわすれることを防止でき、両方のユニットを供給電圧に応じた正しい接続状態に確実に切り換えることができる。さらに、切換スイッチ２０には手動のものを示したが、これに限らず、商用交流電源の電圧を検出し、その検出結果に応じて自動的に切り換えるものとすることもできる。例えば商用交流電源１６の出力電圧を検出し、１００Ｖが検出されるとメインユニット２及びサブユニット４それぞれにおいて２台のインバータを並列に自動的に接続し、２００Ｖが検出されると、メインユニット２及びサブユニット４それぞれにおいて２台のインバータを直列に自動的に接続するように構成することもできる。上記の実施形態では、本発明をプラズマ溶接機またはプラズマ切断機用の電源装置に実施したが、同じ構成の他の用途の電源装置に実施することもできる。

【符号の説明】

【0026】

２ メインユニット
４ サブユニット
６ｍ ８ｍ メインユニット用インバータ
６ｓ ８ｓ サブユニット用インバータ
２０ 切換スイッチ（切換手段）
２６ｍ メインユニット用ＰＷＭ制御回路（制御手段）
２６ｓ サブユニット用ＰＷＭ制御回路（制御手段）
２８ 不平衡検出回路（不平衡検出手段）

【図1】