JPH0331497Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、溶接用電源装置に関し、特に、エ
ンジンによつて交流発電機を駆動し、その発電出
力を整流してアーク溶接のための電力を得るよう
ないわゆるエンジンウエルダに用いられる溶接用
電源装置の改良に関する。

〔従来の技術〕

第６図は従来のエンジンウエルダの電気回路図
であり、第７図は第６図に示したエンジンウエル
ダの電圧−電流特性を示す図である。

第６図において、自励交流発電機１は３相の電
機子コイル２と界磁コイル３とを含み、エンジン
（図示せず）によつて回転駆動される。３相の電
機子コイル２はそれぞれリアクトル４を介して整
流器５に接続されるとともに、自動電圧調整器
（AVR）６に接続される。整流器５はリアクトル
４を介して与えられる電機子コイル２に発生した
交流発電電圧を整流して、端子８，９に与える。
端子８には溶接棒１１の取付けられた溶接用プロ
ーブ１０が接続され、端子９は被溶接部１２に接
続される。

AVR６は３相の交流発電出力を整流し、その
整流出力を界磁コイル３に与える。なお、AVR
６に関連して電流調整器７が設けられていて、こ
の電流整流器７を調整することによつて、界磁コ
イル３に流れる界磁電流を調整できる。

上述の第６図に示したエンジンウエルダにおい
て、エンジンを定格速度で回転すると、界磁コイ
ル３が回転し、この界磁コイル３の残留磁気によ
つて電機子コイル２には数Ｖ程度の電圧が発生す
る。この電圧はAVR６によつて直流に変換され、
界磁コイル３を励磁する。界磁コイル３が励磁さ
れると、電機子コイル２の発生電圧が高くなる。
この動作を繰返し、発電出力は徐々に高くなり、
電流調整器７で設定した電流値に達すると、界磁
電流は一定となり、発電電圧も安定する。溶接プ
ローブ１０によつて、溶接棒１１を被溶接部１２
に接触させると、電流が流れ、アークが発生す
る。溶接電流が流れると、リアクトル４の作用に
より、電圧が低下し、溶接電流も小さくなつて、
第７図に示すような垂下特性となる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

一般に、電機溶接器は、溶接棒１１を被溶接部
１２に接近させたとき、無負荷電圧が高いほどア
ークが飛びやすくなりアークのスタートが良好に
なる。また、溶接棒１１が被溶接部１２に溶着し
たとき、溶接棒１１を被溶接部１２から弾いてア
ークを維持するためには、流れる電流が大きい方
が好ましいことが知られている。ところが、第６
図に示した従来のエンジンウエルダは、電流調整
器７によつて溶接電流を高く設定すると、第７図
の特性ａに示すように、無負荷電圧は高くなつ
て、溶接棒１１を被溶接部１２に接近させたと
き、アークが飛びやすくなる。しかし、溶接電流
を低く設定すると、第７図の特性ｂに示すよう
に、無負荷電圧が低くなるため、アークが飛びに
くくなつてしまう。すなわち、従来のエンジンウ
エルダは、溶接電流の設定値によつて無負荷電圧
が変化するという欠点があつた。

さらに、溶接棒１１が被溶接部１２に溶着した
とき、短絡状態となるため、短絡電流が０になつ
てしまい、溶接棒１１が被溶接部１２に溶着した
ままとなり、溶接棒１１が飛ばされず、アークの
維持が困難になつてしまう。このように、従来の
エンジンウエルダはアークのスタートおよびアー
クを維持する上でアーク特性が悪いという欠点が
あつた。さらに、垂下特性を得るためのリアクト
ルの４の形状も大きいものを必要とする問題点も
あつた。

そこで、本願出願人は上記のような欠点ないし
問題点をすべて解消し得るような優れた電気溶接
機を出願した（実願昭59−70783号）。この出願人
提案の電気溶接機の概略を説明すると、２台の交
流発電機をエンジンによつて回転駆動し、一方の
交流発電機の無負荷定格電圧を低くかつ短絡電流
が大きくなるように設定し、他方の交流発電機の
無負荷定格電圧を比較的高くかつ短絡電流が小さ
くなるように設定し、２つの交流発電機の出力を
それぞれ整流して合成し溶接電圧を得るようにし
たものである。このような電気溶接機によれば、
無負荷定格電圧が高くしかも短絡電流の大きい溶
接電源を得ることができる。したがつて、溶接棒
を被溶接部に接近させたときに、アークを飛ばし
やすくでき、アークのスタート特性を改善できる
とともに、溶接棒が被溶接部に溶着されたとき
に、大きな短絡電流が流れるため、アークの発生
を良好に維持することができ、アーク特性を改善
できる。

しかしながら、上述のような本願出願人提案の
電気溶接機においては、２台の交流発電機を必要
とするため、コストが高くなるという新たな問題
点を生じるに至つた。

それゆえに、この考案の目的は、簡単かつ安価
な構成によつて、無負荷電圧を高くできて、しか
も短絡時の短絡電流を大きくすることができ、ア
ーク特性を良好にし得る溶接用電源装置を提供す
ることである。

〔問題点を解決するための手段〕

この考案は、交流発電機と、この交流発電機の
発電出力を整流して発電機に励磁電圧を与える励
磁回路と、交流発電機の発電電圧を整流して溶接
電圧を出力する整流回路とを備える。上記交流発
電機は、エンジンによつて回転駆動されて上記励
磁回路からの励磁電圧が印加される界磁コイル
と、界磁コイルの回転によつて生じる磁界の変動
に基づいて誘起電圧を発生する第１の電機子コイ
ルと、同じく界磁コイルの回転によつて生じる磁
界の変動に基づいて誘起電圧を発生する第２の電
機子コイルとを含む。そして、第１の電機子コイ
ルは、その無負荷定格電圧が比較的低くかつ短絡
電流が比較的大きくなるように選ばれ、第２の電
機子コイルはその無負荷定格電圧が比較的高くか
つ短絡電流が比較的小さくなるように選ばれる。
さらに、上記整流回路は、第１の電機子コイルの
誘起電圧と第２の電機子コイルの誘起電圧とをそ
れぞれ整流して合成し、上記溶接電圧を出力する
ように構成される。

〔作用〕

この考案においては、１台の交流発電機に２組
の電機子コイルを設け、一方の電機子コイルの特
性を無負荷定格電圧が比較的低くかつ短絡電流が
比較的大きくなるように選び、他方の電機子コイ
ルの特性を無負荷定格電圧が比較的高くかつ短絡
電流が比較的小さくなるように選び、これら異な
る特性を有する２組の電機子コイルの出力を合成
することにより、アーク溶接に必要な理想的な出
力特性を得ているものである。

〔実施例〕

第１図はこの考案の一実施例を示す電気回路図
である。図において、交流発電機Ｇは、同一の固
定子に設けられる特性の異なる２組の電機子コイ
ルAC１およびAC２と、図示しないエンジンによ
つて前記固定子内を回転駆動される界磁コイル
FCとを含む。第１の電機子コイルAC１は、後述
するように、その無負荷定格電圧が比較的低くか
つ短絡電流が比較的大きくなるような特性に選ば
れる。その目的で、第１の電機子コイルAC１は
導体の断面積を大きくして巻数を少なくしてあ
り、低インピーダンスとなつている。一方、第２
の電機子コイルAC２は、後述するように、その
無負荷定格電圧が比較的高くかつ短絡電流が比較
的小さくなるような特性に選ばれる。その目的
で、第２の電機子コイルAC２は導体の断面積を
小さくして巻数を多くしてあり、高インピーダン
スとなつている。第１の電機子コイルAC１は整
流器DB１に接続される。この整流器DB１は第
１の電機子コイルAC１に誘起された電圧を整流
して端子８，９に与える。一方、第２の電機子コ
イルAC２は整流器DB２に接続される。この整
流器DB２は第２の電機子コイルAC２に誘起し
た電圧を整流して端子８，９に与える。また、こ
の第１図の溶接用電源装置は、界磁コイルFCを
励磁するための励磁回路２０が設けられる。この
励磁回路２０は整流器DB３を含む。この整流器
DB３には、リアクトルＬおよび抵抗Ｒを介して
第１の電機子コイルAC１に発生した誘起電圧が
与えられる。また、励磁回路２０は第１の電機子
コイルAC１に流れる負荷電流を検出するための
変流器CTを含む。この変流器CTの出力は整流器
DB３に与えられる。整流器DB３は、リアクト
ルＬおよび抵抗Ｒを介して与えられる第１の電機
子コイルAC１の誘起電圧と、変流器CTから与え
られる出力とを整流し、その整流出力を界磁コイ
ルFCに与える。

次に、第１図の実施例の動作について説明す
る。図示しないエンジンによつて界磁コイルFC
が定格回転数で回転されると、界磁コイルFCの
残留磁気によつて磁界変動が生じ、第１の電機子
コイルAC１および第２の電機子コイルAC２に小
さな誘起電圧が発生する。第１の電機子コイル
AC１に生じた誘起電圧は、抵抗Ｒおよびリアク
トルＬを介して整流器DB３に与えられ直流電圧
に整流される。この整流器DB３の整流出力は界
磁コイルFCに与えられ、界磁コイルFCに小さな
電流を流す。そのため、界磁コイルFCの発生磁
束が少し増加し、応じて第１の電機子コイルAC
１および第２の電機子コイルAC２の誘起電圧が
高くなる。これら一連の動作を繰返すことによつ
て、第１の電機子コイルAC１および第２の電機
子コイルAC２の発生電圧が徐々に定格電圧に近
づいていき、定格電圧に到達したところで安定す
る。第１の電機子コイルAC１および第２の電機
子コイルAC２に発生した交流電圧は、それぞれ、
整流器DB１およびDB２によつて直流電圧に整
流された後合成されて端子８および９に与えられ
る。したがつて、端子８および９からは第１の電
機子コイルAC１および第２の電機子コイルAC２
の発生電圧を合成した直流電圧が出力される。

ここで、溶接プローブ１０によつて溶接棒１１
を被溶接部１２に接触させると、溶接電流が流
れ、アークが発生する。このとき、第１の電機子
コイルAC１および第２の電機子コイルAC２には
負荷電流が流れる。第１の電機子コイルAC１に
流れる負荷電流の変動は、変流器CTによつて検
出され、整流器DB３を介して界磁コイルFCにフ
イードバツクされる。すなわち、励磁回路２０は
リアクトルＬにより電圧に比例した励磁を行なつ
て交流発電機Ｇに分巻特性を持たせ、変流器CT
により電流に比例した励磁をして交流発電機Ｇに
直巻特性を持たせる。これによつて、交流発電機
Ｇに複巻特性を持たせることができる。すなわ
ち、負荷電流の大小にかかわらず端子電圧を一定
に保つことができる。

次に、第１図の実施例の特性ないし利点につい
て説明する。第２図は第１の電機子コイルAC１
の静特性を示すグラフである。この第２図の静特
性は、第２の電機子コイルAC２を端子８および
９から切り離した後、端子８および９に可変抵抗
器を接続して負荷変動による端子電圧の変化を調
べたものである。第３図は第２図の電機子コイル
AC２の静特性を示すグラフである。この第３図
の静特性は、第１の電機子コイルAC１を端子８
および９から切り離した後、端子８および９に可
変抵抗器を接続して負荷変動による端子電圧の変
化を調べたものである。図示のごとく、第１の電
機子コイルAC１は、無負荷定格電圧が25〜30V
と比較的低く、短絡時の電流が比較的大きくなる
ような特性を有している。一方、第２の電機子コ
イルAC２は無負荷定格電圧が80〜60Vと比較的
大きく、短絡時の電流が10〜20Aと比較的小さく
なるような特性に選ばれている。このような異な
る特性を有する第１の電機子コイルAC１および
第２の電機子コイルAC２の発生電圧を整流して
合成すると、負荷変動に対する端子電圧の変化
は、第４図に示すようになる。すなわち、無負荷
定格電圧が高く、かつ短絡時の電流が大きい特性
を有することとなる。したがつて、溶接棒１１１
を被溶接部１２に接近させたときにアークを飛ば
しやすくでき、アークのスタート特性を良好にで
きるとともに、溶接棒１１が被溶接部１２に溶着
したとき、短絡電流が大きいため、アークを維持
できて、アーク特性を改善できる。なお、第４図
において、線Ｘは第１の電機子コイルAC１の無
負荷電圧を35Vに設定した場合の静特性であり、
線Ｙは第１の電機子コイルAC１の無負荷電圧を
25.5Vに設定した場合の静特性である。

第５図は第１の電機子コイルAC１および第２
の電機子コイルAC２のそれぞれの発生電圧およ
び負荷電流の変化を示すグラフである。なお、第
５図ａは第１の電機子コイルAC１の発生電圧の
変化を第１図の電圧計２１で測定したグラフであ
り、第５図ｂは第１の電機子コイルAC１の負荷
電流の変化を第１図の電流計２２で測定したグラ
フである。また、第５図ｃは第２の電機子コイル
AC２の発生電圧の変化を第１図の電圧計２３で
測定したグラフであり、第５図ｄは第２の電機子
コイルAC２の負荷電流の変化を第１図の電流計
２４で測定したグラフである。この第５図を参照
して、第１図の実施例のさらに他の利点について
説明する。第５図に示すごとく、無負荷時におい
ては、電圧Ｖ１およびＶ２は定格電圧で安定して
おり、また負荷電流Ａ１およびＡ２は０となつて
いる。ここで、端子８および９に負荷を接続し有
負荷となると、第１の電機子コイルAC１は前述
のように低インピーダンスに選ばれているため、
大きな負荷電流Ａ１が流れ、発生電圧Ｖ１が低下
する。これに対し、第２の電機子コイルAC２は
前述のように高インピーダンスに選ばれているた
め、負荷電流Ａ２はさほど大きな値とはならな
い。ここで、第２の電機子コイルAC２の発生電
圧Ｖ２は負荷電流Ａ２が流れることによつて本来
ならば定格電圧から低下するはずであるが、第５
図ｃに示すように定格電圧から若干上昇してい
る。これは、第１の電機子コイルAC１に大きな
負荷電流Ａ１が流れることによつてその発生磁束
が増大し、その増大された発生磁束の一部が第２
の電機子コイルAC２に増磁作用として働くため
である。すなわち、アーク溶接の負荷は力率がほ
ぼ１であるため、第１の電機子コイルAC１は電
気角でほぼ90゜遅れの起磁力を生じる。いわゆる
交差磁化作用である。この90゜遅れの起磁力は、
第２の電機子コイル２と鎖交する磁束を増やし、
第２の電機子コイルAC２の誘起電圧を上昇させ
る作用をする。したがつて、無負荷から有負荷に
変化するときのように第１の電機子コイルAC１
の負荷電流が急激に増大した場合は、増磁作用に
よる発生電圧の上昇分が負荷電流が流れることに
よつて生じる発生電圧の低下分を越えることとな
り、第２の電機子コイルAC２の発生電圧Ｖ２を
定格電圧以上に上昇させるのである。このような
現象は、溶接棒１１が被溶接部１２と溶着して短
絡状態になつた場合にも発生する。すなわち、溶
接棒１１と被溶接部１２とが溶着すると、第１の
電機子コイルAC１に大きな短絡電流が流れ、第
２の電機子コイルAC２の発生電圧Ｖ２を上昇さ
せる。これによつて、端子８，９の端子電圧の急
激な低下を防止することができ、アーク電圧を保
持することができてアークを維持することができ
る。そのため、アーク特性をさらに改善すること
ができる。なお、この効果を達成するためには、
第２の電機子コイルAC２が第１の電機子コイル
AC１からの増磁作用を受け得る位置に配置され
ることが必要である。そのために、この実施例で
は、第２の電機子コイルAC２を第１の電機子コ
イルAC１に対して電気角でほぼ90゜遅れの位置に
配置するようにしている。

なお、変流器CTによつて負荷の変動を素早く
界磁コイルFCにフイードバツクしていることも、
第２の電機子コイルAC２の誘起電圧を上昇させ
る一因となつていると考えられる。

〔考案の効果〕 以上のように、この考案によれば、無負荷定格
電圧が比較的低くかつ短絡電流が比較的大きくな
るような特性を有する第１の電機子コイルと、無
負荷定格電圧が比較的高くかつ短絡電流が比較的
小さくなるような特性を有する第２の電機子コイ
ルとのそれぞれの出力を整流して合成し溶接電圧
を得るようにしたので、無負荷定格電圧が高くし
かも短絡電流の大きい溶接電源を得ることができ
る。したがつて、溶接の開始時にアークを飛ばし
やすくできアークのスタート特性を改善できると
ともに、溶接部が溶着されたときに大きな短絡電
流を流すことができアークの発生を良好に維持す
ることができる。また、この考案では、１台の交
流発電機を設けるだけでよく、コストの低下を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す回路図であ
る。第２図および第３図は、それぞれ、第１図に
示す第１の電機子コイルAC１および第２の電機
子コイルAC２の静特性を示すグラフである。第
４図は第１図に示す実施例の静特性を示すグラフ
である。第５図は第１図に示す第１の電機子コイ
ルAC１および第２の電機子コイルAC２のそれぞ
れの発生電圧および負荷分流の変化を示すグラフ
である。第６図は従来のエンジンウエルダの電気
回路図である。第７図は第６図に示したエンジン
ウエルダの電圧−電流特性を示す図である。 図において、Ｇは交流発電機、FCは界磁コイ
ル、AC１は第１の電機子コイル、AC２は第２の
電機子コイル、２０は励磁回路、Ｌはリアクト
ル、CTは変流器、DB１〜DB３は整流器、１０
は溶接プローブ、１１は溶接棒、１２は被溶接部
を示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) エンジンによつて駆動され、アーク溶接のた
   めの電力を発生する溶接用電源装置であつて、 前記エンジンによつて回転駆動されて発電を
   行なう交流発電機、および 前記交流発電機の発電出力を整流して前記発
   電機に励磁電圧を与える励磁回路を備え、 前記交流発電機は、 前記エンジンによつて回転駆動され、かつ前
   記励磁回路からの励磁電圧が印加される界磁コ
   イルと、 前記界磁コイルの回転によつて生じる磁界の
   変動に基づいて誘起電圧を発生し、その無負荷
   定格電圧が比較的低くかつ短絡電流が比較的大
   きくなるように選ばれた第１の電機子コイル
   と、 前記界磁コイルの回転によつて生じる磁界の
   変動に基づいて誘起電圧を発生し、その無負荷
   定格電圧が比較的高くかつ短絡電流が比較的小
   さくなるように選ばれた第２の電機子コイルと
   を含み、 さらに、前記第１の電機子コイルの誘起電圧
   と前記第２の電機子コイルの誘起電圧とをそれ
   ぞれ整流して合成し、溶接電圧を出力する整流
   器を備える、溶接用電源装置。 (2) 前記第２の電機子コイルは前記第１の電機子
   コイルからの増磁作用を受け得る位置に配置さ
   れている、実用新案登録請求の範囲第１項記載
   の溶接用電源装置。 (3) 前記第２の電機子コイルは前記第１の電機子
   コイルに対して電気角でほぼ90゜遅れた位置に
   配置されている、実用新案登録範囲第２項記載
   の溶接用電源装置。 (4) 前記第１の電機子コイルは、比較的低インピ
   ーダンスに選ばれ、 前記第２の電機子コイルは、比較的高インピ
   ーダンスに選ばれている、実用新案登録請求の
   範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の溶
   接用電源装置。 (5) 前記励磁回路は前記第１の電機子コイルの誘
   起電圧を整流する回路を含む、実用新案登録請
   求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載
   の溶接用電源装置。 (6) 前記励磁回路は、 前記第１の電機子コイルの負荷電流を検出す
   る変流器と、 前記第１の電機子コイルの誘起電圧と前記変
   流器の検出出力とをそれぞれ合成して整流する
   整流器とを含む、実用新案登録請求の範囲第１
   項ないし第４項のいずれかに記載の溶接用電源
   装置。