特許 7164251 高速周波数パルスＴＩＧ溶接システム

(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】2022-10-24

(45)【発行日】2022-11-01

(54)【発明の名称】高速周波数パルスＴＩＧ溶接システム

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/09 20060101AFI20221025BHJP

   B23K 9/167 20060101ALI20221025BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20221025BHJP

【ＦＩ】

B23K9/09

B23K9/167 C

B23K9/167 A

H02M7/48 Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021532319

(86)(22)【出願日】2019-10-23

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-27

(86)【国際出願番号】 CN2019112886

(87)【国際公開番号】W WO2020237989

(87)【国際公開日】2020-12-03

【審査請求日】2021-06-07

(31)【優先権主張番号】201910455476.7

(32)【優先日】2019-05-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】512000569

【氏名又は名称】華南理工大学

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100148633

【弁理士】

【氏名又は名称】桜田 圭

(74)【代理人】

【識別番号】100147924

【弁理士】

【氏名又は名称】美恵 英樹

(72)【発明者】

【氏名】王 振民

(72)【発明者】

【氏名】呉 健文

(72)【発明者】

【氏名】范 文艶

(72)【発明者】

【氏名】陳 浩宇

【審査官】山下 浩平

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－１２４０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８２８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０４６６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５１２０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５０１４６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０６４６４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－０１２７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６３４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５１１１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３４５４００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】独国実用新案第２０２００４０２１０３１（ＤＥ，Ｕ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ９／００ － ９／３２、１０／００ － １０／０２

Ｈ０２Ｍ ７／４２ － ７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源を含み、前記高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源が主回路と制御回路とヒューマンコンピュータインタラクションシステムとを含む高速周波数パルスＴＩＧ溶接システムにおいて、
前記主回路は、商用周波数整流フィルタモジュール、パルス電流主回路、ベース電流主回路および高周波電流切替回路を含み、前記パルス電流主回路は、順次に接続されたＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１、高周波変圧モジュール１およびＳｉＣ整流平滑モジュール１を含み、前記ベース電流主回路は、順次に接続されたＳｉＣフルブリッジインバータモジュール２、高周波変圧モジュール２およびＳｉＣ整流平滑モジュール２を含み、前記高周波電流切替回路は、順次に接続された高周波切替モジュールと逆灌流防止モジュールとを含み、前記ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１は、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタを含み、
ここで、三相交流入力電源は、商用周波数整流フィルタモジュールに接続され、商用周波数整流フィルタモジュールは、ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１およびＳｉＣフルブリッジインバータモジュール２にそれぞれ接続され、ＳｉＣ整流平滑モジュール１は、高周波切替モジュールに接続され、逆灌流防止モジュールは、外部アーク負荷に接続され、ＳｉＣ整流平滑モジュール２は、外部アーク負荷に接続され、
前記制御回路は、マイクロプロセッサ最小制御システム、それぞれが前記マイクロプロセッサ最小制御システムに接続されたヒューマンコンピュータインタラクション通信モジュール、ＳｉＣ高周波駆動回路、切替スイッチ駆動回路、出力電圧電流サンプリングフィードバック回路を含み、ここで、ＳｉＣ高周波駆動回路は、ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１とＳｉＣフルブリッジインバータモジュール２とにそれぞれ接続され、切替スイッチ駆動回路は、高周波切替モジュールに接続され、出力電圧電流サンプリングフィードバック回路は、外部アーク負荷、ＳｉＣ整流平滑モジュール１およびＳｉＣ整流平滑モジュール２にそれぞれ接続され、ヒューマンコンピュータインタラクション通信モジュールは、ヒューマンコンピュータインタラクションシステムに接続されることを特徴とする高速周波数パルスＴＩＧ溶接システム。

【請求項2】

前記ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１は、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタを含み、すなわち、ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１は、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３およびＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４を含み、前記高周波変圧モジュール１は、高周波トランス１ Ｔ１０１を含み、前記ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３およびＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４は、フルブリッジインバータ回路を構成し、その後、直流阻止コンデンサＣ１０９を介して高周波トランス１ Ｔ１０１の一次側に接続され、前記ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３およびＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４は、それぞれＲＣ吸収回路１を並列接続し、
前記ＳｉＣ整流平滑モジュール１は、整流ダイオードＶＤ１０１、整流ダイオードＶＤ１０２およびインダクタＬ１０１を含み、高周波トランス１ Ｔ１０１の２次側第１出力端子は、順次に接続された整流ダイオードＶＤ１０１および整流ダイオードＶＤ１０２を介して高周波トランス１ Ｔ１０１の２次側第３出力端子に接続され、整流ダイオードＶＤ１０１と整流ダイオードＶＤ１０２との接続箇所は、インダクタＬ１０１の一端に接続され、インダクタＬ１０１の他端と高周波トランス１ Ｔ１０１の２次側第２出力端は、それぞれパルス電流主回路の出力端として高周波切替モジュールに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の高速周波数パルスＴＩＧ溶接システム。

【請求項3】

前記ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３およびＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４は、フルブリッジインバータ回路を構成し、その後、直流阻止コンデンサＣ１０９を介して高周波変圧モジュール１の１次側に接続され、前記ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３およびＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４は、それぞれＲＣ吸収回路１を並列接続し、すなわち、
さらに、コンデンサＣ１０１、コンデンサＣ１０２、コンデンサＣ１０３、コンデンサＣ１０４、コンデンサＣ１０９、抵抗Ｒ１０１、抵抗Ｒ１０２、抵抗Ｒ１０３および抵抗Ｒ１０４を含み、
ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１とＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３が直列に接続された後、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２とＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４が直列に形成された回路と共に商用周波数整流フィルタ回路に並列接続され、コンデンサＣ１０１と抵抗Ｒ１０１は、直列に接続された両端がＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１に並列接続され、コンデンサＣ１０２と抵抗Ｒ１０２は、直列に接続された両端がＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２に並列接続され、コンデンサＣ１０３と抵抗Ｒ１０３は、直列に接続された両端がＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３に並列接続され、コンデンサＣ１０４と抵抗Ｒ１０４は、直列に接続された両端がＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４に並列接続され、前記ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１とＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３との接続箇所は、コンデンサＣ１０９と直列に接続されて高周波変圧モジュール１の１次側第１入力端に接続され、前記ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２とＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４との接続箇所は、高周波変圧モジュール１の１次側第２入力端に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の高速周波数パルスＴＩＧ溶接システム。

【請求項4】

前記ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール２の回路構成は、ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１と同一であり、高周波変圧モジュール２の回路構成は、高周波変圧モジュール１と同一であり、ＳｉＣ整流平滑モジュール２の回路構成は、ＳｉＣ整流平滑モジュール１と同一であることを特徴とする請求項２に記載の高速周波数パルスＴＩＧ溶接システム。

【請求項5】

前記高周波切替モジュールは、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０２と変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０１とを含み、前記逆灌流防止モジュールは、整流ダイオードＶＤ２０１を含み、前記変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０１は、前記ＳｉＣ整流平滑モジュール１に並列に接続され、ＳｉＣ整流平滑モジュール１は、順次に接続された変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０２と整流ダイオードＶＤ２０１とを介して外部アーク負荷に接続され、前記変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０２は、スパイク電圧吸収モジュール１に並列に接続され、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０１は、スパイク電圧吸収モジュール２に並列に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の高速周波数パルスＴＩＧ溶接システム。

【請求項6】

前記スパイク電圧吸収モジュール１は、コンデンサＣ２０２、抵抗Ｒ２０２、ダイオードＤ２０４およびダイオードＤ２０３を含み、抵抗Ｒ２０２とコンデンサＣ２０２とが並列接続された後にダイオードＤ２０４と直列に形成された回路は、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０２に並列接続され、ダイオードＤ２０３は、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０２に並列接続され、
前記スパイク電圧吸収モジュール２は、コンデンサＣ２０１、抵抗Ｒ２０１、ダイオードＤ２０２およびダイオードＤ２０１を含み、抵抗Ｒ２０１とダイオードＤ２０２が並列接続された後にコンデンサＣ２０１と直列に形成された回路は、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０１に並列接続され、ダイオードＤ２０１は、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０１に並列接続されていることを特徴とする請求項５に記載の高速周波数パルスＴＩＧ溶接システム。

【請求項7】

前記マイクロプロセッサ最小制御システムは、ＳｉＣ高周波駆動回路に絶縁１を介して接続され、前記マイクロプロセッサ最小制御システムは、切替スイッチ駆動回路に絶縁２を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の高速周波数パルスＴＩＧ溶接システム。

【請求項8】

前記マイクロプロセッサ最小制御システムは、ＳｉＣ高周波駆動回路に絶縁１を介して接続され、すなわち、
マイクロプロセッサ最小制御システムは、規格型式がＩＳＯ５４５１の絶縁ドライバチップを介してＳｉＣ高周波駆動回路に接続され、絶縁ドライバチップは、駆動給電回路１も接続され、
前記ＳｉＣ高周波駆動回路は、コンデンサＣ３０４、コンデンサＣ３０５、ツェナーダイオードＺＤ３０１、ダイオードＤ３０２、ダイオードＤ３０３、抵抗Ｒ３１０、抵抗Ｒ３１１、抵抗Ｒ３１２および抵抗Ｒ３１３を含み、絶縁ドライバチップのピンＣＬＡＭＰは、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタのゲートに接続され、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタのゲートは、並列接続された抵抗Ｒ３１３およびコンデンサＣ３０５を介して接地され、絶縁ドライバチップのピンＯＵＴは、抵抗Ｒ３１２を介してＳｉＣパワースイッチングングトランジスタのゲートに接続され、ダイオードＤ３０３と抵抗Ｒ３１１は、直列に接続された両端が抵抗Ｒ３１２に並列接続され、絶縁ドライバチップのピンＯＵＴは、直列の抵抗器Ｒ３１０およびダイオードＤ３０２を介してＳｉＣパワースイッチングトランジスタドレインに接続され、絶縁ドライバチップのピンＯＵＴは、並列のコンデンサＣ３０４およびツェナーダイオードＺＤ３０１を介して接地され、絶縁ドライバチップのピンＤＥＳＡＴは、絶縁ドライバチップのピンＯＵＴに接続されることを特徴とする請求項７に記載の高速周波数パルスＴＩＧ溶接システム。

【請求項9】

前記マイクロプロセッサ最小制御システムが切替スイッチ駆動回路に絶縁２を介して接続されているとは、マイクロプロセッサ最小制御システムが、切替スイッチ駆動回路に光結合絶縁チップを介して接続されていることであり、前記切替スイッチ駆動回路は、ＮＰＮトランジスタＱ４０１と、ＮＰＮトランジスタＱ４０２と、ＮＰＮトランジスタＱ４０４と、ＰＮＰトランジスタＱ４０３と、駆動給電回路２とを含み、
光結合絶縁チップの出力端は、順次に接続された抵抗Ｒ４０２、抵抗Ｒ４０３、ダイオードＤ４０２を介してＮＰＮトランジスタＱ４０１のベースに接続され、抵抗Ｒ４０３には、コンデンサＣ４０１が並列に接続され、ダイオードＤ４０２は、ダイオードＤ４０３が逆並列に接続され、抵抗Ｒ４０３とダイオードＤ４０２の接続箇所には、ダイオードＤ４０１を介してＮＰＮトランジスタＱ４０１のコレクタが接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０１のコレクタは、さらに、抵抗Ｒ４０４を介して駆動給電回路２のアノードに接続され、
抵抗Ｒ４０２と抵抗Ｒ４０３の接続箇所は、順次に接続された抵抗Ｒ４０８とダイオードＤ４０８を介してＮＰＮトランジスタＱ４０２のベースに接続され、抵抗Ｒ４０８には、コンデンサＣ４０３が並列に接続され、ダイオードＤ４０８は、ダイオードＤ４０９を逆並列に接続し、抵抗Ｒ４０８とダイオードＤ４０８の接続箇所は、ダイオードＤ４０７を介してＮＰＮトランジスタＱ４０２のコレクタに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０２のコレクタは、さらに、抵抗Ｒ４０９を介して駆動給電回路２のアノードにも接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ４０２のエミッタは、それぞれ駆動給電回路２のカソードに接続され、
ＮＰＮトランジスタＱ４０１のコレクタは、順次に接続された抵抗Ｒ４０５とダイオードＤ４０５を介してＰＮＰトランジスタＱ４０３のベースに接続され、抵抗Ｒ４０５には、コンデンサＣ４０２が並列に接続され、ダイオードＣ４０５は、ダイオードＤ４０４に逆並列接続され、抵抗Ｒ４０５とダイオードＤ４０５の接続箇所は、ダイオードＤ４０６を介してＰＮＰトランジスタＱ４０３のコレクタに接続され、ＰＮＰトランジスタＱ４０３のベースは、抵抗Ｒ４０６を介して駆動給電回路２のアノードに接続され、ＰＮＰトランジスタＱ４０３のエミッタは、抵抗Ｒ４０７を介して駆動給電回路２のアノードに接続され、
ＮＰＮトランジスタＱ４０２のコレクタは、順次に接続された抵抗Ｒ４１０とダイオードＤ４１１を介してＮＰＮトランジスタＱ４０４のベースに接続され、抵抗Ｒ４１０には、コンデンサＣ４０４が並列に接続され、ダイオードＤ４１１には、ダイオードＤ４１２が逆並列に接続され、抵抗Ｒ４１０とダイオードＤ４１１の接続箇所には、ダイオードＤ４１０を介してＮＰＮトランジスタＱ４０４のコレクタが接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０４のコレクタ電極は、ＰＮＰトランジスタＱ４０３のコレクタ電極に接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０４のエミッタは、抵抗Ｒ４１１を介して駆動給電回路２のカソードに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０４のコレクタは、抵抗Ｒ４１２を介して駆動給電回路２のカソードに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０４のコレクタは、高周波切替モジュールに接続されていることを特徴とする請求項７に記載の高速周波数パルスＴＩＧ溶接システム。

【請求項10】

産業用ロボット、ワイヤ送給装置、溶接ガン、送気装置および治具をさらに含み、前記産業用ロボットおよび前記ワイヤ送給装置は、それぞれマイクロプロセッサ最小制御システムに接続され、前記治具は、それぞれ産業用ロボットおよび溶接ガンに接続され、前記高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源は、さらに送気装置に接続され、前記溶接ガンは、さらに送気装置およびワイヤ送給装置に接続されていることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の高速周波数パルスＴＩＧ溶接システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接装置の技術分野に関し、より具体的には、高速周波数パルスＴＩＧ溶接システムに関する。

【背景技術】

【0002】

溶接分野では、アークが安定し、ゼロスパッタ、溶接品質が高い、溶接可能な金属範囲が広い等の利点から、タングステンアーク溶接（ＴＩＧ溶接と略称する）が一般的に用いられている。１９６０年代の中期から始まるパルスＴＩＧ溶接技術において、従来の直流アーク溶接に一定の周波数を有するパルス電流が重畳された。ピーク電流は、アークを安定に保ち、母材の溶融を加速して溶融池を形成させ、ベース電流は、熱の入力を制御しながらアークの継続的燃焼を維持し、溶融池を冷却して結晶化させ、両者は、サイクルを交替して、性能の良い溶接部を形成する。フリーアークは高周波パルス電流が加えられることにより、アーク安定性が向上し、周期的に変化する高周波アーク圧力の溶融池に対する攪拌作用により、デンドライトを破壊可能となり、溶接継手の結晶粒微細化を促進できることが、研究で判明した。関連研究者は、高速周波数パルス溶接方法を提案している。高速周波数パルス電流による電磁場がアークを圧縮して電子ビーム溶接に類似した集中アークを形成し、アークエネルギー密度の改善およびアークフラックスの向上を図り、溶接中の入熱量を抑制して熱影響部を低減し、溶接品質を向上させる。

【0003】

そこで、国内外では、高速周波数パルスＴＩＧ溶接装置の研究への参入が相次いだ。高速周波数（ＦＡＳＴ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ）パルスＴＩＧ溶接システムでは、溶接電源の品質は、溶接アークの性能と密接に関係し、溶接プロセスに正確にエネルギーを供給するだけでなく、システムの他の装置との協調動作を実現する必要がある。しかしながら、国内の高速周波数パルスＴＩＧ溶接装置の産業レベルは、先進国との間には大きな差が存在する。国内の高速周波数パルス溶接電源は、主パワーデバイスとしてＳｉ系ＩＧＢＴを採用することが一般的であって、Ｓｉ系パワーデバイスのスイッチング性能は、その材料性能で決まる理論限界に近づき、溶接電源のインバータ周波数、応答速度等、高速周波数パルス波形変調の信頼性に影響するいくつかの重要な指標を、ある程度において制約している。また、高速周波数パルス波形の変調過程で高周波パルス電流の変調が加わるため、溶接電源に強い電磁干渉が発生し、溶接電流が不安定になり、高周波アーク制御効果が低下するなどの問題が生じやすい。このため、高速周波数パルスＴＩＧ溶接技術は、国内で広く適用されてはいなかった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、従来技術の欠点および不備を克服するために、インバータ周波数が高く、良好な動特性および安定性を有し、パワースイッチングトランジスタの損失を低減でき、２０ｋＨｚ以上の均一な高速周波数パルス電流波形を安定して歪みなく出力できる高速周波数パルスＴＩＧ溶接システム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】

【0005】

本発明の上記目的は、以下の技術手段によって達成される。
高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源を含み、前記高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源が主回路と制御回路とヒューマンコンピュータインタラクションシステムとを含む高速周波数パルスＴＩＧ溶接システムにおいて、
前記主回路は、商用周波数整流フィルタモジュール、パルス電流主回路、ベース電流主回路および高周波電流切替回路を含み、前記パルス電流主回路は、順次に接続されたＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１、高周波変圧モジュール１およびＳｉＣ整流平滑モジュール１を含み、前記ベース電流主回路は、順次に接続されたＳｉＣフルブリッジインバータモジュール２、高周波変圧モジュール２およびＳｉＣ整流平滑モジュール２を含み、前記高周波電流切替回路は、順次に接続された高周波切替モジュールと逆灌流防止モジュールとを含み、前記ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１は、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタを含み、
ここで、三相交流入力電源が商用周波数整流フィルタモジュールに接続され、商用周波数整流フィルタモジュールは、ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１およびＳｉＣフルブリッジインバータモジュール２にそれぞれ接続され、ＳｉＣ整流平滑モジュール１は、高周波切替モジュールに接続され、逆灌流防止モジュールは、外部アーク負荷に接続され、ＳｉＣ整流平滑モジュール２は、外部アーク負荷に接続され、
前記制御回路は、マイクロプロセッサ最小制御システム、それぞれが前記マイクロプロセッサ最小制御システムに接続されたヒューマンコンピュータインタラクション通信モジュール、ＳｉＣ高周波駆動回路、切替スイッチ駆動回路、出力電圧電流サンプリングフィードバック回路を含み、ここで、ＳｉＣ高周波駆動回路は、ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１とＳｉＣフルブリッジインバータモジュール２とにそれぞれ接続され、切替スイッチ駆動回路は、高周波切替モジュールに接続され、出力電圧電流サンプリングフィードバック回路は、外部アーク負荷、ＳｉＣ整流平滑モジュール１およびＳｉＣ整流平滑モジュール２にそれぞれ接続され、ヒューマンコンピュータインタラクション通信モジュールは、ヒューマンコンピュータインタラクションシステムに接続されることを特徴とする。

【0006】

好ましくは、前記ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１は、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタを含み、すなわち、ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１は、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３およびＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４を含み、前記高周波変圧モジュール１は、高周波トランス１ Ｔ１０１を含み、前記ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３およびＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４は、フルブリッジインバータ回路を構成し、その後、直流阻止コンデンサＣ１０９を介して高周波トランス１ Ｔ１０１の一次側に接続され、前記ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３およびＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４は、それぞれＲＣ吸収回路１を並列接続し、
前記ＳｉＣ整流平滑モジュール１は、整流ダイオードＶＤ１０１、整流ダイオードＶＤ１０２およびインダクタＬ１０１を含み、高周波トランス１ Ｔ１０１の２次側第１出力端子は、順次に接続された整流ダイオードＶＤ１０１および整流ダイオードＶＤ１０２を介して高周波トランス１ Ｔ１０１の２次側第３出力端子に接続され、整流ダイオードＶＤ１０１と整流ダイオードＶＤ１０２との接続箇所は、インダクタＬ１０１の一端に接続され、インダクタＬ１０１の他端と高周波トランス１ Ｔ１０１の２次側第２出力端は、それぞれパルス電流主回路の出力端として高周波切替モジュールに接続されている。

【0007】

好ましくは、前記ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３およびＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４は、フルブリッジインバータ回路を構成し、その後、直流阻止コンデンサＣ１０９を介して高周波変圧モジュール１の１次側に接続され、前記ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３およびＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４は、それぞれＲＣ吸収回路１を並列接続し、すなわち、
さらに、コンデンサＣ１０１、コンデンサＣ１０２、コンデンサＣ１０３、コンデンサＣ１０４、コンデンサＣ１０９、抵抗Ｒ１０１、抵抗Ｒ１０２、抵抗Ｒ１０３および抵抗Ｒ１０４を含み、
ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１とＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３が直列に接続された後、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２とＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４が直列に形成された回路と共に商用周波数整流フィルタ回路に並列接続され、コンデンサＣ１０１と抵抗Ｒ１０１は、直列に接続された両端がＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１に並列接続され、コンデンサＣ１０２と抵抗Ｒ１０２は、直列に接続された両端がＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２に並列接続され、コンデンサＣ１０３と抵抗Ｒ１０３は、直列に接続された両端がＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３に並列接続され、コンデンサＣ１０４と抵抗Ｒ１０４は、直列に接続された両端がＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４に並列接続され、前記ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１とＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３との接続箇所は、コンデンサＣ１０９と直列に接続されて高周波変圧モジュール１の１次側第１入力端に接続され、前記ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２とＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４との接続箇所は、高周波変圧モジュール１の１次側第２入力端に接続されている。

【0008】

好ましくは、前記ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール２の回路構成は、ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１と同一であり、高周波変圧モジュール２の回路構成は、高周波変圧モジュール１と同一であり、ＳｉＣ整流平滑モジュール２の回路構成は、ＳｉＣ整流平滑モジュール１と同一である。

【0009】

好ましくは、前記高周波切替モジュールは、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０２と変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０１とを含み、前記逆灌流防止モジュールは、整流ダイオードＶＤ２０１を含み、前記変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０１は、前記ＳｉＣ整流平滑モジュール１に並列接続され、ＳｉＣ整流平滑モジュール１は、順次に接続された変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０２と整流ダイオードＶＤ２０１とを介して外部アーク負荷に接続され、前記変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０２は、スパイク電圧吸収モジュール１に並列に接続され、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０１は、スパイク電圧吸収モジュール２に並列に接続されている。

【0010】

好ましくは、前記スパイク電圧吸収モジュール１は、コンデンサＣ２０２、抵抗Ｒ２０２、ダイオードＤ２０４およびダイオードＤ２０３を含み、抵抗Ｒ２０２とコンデンサＣ２０２とが並列接続された後にダイオードＤ２０４と直列に形成された回路は、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０２に並列接続され、ダイオードＤ２０３は、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０２に並列接続され、
前記スパイク電圧吸収モジュール２は、コンデンサＣ２０１、抵抗Ｒ２０１、ダイオードＤ２０２およびダイオードＤ２０１を含み、抵抗Ｒ２０１とダイオードＤ２０２が並列接続された後にコンデンサＣ２０１と直列に形成された回路は、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０１に並列接続され、ダイオードＤ２０１は、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０１に並列に接続されている。

【0011】

好ましくは、前記マイクロプロセッサ最小制御システムは、ＳｉＣ高周波駆動回路に絶縁１を介して接続され、前記マイクロプロセッサ最小制御システムは、切替スイッチ駆動回路に絶縁２を介して接続されている。

【0012】

好ましくは、前記マイクロプロセッサ最小制御システムは、ＳｉＣ高周波駆動回路に絶縁１を介して接続され、すなわち、
マイクロプロセッサ最小制御システムは、規格型式がＩＳＯ５４５１の絶縁ドライバチップを介してＳｉＣ高周波駆動回路に接続され、絶縁ドライバチップは、駆動給電回路１も接続され、
前記ＳｉＣ高周波駆動回路は、コンデンサＣ３０４、コンデンサＣ３０５、ツェナーダイオードＺＤ３０１、ダイオードＤ３０２、ダイオードＤ３０３、抵抗Ｒ３１０、抵抗Ｒ３１１、抵抗Ｒ３１２および抵抗Ｒ３１３を含み、絶縁ドライバチップのピンＣＬＡＭＰは、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタのゲートに接続され、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタのゲートは、並列接続された抵抗Ｒ３１３およびコンデンサＣ３０５を介して接地され、絶縁ドライバチップのピンＯＵＴは、抵抗Ｒ３１２を介してＳｉＣパワースイッチングングトランジスタのゲートに接続され、ダイオードＤ３０３と抵抗Ｒ３１１は、直列に接続された両端が抵抗Ｒ３１２に並列接続され、絶縁ドライバチップのピンＯＵＴは、直列の抵抗器Ｒ３１０およびダイオードＤ３０２を介してＳｉＣパワースイッチングトランジスタのドレインに接続され、絶縁ドライバチップのピンＯＵＴは、並列のコンデンサＣ３０４およびツェナーダイオードＺＤ３０１を介して接地され、絶縁ドライバチップのピンＤＥＳＡＴは、絶縁ドライバチップのピンＯＵＴに接続される。

【0013】

好ましくは、前記マイクロプロセッサ最小制御システムが切替スイッチ駆動回路に絶縁２を介して接続されているとは、マイクロプロセッサ最小制御システムが、切替スイッチ駆動回路に光結合絶縁チップを介して接続されていることであり、前記切替スイッチ駆動回路は、ＮＰＮトランジスタＱ４０１と、ＮＰＮトランジスタＱ４０２と、ＮＰＮトランジスタＱ４０４と、ＰＮＰトランジスタＱ４０３と、駆動給電回路２とを含み、
光結合絶縁チップの出力端は、順次に接続された抵抗Ｒ４０２、抵抗Ｒ４０３、ダイオードＤ４０２を介してＮＰＮトランジスタＱ４０１のベースに接続され、抵抗Ｒ４０３には、コンデンサＣ４０１が並列に接続され、ダイオードＤ４０２は、ダイオードＤ４０３が逆並列に接続され、抵抗Ｒ４０３とダイオードＤ４０２の接続箇所には、ダイオードＤ４０１を介してＮＰＮトランジスタＱ４０１のコレクタが接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０１のコレクタは、さらに、抵抗Ｒ４０４を介して駆動給電回路２のアノードに接続され、
抵抗Ｒ４０２と抵抗Ｒ４０３の接続箇所は、順次に接続された抵抗Ｒ４０８とダイオードＤ４０８を介してＮＰＮトランジスタＱ４０２のベースに接続され、抵抗Ｒ４０８には、コンデンサＣ４０３が並列に接続され、ダイオードＤ４０８は、ダイオードＤ４０９を逆並列に接続し、抵抗Ｒ４０８とダイオードＤ４０８の接続箇所は、ダイオードＤ４０７を介してＮＰＮトランジスタＱ４０２のコレクタに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０２のコレクタは、さらに、抵抗Ｒ４０９を介して駆動給電回路２のアノードにも接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ４０２のエミッタは、それぞれ駆動給電回路２のカソードに接続され、
ＮＰＮトランジスタＱ４０１のコレクタは、順次に接続された抵抗Ｒ４０５とダイオードＤ４０５を介してＰＮＰトランジスタＱ４０３のベースに接続され、抵抗Ｒ４０５には、コンデンサＣ４０２が並列に接続され、ダイオードＣ４０５は、ダイオードＤ４０４に逆並列接続され、抵抗Ｒ４０５とダイオードＤ４０５の接続箇所は、ダイオードＤ４０６を介してＰＮＰトランジスタＱ４０３のコレクタに接続され、ＰＮＰトランジスタＱ４０３のベースは、抵抗Ｒ４０６を介して駆動給電回路２のアノードに接続され、ＰＮＰトランジスタＱ４０３のエミッタは、抵抗Ｒ４０７を介して駆動給電回路２のアノードに接続され、
ＮＰＮトランジスタＱ４０２のコレクタは、順次に接続された抵抗Ｒ４１０とダイオードＤ４１１を介してＮＰＮトランジスタＱ４０４のベースに接続され、抵抗Ｒ４１０には、コンデンサＣ４０４が並列に接続され、ダイオードＤ４１１には、ダイオードＤ４１２が逆並列に接続され、抵抗Ｒ４１０とダイオードＤ４１１の接続箇所には、ダイオードＤ４１０を介してＮＰＮトランジスタＱ４０４のコレクタが接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０４のコレクタ電極は、ＰＮＰトランジスタＱ４０３のコレクタ電極に接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０４のエミッタは、抵抗Ｒ４１１を介して駆動給電回路２のカソードに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０４のコレクタは、抵抗Ｒ４１２を介して駆動給電回路２のカソードに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０４のコレクタは、高周波切替モジュールに接続されている。

【0014】

好ましくは、産業用ロボット、ワイヤ送給装置、溶接ガン、送気装置および治具をさらに含み、前記産業用ロボットおよび前記ワイヤ送給装置は、それぞれマイクロプロセッサ最小制御システムに接続され、前記治具は、それぞれ産業用ロボットおよび溶接ガンに接続され、前記高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源は、さらに送気装置に接続され、前記溶接ガンは、さらに送気装置およびワイヤ送給装置に接続されている。

【発明の効果】

【0015】

従来技術と比較して、本発明は、以下の利点や効果を有する。
１、従来のパルスＴＩＧ溶接システムと比較して、本発明の高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源のパワースイッチングデバイスは、新しいＳｉＣパワースイッチングトランジスタを採用し、インバータ周波数は１００ｋＨｚ以上と高く、現在一般的に使用されているＩＧＢＴと比較して１０倍近く高く、全体的なサイズが大幅に低減されるだけでなく、良好な動的応答速度を有する。高周波アーク制御効果を高めるのに有利であり、２０ｋＨｚの高速周波数パルス電流波形を安定して出力し、溶接中の波形が歪みなく安定する。
２、本発明において、高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源は、極めて高いエネルギー効率を有する。ＳｉＣパワースイッチングングトランジスタ自体の優れた性能により、スイッチング損失および導通損失が小さく、ＴＩＧ溶接電源のエネルギー効率が大きく改善される。
３、本発明において、高周波電流切替回路は、高周波パルス電流の変調過程で発生するスパイク過電圧を効果的に吸収しながら、高速周波数パルス電流の基本波形を破壊することがなく、構造が簡単で、低コストで、信頼性が高い。
４、本発明のサンプリング絶縁方式は、ＡＲＭ最小制御システムとＳｉＣ高周波駆動回路、およびＡＲＭ最小制御システムと切替スイッチ駆動回路が接続される。スイッチングトランジスタを効率的に駆動しながらスイッチングトランジスタの破損を防止することができる保護機能を有する。ＳｉＣパワースイッチングトランジスタの駆動中に過渡電圧および過渡電流が高くなり過ぎて電磁干渉が発生する問題を抑制し、電圧スパイクの発生による誤作動を防止して良好な駆動効果を有する。
５、本発明の高速周波数パルスＴＩＧ溶接システムは、高周波インバータやデジタル自動制御などの技術を取り入れ、システムの集積度を高め、より精密な制御を可能にするために、ＣＡＮバスを介してシステムの各部を協調動作させる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る高速周波数パルスＴＩＧ溶接システムのブロック図である。

【図2】本発明に係る高速周波数パルスＴＩＧ溶接システムの高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源の構造図である。

【図3】本発明に係る高速周波数パルスＴＩＧ溶接システムの高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源の主回路の回路図である。

【図4】本発明に係る高速周波数パルスＴＩＧ溶接システムの高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源のＳｉＣ高周波駆動回路の回路図である。

【図5】本発明に係る高速周波数パルスＴＩＧ溶接システムの高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源の切替スイッチ駆動回路の回路図である。

【図6】本発明に係る高速周波数パルスＴＩＧ溶接システムの高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源の出力電圧電流サンプリングフィードバック回路の回路図である。

【図7】本発明に係る高速周波数パルスＴＩＧ溶接システムのワイヤ送給装置の構造ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面および具体的な実施形態を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

【実施例】

【0018】

本実施例に係る高速周波数パルスＴＩＧ溶接システムは、その構造上、図１～図７に示すように、高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源を備え、さらに、産業用ロボット、ワイヤ送給装置、溶接ガン、送気装置および治具を含む。産業用ロボットおよびワイヤ送給装置は、それぞれ、ＡＲＭ最小制御システムに接続されている。治具は、それぞれ、産業用ロボットおよび溶接ガンに接続されている。高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源は、送気装置にも接続されている。溶接ガンは、送気装置とワイヤ送給装置とにそれぞれ接続されている。

【0019】

産業用ロボットは、溶接ガンを把持して所定の経路で溶接作業を行うアクチュエータとして機能する。ワイヤ送給装置は、ワイヤ送給速度の精密な無段階調節、およびワイヤ送給方式の多様化を可能にし、溶接工程およびパラメータに完全に適合するワイヤ送給を保証する。送気装置は、雰囲気ガスを供給するためのものである。治具は、溶接ワークの固定と変位、溶接ガンと産業用ロボットの連結等の機能を果たす。

【0020】

高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源は、主回路、制御回路、およびヒューマンコンピュータインタラクションシステムを含む。

【0021】

主回路は、商用周波数整流フィルタモジュール、パルス電流主回路、ベース電流主回路および高周波電流切替回路を含む。パルス電流主回路およびベース電流主回路は、主としてアークにエネルギーを供給するために使用され、高周波電流切替回路は、高周波電流を変調するために使用され、制御回路は、ＳｉＣパワースイッチングングトランジスタおよび変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ駆動信号の発生、サンプリング電流の閉ループ調整、故障保護、システムの他の部分との協調通信、およびヒューマンコンピュータインタラクションなどの機能を実現するために使用される。

【0022】

パルス電流主回路は、順次に接続されたＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１、高周波変圧モジュール１およびＳｉＣ整流平滑モジュール１を含む。ベース電流主回路は、順次に接続されたＳｉＣフルブリッジインバータモジュール２、高周波変圧モジュール２およびＳｉＣ整流平滑モジュール２を含む。高周波電流切替回路は、順次に接続された高周波切替モジュールと逆灌流防止モジュールとを含む。ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１は、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタを含む。高周波切替モジュールは、ＩＧＢＴスイッチングトランジスタを含む。
ここで、三相交流入力電源が商用周波数整流フィルタモジュールに接続され、商用周波数整流フィルタモジュールは、ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１およびＳｉＣフルブリッジインバータモジュール２にそれぞれ接続され、ＳｉＣ整流平滑モジュール１は、高周波切替モジュールに接続され、逆灌流防止モジュールは、外部アーク負荷に接続され、ＳｉＣ整流平滑モジュール２は、外部アーク負荷に接続される。制御回路は、ＡＲＭ最小制御システム、それぞれがＡＲＭ最小制御システムに接続されたヒューマンコンピュータインタラクション通信モジュール、ＳｉＣ高周波駆動回路、切替スイッチ駆動回路、出力電圧電流サンプリングフィードバック回路を含む。ここで、ＳｉＣ高周波駆動回路は、ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１とＳｉＣフルブリッジインバータモジュール２とにそれぞれ接続され、切替スイッチ駆動回路は、高周波切替モジュールに接続され、出力電圧電流サンプリングフィードバック回路は、外部アーク負荷、ＳｉＣ整流平滑モジュール１およびＳｉＣ整流平滑モジュール２にそれぞれ接続され、ヒューマンコンピュータインタラクション通信モジュールは、ヒューマンコンピュータインタラクションシステムに接続される。

【0023】

ＡＲＭ最小制御システムは、３２ビットの高速ＡＲＭマイクロプロセッサを使用し、３組のフルデジタルＰＷＭ制御信号を生成し、それぞれパルス電流主回路、ベース電流主回路および高周波電流切替回路に作用させる。ＡＲＭ最小制御システムのＵＡＲＴ通信インタフェース回路は、ヒューマンコンピュータインタラクションシステムに接続され、ＡＲＭ最小制御システムのＣＡＮ通信インタフェース回路は、ＣＡＮバスに接続され、システム各部相互間の連携動作が行われる。リレーモジュールは、主に、バルブの開閉に用いられる。

【0024】

ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１は、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３およびＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４を含む。前記高周波変圧モジュール１は、高周波トランス１ Ｔ１０１を含む。前記ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３およびＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４は、フルブリッジインバータ回路を構成し、その後、直流阻止コンデンサＣ１０９を介して高周波トランス１ Ｔ１０１の一次側に接続される。前記ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３およびＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４は、それぞれＲＣ吸収回路１を並列接続する。前記ＳｉＣ整流平滑モジュール１は、整流ダイオードＶＤ１０１、整流ダイオードＶＤ１０２およびインダクタＬ１０１を含む。高周波トランス１ Ｔ１０１の２次側第１出力端子は、順次に接続された整流ダイオードＶＤ１０１および整流ダイオードＶＤ１０２を介して高周波トランス１ Ｔ１０１の２次側第３出力端子に接続され、整流ダイオードＶＤ１０１と整流ダイオードＶＤ１０２との接続箇所は、インダクタＬ１０１の一端に接続され、インダクタＬ１０１の他端と高周波トランス１ Ｔ１０１の２次側第２出力端は、それぞれパルス電流主回路の出力端として高周波切替モジュールに接続されている。具体的には、さらに、コンデンサＣ１０１、コンデンサＣ１０２、コンデンサＣ１０３、コンデンサＣ１０４、コンデンサＣ１０９、抵抗Ｒ１０１、抵抗Ｒ１０２、抵抗Ｒ１０３および抵抗Ｒ１０４を含む。ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１とＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３が直列に接続された後、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２とＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４が直列に形成された回路と共に商用周波数整流フィルタ回路に並列接続される。コンデンサＣ１０１と抵抗Ｒ１０１は、直列に接続された両端がＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１に並列接続される。コンデンサＣ１０２と抵抗Ｒ１０２は、直列に接続された両端がＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２に並列接続される。コンデンサＣ１０３と抵抗Ｒ１０３は、直列に接続された両端がＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３に並列接続される。コンデンサＣ１０４と抵抗Ｒ１０４は、直列に接続された両端がＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４に並列接続される。前記ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０１とＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０３との接続箇所は、コンデンサＣ１０９と直列に接続されて高周波変圧モジュール１の１次側第１入力端に接続される。前記ＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０２とＳｉＣパワースイッチングトランジスタＭ１０４との接続箇所は、高周波変圧モジュール１の１次側第２入力端に接続されている。

【0025】

ベース電流主回路において、ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール２の回路構成は、ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１と同一であり、高周波変圧モジュール２の回路構成は、高周波変圧モジュール１と同一であり、ＳｉＣ整流平滑モジュール２の回路構成は、ＳｉＣ整流平滑モジュール１と同一である。ベース電流主回路の構成および原理は、パルス電流主回路と同一である。ＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１を駆動するためのＳｉＣ高周波駆動回路とＳｉＣフルブリッジインバータモジュール２を駆動するためのＳｉＣ高周波駆動回路は、出力駆動波形とタイミングが異なるだけで、同じ構成である。駆動波形やタイミングは、従来方式を採用できる。

【0026】

主回路の動作原理は、以下である。交流入力電源を商用周波数整流フィルタモジュールに投入することにより平滑な直流電力に変換し、直流電力は、パルス電流主回路のＳｉＣフルブリッジインバータモジュール１を経由し、２つの相補的でデッドゾーンのあるＰＷＭ信号は、対角の２つのＳｉＣパワースイッチングトランジスタが同時に高周波的にオンまたはオフとなるように制御し、直流電力を高周波交流電力に変換する。高周波変圧モジュールにより電気的絶縁、変圧、電力伝達を行い、ＳｉＣ整流平滑モジュール２により低電圧平滑の直流電力に変換して高周波切替モジュールに入力し、２つの相補的なデッドゾーンのないＰＷＭ信号は、２つの変調用スイッチングトランジスタＩＧＢＴを２０ｋＨｚの周波数で交互にオンオフ制御するものであり、直流電力を高周波電流に変換し、逆灌流防止モジュールを経由して、ベース電流主回路が出力するベース直流電流に重畳し、重畳して発生する高速周波数パルス電流を外部アーク負荷に出力する。

【0027】

高周波切替モジュールは、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０２と変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０１とを含み、前記逆灌流防止モジュールは、整流ダイオードＶＤ２０１を含み、前記変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０１は、前記ＳｉＣ整流平滑モジュール１に並列に接続され、ＳｉＣ整流平滑モジュール１は、順次に接続された変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０２と整流ダイオードＶＤ２０１とを介して外部アーク負荷に接続され、前記変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０２は、スパイク電圧吸収モジュール１に並列に接続され、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０１は、スパイク電圧吸収モジュール２に並列に接続されている。

【0028】

スパイク電圧吸収モジュール１は、コンデンサＣ２０２、抵抗Ｒ２０２、ダイオードＤ２０４およびダイオードＤ２０３を含み、抵抗Ｒ２０２とコンデンサＣ２０２とが並列接続された後にダイオードＤ２０４と直列に形成された回路は、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０２に並列接続され、ダイオードＤ２０３は、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０２に並列接続される。前記スパイク電圧吸収モジュール２は、コンデンサＣ２０１、抵抗Ｒ２０１、ダイオードＤ２０２およびダイオードＤ２０１を含み、抵抗Ｒ２０１とダイオードＤ２０２が並列接続された後にコンデンサＣ２０１と直列に形成された回路は、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０１に並列接続され、ダイオードＤ２０１は、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０１に並列接続されている。

【0029】

高周波電流切替回路において、パルス電流主回路から出力された低電圧の直流電力は、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０１と変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０２からなる高周波切替モジュールに入力され、２つの相補的でデッドゾーンのないＰＷＭ信号は、変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０１と変調スイッチングトランジスタＩＧＢＴ Ｑ２０２を制御して２０ｋＨｚ以上の周波数で交互にオンオフし、直流電力を高周波電流に変換し、逆灌流防止モジュールを経由して、ベース電流主回路から出力された低電圧の直流電力に重畳され、重畳されて発生した高速周波数パルス電流を外部アーク負荷に出力する。スパイク電圧吸収モジュール１およびスパイク電圧吸収モジュール２は、高周波電流を変調する過程で発生するスパイク電圧を吸収する。整流ダイオードＶＤ２０１は、高周波電流切替回路の内部抵抗により、ベース電流主回路から出力された直流電流がパルス電流主回路に逆流することを防止し、正確な電源出力制御に影響を与えることを防止する。

【0030】

ＡＲＭ最小制御システムは、ＳｉＣ高周波駆動回路に絶縁１を介して接続され、具体的には、ＡＲＭ最小制御システムは、規格型式がＩＳＯ５４５１の絶縁ドライバチップを介してＳｉＣ高周波駆動回路に接続され、絶縁ドライバチップは、駆動電力供給回路１も接続されている。ＳｉＣ高周波駆動回路は、コンデンサＣ３０４、コンデンサＣ３０５、ツェナーダイオードＺＤ３０１、ダイオードＤ３０２、ダイオードＤ３０３、抵抗Ｒ３１０、抵抗Ｒ３１１、抵抗Ｒ３１２および抵抗Ｒ３１３を含む。絶縁ドライバチップのピンＣＬＡＭＰは、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタのゲートに接続され、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタのゲートは、並列接続された抵抗Ｒ３１３およびコンデンサＣ３０５を介して接地され、絶縁ドライバチップのピンＯＵＴは、抵抗Ｒ３１２を介してＳｉＣパワースイッチングトランジスタのゲートに接続され、ダイオードＤ３０３と抵抗Ｒ３１１は、直列に接続された両端が抵抗Ｒ３１２に並列接続され、絶縁ドライバチップのピンＯＵＴは、直列の抵抗器Ｒ３１０およびダイオードＤ３０２を介してＳｉＣパワースイッチングトランジスタのドレインに接続され、絶縁ドライバチップのピンＯＵＴは、並列のコンデンサＣ３０４およびツェナーダイオードＺＤ３０１を介して接地され、絶縁ドライバチップのピンＤＥＳＡＴは、絶縁ドライバチップのピンＯＵＴに接続される。

【0031】

ＡＲＭ最小制御システムは、切替スイッチ駆動回路に絶縁２を介して接続されている。具体的には、ＡＲＭ最小制御システムは、切替スイッチ駆動回路に光結合絶縁チップを介して接続されている。前記切替スイッチ駆動回路は、ＮＰＮトランジスタＱ４０１と、ＮＰＮトランジスタＱ４０２と、ＮＰＮトランジスタＱ４０４と、ＰＮＰトランジスタＱ４０３と、駆動給電回路２とを含む。光結合絶縁チップの出力端は、順次に接続された抵抗Ｒ４０２、抵抗Ｒ４０３、ダイオードＤ４０２を介してＮＰＮトランジスタＱ４０１のベースに接続され、抵抗Ｒ４０３には、コンデンサＣ４０１が並列に接続され、ダイオードＤ４０２は、ダイオードＤ４０３が逆並列に接続され、抵抗Ｒ４０３とダイオードＤ４０２の接続箇所には、ダイオードＤ４０１を介してＮＰＮトランジスタＱ４０１のコレクタが接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０１のコレクタは、さらに、抵抗Ｒ４０４を介して駆動給電回路２のアノードに接続される。抵抗Ｒ４０２と抵抗Ｒ４０３の接続箇所は、順次に接続された抵抗Ｒ４０８とダイオードＤ４０８を介してＮＰＮトランジスタＱ４０２のベースに接続され、抵抗Ｒ４０８には、コンデンサＣ４０３が並列に接続され、ダイオードＤ４０８は、ダイオードＤ４０９を逆並列に接続し、抵抗Ｒ４０８とダイオードＤ４０８の接続箇所は、ダイオードＤ４０７を介してＮＰＮトランジスタＱ４０２のコレクタに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０２のコレクタは、さらに、抵抗Ｒ４０９を介して駆動給電回路２のアノードにも接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ４０２のエミッタは、それぞれ駆動給電回路２のカソードに接続される。ＮＰＮトランジスタＱ４０１のコレクタは、順次に接続された抵抗Ｒ４０５とダイオードＤ４０５を介してＰＮＰトランジスタＱ４０３のベースに接続され、抵抗Ｒ４０５には、コンデンサＣ４０２が並列に接続され、ダイオードＣ４０５は、ダイオードＤ４０４に逆並列接続され、抵抗Ｒ４０５とダイオードＤ４０５の接続箇所は、ダイオードＤ４０６を介してＰＮＰトランジスタＱ４０３のコレクタに接続され、ＰＮＰトランジスタＱ４０３のベースは、抵抗Ｒ４０６を介して駆動給電回路２のアノードに接続され、ＰＮＰトランジスタＱ４０３のエミッタは、抵抗Ｒ４０７を介して駆動給電回路２のアノードに接続される。ＮＰＮトランジスタＱ４０２のコレクタは、順次に接続された抵抗Ｒ４１０とダイオードＤ４１１を介してＮＰＮトランジスタＱ４０４のベースに接続され、抵抗Ｒ４１０には、コンデンサＣ４０４が並列に接続され、ダイオードＤ４１１には、ダイオードＤ４１２が逆並列に接続され、抵抗Ｒ４１０とダイオードＤ４１１の接続箇所には、ダイオードＤ４１０を介してＮＰＮトランジスタＱ４０４のコレクタが接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０４のコレクタ電極は、ＰＮＰトランジスタＱ４０３のコレクタ電極に接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０４のエミッタは、抵抗Ｒ４１１を介して駆動給電回路２のカソードに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０４のコレクタは、抵抗Ｒ４１２を介して駆動給電回路２のカソードに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４０４のコレクタは、高周波切替モジュールに接続されている。

【0032】

制御システムと変調スイッチングトランジスタ駆動回路との間で光結合絶縁駆動が採用され、光結合は、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴ専用の高速光結合ＨＣＰＬ～３１２０を採用し、スイッチング遅延時間は、約０．３ｕｓであり、駆動設計要件を満たすのに十分な、小さな体積、高いスイッチング速度、および強い耐衝撃性を有する。変調スイッチングトランジスタ駆動回路は、２つの相補的でデッドゾーンのない駆動電気信号を生成するので、２つの変調ＩＧＢＴスイッチングトランジスタのゲート駆動回路構成は、同一であり、一方を遮断し、光結合を絶縁してから２つのＭＯＳＦＥＴからなるハーフブリッジトポロジーに接続し、最終的に変調ＩＧＢＴスイッチングトランジスタを駆動するために＋１５Ｖ／－７Ｖの電圧を出力する。この構成は、小型でスイッチング速度が速く、衝撃に強いという利点を有し、駆動設計の要求を満たすという利点を有する。

【0033】

出力電圧電流サンプリングフィードバック回路は、パルス電流主回路およびベース電流主回路の出力電圧電流をそれぞれ収集する。図５に示すように、出力電圧電流サンプリングフィードバック回路は、ＨＡＳ２００－Ｐ型の２００Ａ電流ホールセンサと、ＡＤ６２９型の差動増幅器とその周辺回路からなる集積差動増幅回路と、ＯＰ１７７型のチップとその周辺回路からなるローパスフィルタ回路とを含む。前記電流ホールセンサ、集積差動増幅回路、ローパスフィルタ回路は、順次接続されている。

【0034】

電流ホールセンサで変換された測定電圧値は、抵抗Ｒ５０１と抵抗Ｒ５０２で分圧され、オフセットが小さく、ゲイン誤差ドリフトが小さく、コモンモード除去比が高い差動増幅器ＡＤ６２９をＵ５０１とした場合、増幅率１の集積差動増幅回路に接続される必要がある。ＫＲＣアクティブローパスフィルタによるフィルタリングをさらに行い、Ｕ５０２が高精度で低ゼロシフトのオペアンプＯＰ１７７であり、Ｕ５０２が外部抵抗容量Ｒ５０３、Ｒ５０４、Ｃ５０５、Ｃ５０６と数値整合している、通過帯域内でより平坦なバターワースフィルタをモデルとして採用した。

【0035】

パルス電流主回路およびベース電流主回路において、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタは、所定のタイミングで急速にオン／オフし、高周波直流交流遷移を実現する。高周波切替モジュールの２つの変調スイッチングＩＧＢＴは、２０ｋＨｚ以上の周波数で交互にスイッチングし、高周波パルス電流の変調２並列のパルス電流主回路およびベース電流主回路の出力電圧電流サンプルフィードバック独立制御を可能にする。パルス電流主回路とベース電流主回路の出力端に出力電流電圧をそれぞれ採取し、信号調整を行い、予め設定した値と比較した後、ＳｉＣパワースイッチングトランジスタのオン、オフ時間を変化させることでデューティ調整を行い、所望の波形出力を得ることで閉ループ制御を完了する。

【0036】

ワイヤ送給装置は、モータ、クランプホイール、固定ブラケットおよびワイヤ送給制御システムを含む。ワイヤ送給制御システムは、給電モジュール、ＡＲＭマイクロプロセッサ、モータハーフブリッジ駆動回路、電圧サンプリングフィードバック回路およびデジタル制御パネルを含む。ハーフブリッジ駆動回路は、従来技術を採用することができ、例えば、中国発明「スマートアーク溶接ロボットの潜水送給機」（公開番号：１０３７０６９２７Ｂ）に詳細に開示されているワイヤ送給駆動回路を採用することができる。前記ハーフブリッジ駆動回路は、主に、２つのＮチャネル型電界効果トランジスタＱ１および電界効果トランジスタＱ２からなるハーフブリッジ回路と、ドライバチップＩＲ２１１０と、フォトカプラＰＣ８１７と、リレーＫ１と、定電圧チップＬ７８１５と、その他の周辺回路とが接続されて構成されている。ドライバチップはＩＲ２１１０タイプのものを使用し、モータの正転、逆転の切り替えは、リレーＫ１とフォトカプラＰＣ８１７で構成される転流回路で実現する。このうち、モータ両端は、コネクタＰ１に接続され、２つの相補的にデッドゾーンのあるＰＷＭ信号は、それぞれドライバチップＩＲ２１１０に入力される。Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ転流端は、ハイレベルに保持され、継電器は、正転端に保持され、ＰＷＭＨがハイレベル、ＰＷＭＬがローレベルのとき、コンデンサＣ２とＣ３、ダイオードＤ１からなるブートストラップ回路の作用により、このとき電界効果トランジスタＱ１は、確実にオンし、電界効果トランジスタＱ２は、オフし、モータ正負両端は、２４Ｖに短絡され、急停止状態にある。ＰＷＭＨがローレベルでＰＷＬがハイレベルのとき、電界効果トランジスタＱ２がオン、電界効果トランジスタＱ１がオフとなり、このときモータ両端電圧は、＋２４Ｖとなり、モータは、正転状態となる。Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ転流端がローレベルに保持されると、フォトカプラＰＣ８１７のトランジスタがオン、リレーが反転端に保持され、ＰＷＭＨがハイレベル、ＰＷＭＬがローレベルに保持されると、電界効果トランジスタＱ１がオン、電界効果トランジスタＱ２がオフになり、このときモータ両端電圧は、＋２４Ｖとなり、モータは、反転状態になる。ＰＷＭＬがハイレベル、ＰＷＭＨがローレベルのとき、モータの正負両端は、２４Ｖに短絡され、急停止状態となる。従って、Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ転流端のハイレベル、ローレベルを制御することにより、脈動ワイヤの送給が可能となり、ＰＷＭＨとＰＷＭＬのデューティ比を制御することにより、ワイヤ送給速度を制御することができ、これらが相俟って、定速ワイヤ送給、変速ワイヤ送給、脈動ワイヤ送給の３種のワイヤ送給モードを容易に実現することができる。

【0037】

電圧サンプリングフィードバック回路は、従来技術、例えば中国発明「スマートアーク溶接ロボットの潜水送給機」（公開番号：１０３７０６９２７Ｂ）に詳細に開示されているワイヤ送給速度検出回路を採用することができる。前記電圧サンプリングフィードバック回路のコネクタＰ３は、モータの正負両端に接続され、モータ両端電圧は、抵抗分圧、差動増幅、直線フォトネッティング絶縁を経て、さらに分圧されて制御チップＳＴＭ３２Ｆ４０５ＲＧに入力され、さらにＡ／Ｄ変換されて電圧設定値と比較され、ＰＷＭ信号のデューティ比を調整してモータの運転速度を調節する目的を達成する。ここで、抵抗Ｒ６、抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８、抵抗Ｒ９は、それぞれ２つの入力電圧の分圧回路を構成し、電圧を演算増幅器ＬＦ３５３の入力電圧に適したものに等比例に下げる。インダクタＬ５、インダクタＬ６、コンデンサＣ１０は、入力側のＬＣフィルタ回路を構成している。オペアンプＵ４は、差動増幅回路を構成し、降圧されたモータ両端の電圧を一旦２倍に増幅してから、両者の差分を求めて出力することで、入力された差動信号を片側電圧信号に変換して出力する。ダイオードＤ６、ダイオードＤ７とダイオードＤ８、ダイオードＤ９は、それぞれオペアンプＵ４の両入力端の保護ダイオードであり、入力端電圧の絶対値が１５Ｖよりも高い場合に一方のダイオードが導通してオペアンプを有効に保護する。また、線形フォトカプラＵ６が電流駆動型のフォトカプラであるため、電流分だけ分離されているので、オペアンプＵ５と抵抗Ｒ１７は、オペアンプ入力端子の電圧を線形フォトカプラＨＣＮＲ２０１のＬＥＤ駆動電流に変換する電圧電流変換回路を構成し、オペアンプＵ５と抵抗Ｒ１６、コンデンサＣ１１、ダイオードＤ１０は、ＬＥＤの非線形性や温度ドリフトを補償するための線形フォトカプラＵ６の閉ループのフィードバック回路を構成し、コンデンサＣ１１は、高周波ノイズ信号を除去する役割も果たす。オペアンプＵ７と抵抗Ｒ２２，抵抗Ｒ１８は、電流－電圧変換回路を構成し、線形フォトカプラＵ６の出力電流を電圧に変換し、抵抗Ｒ２２の抵抗値を適切な値に調整することで、オペアンプＵ４の片側の出力電圧と等しい電圧値が得られ、抵抗Ｒ１８の更なる降圧により、オペアンプＵ７の出力電圧を制御チップＳＴＭ３２Ｆ４０５ＲＧの適切な入力電圧に降下させる。ここで、ダイオードＤ１１、ダイオードＤ１２は、入力端子保護回路を構成し、Ｆｅｅｄｂａｃｋ端子の電圧が３．３Ｖより高くなることを防止する。

【0038】

ＡＲＭマイクロプロセッサは、駆動回路の増幅絶縁を経て、モータのハーフブリッジ駆動回路内のパワースイッチングトランジスタを駆動して、モータの動作を実現するための一組のＰＷＭ信号を生成する。モータの回転速度は、電機子電圧制御法を用いて調節され、電圧サンプリングフィードバック回路により電機子電圧をサンプリングしてＡＲＭマイクロプロセッサにフィードバックし、ＡＲＭマイクロプロセッサのＡＤＣモジュールは、供給された信号をアナログデジタル変換した後、所定の数値と比較してＰＩ調節し、さらに、パルス幅に応じた駆動信号を出力することにより、電機子電圧の閉ループ調節を実現し、ワイヤ送給速度の精密な無段階調節を実現する。前記ワイヤ送給装置は、ＣＡＮを介してシステムの他の装置に接続され、ワイヤ送給装置の動作パラメータは、高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源によって設定することができる。

【0039】

産業用ロボット、溶接ガン、送気装置、治具は、従来技術を用いることができる。

【0040】

本発明に係る高速周波数パルスＴＩＧ溶接システムの動作原理は、まず溶接経路計画を行い、産業用ロボットの移動経路を設定した後、溶接開始点まで走行し、高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源の同期信号を待つ。ヒューマンコンピュータインタラクションシステムにより溶接パラメータを設定して高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源に入力する。高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源が送気装置を起動制御すると、高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源の主回路がまず動作し、高周波高電圧アーク回路により溶接ガンのタングステン極とノズルとの間のエアギャップを破壊して溶接ワークとタングステン極との間にアークを形成する。アーク移行に成功した後、高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源が産業用ロボットに歩行信号を出力し、溶接ガンが所定の経路および速度で走行する。産業用ロボット、ヒューマンコンピュータインタラクションシステム、高速周波数パルスＴＩＧ溶接電源、ワイヤ送給装置がすべてＣＡＮネットワークを介して高速デジタル協調を行うことによって、溶接プロセス全体にわたって、各構成が有機的で高速な協調を可能にすることが保証され、高速周波数パルスＴＩＧ溶接プロセスの自動化とインテリジェント化のレベルが向上する。

【0041】

上記実施例は、本発明の好適な実施形態であるが、本発明の実施形態は、上記実施例の限定を受けず、それ以外の本発明の精神や原理を逸脱せずに行った変更、修飾、代替、組み合わせ、簡単化は、いずれも均等置換方式であり、全て本発明の保護範囲に含まれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】