JPH0347741Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は、商用の電源設備のない野外で利用可
能に可搬できるエンジン駆動型プラズマ切断用電
源装置に関する。

「従来の技術」 一般に、野外作業、例えばビルの建設、高速道
路や橋梁の構築などは、溶接作業の他、切断作業
をも必要とする。従来、野外作業での切断作業
は、アセチレンガスによるガス切断、或いはエン
ジン発電機を利用してのアークガウジングによる
切断、更には機械的な切断に頼つていた。従来の
この種の野外での切断作業は、切断面が凹凸のあ
る荒い面となり、再度切断面をグラインダ等で仕
上げ作業をする必要があつた。このため、従来、
野外での作業は、主として厚板や肉厚のあるパイ
プのみ現場で切断作業を行つていた。その他の薄
板や肉厚の薄いパイプなどにあつては、電源設備
の整つている工場で行つているのが現状である。

ところが、近年、野外作業においても、自動化
及び省力化が図られており、これに伴ない切断作
業においても切断面が奇麗で高精度の加工が可能
な商用電源を使用する変圧器型エアープラズマ切
断器を作業現場に持ち込み、エンジン駆動型発電
機を電源として上記変圧器型エアープラズマ切断
機を稼動させていた。しかし、このような利用
は、下記のような問題点が生じていた。つまりエ
アープラズマ切断に必要とする電力は、切断条件
に応じて第２図に示す斜線領域T₂範囲内のもの
が必要であり、しかも切断条件に対応させて負荷
電流を設定すれば常時設定電流を保持させる、所
謂定電流特性を持たせる一方、無負荷電圧とし
て、プラズマアークを発生させるのに必要とする
180ボルト以上に設定しなければならない。従つ
て、第２図に特性曲線T₁で示す如く、定電圧特
性の商用電源をプラズマアークの発生に必要な電
圧Ａボルトまで変圧させた後、特性曲線T₁上の
点５１と設定値であるａアンペア上の点５２とを
結ぶ定電流制御装置I₁を呈するように定電流制御
をすることから、変圧器型プラズマ切断器の電源
として使用するエンジン駆動型発電機は、プラズ
マ切断機内の変圧器を含む各種装置の動作特性に
対応させて外部特性が定電圧特性を呈するものを
使用せねばならず、このため、第２図に示す点５
３，５１，５８，５３で囲む分だけ余計に皮相電
力を必要とし、かつ商用電源を変圧器で変圧する
分だけ高い電圧を出力するものを使用する結果、
プラズマ切断に必要な動作電力より約２倍の容量
のものを使用せねばならず、プラズマ切断機に供
与する電力に可成りの無駄が生じ、しかも、大型
のエンジン駆動型発電機を使用せねばならないか
ら価格が嵩張り、燃料等の維持費も極めて高価な
ものになつていた。

「考案が解決しようとする課題」 本考案は、余分な皮相電力を必要とせず、小型
でかつ軽量化を図り経て野外作業用として可搬性
に優れるエンジン駆動型プラズマ切断用電源装置
を提供することを目的とする。

「考案が解決しようとする手段」 本考案は、上記目的を達成するために、エンジ
ンで駆動される交流電機の出力を整流した直流電
源の出力電圧対出力電流の外部特性が、プラズマ
切断に必要とするプラズマ切断電流電圧動作特性
のうちの可変可能な最大電流値に対応する電圧値
を僅かながら越える切断動作電圧と、プラズマ切
断に必要とする無負荷電圧との点を結ぶ垂下特性
を呈する発電機出力回路を有し、該発電機出力回
路に、コンデンサ、定電流制御装置、及びリアク
タを介在させて外部出力端子を接続し、かつ上記
定電流制御装置に負荷電流検出器を接続したこと
を特徴とするエンジン駆動型プラズマ切断用電源
装置を特徴とするものである。

「実施例」 以下に、本考案に係るエンジン駆動型プラズマ
切断用電源装置の実施例を図面に基づき説明す
る。第１図において、１１はエンジン、１２は該
エンジンで駆動される交流発電機である。該発電
機１２は、高速で回転させ、高周波を出力するも
のを使用し、これにより発電機自体の小型化及び
軽量化を図つている。該発電機１２の界磁巻線
Fgは、フライホイールダイオードＤを介在させ
て電源２８に接続されている。該発電機１２に整
流装置１３を介してコンデンサC₁を接続する。
上記発電機１２から整流装置１３に至るまでの回
路は、上記発電機出力回路としてある。コンデン
サC₁は、整流装置１３の出力の平滑用としては
もとより、トーチへの電力供給をするための電力
蓄積用として機能するのみならず、後述のスイツ
チングトランジスタTRの動作に伴う変動電流を
吸収して、整流装置１３などの電源側に帰還する
といつたことをも防止するものである。又コンデ
ンサC₁は、発電機の出力が高周波であるから、
商用周波数のものに比べて小さ容量のものの使用
ができ、したがつて小型のものが利用できる。コ
ンデンサC₁の＋端子は、スイツチングトランジ
スタTRに接続する。スイツチングトランジスタ
TRは、負荷電流検出器１４および直流リアクタ
１５を介して外部出力端子１６に接続する。負荷
電流検出器１４は、定電流制御回路３０を介して
スイツチングトランジスタTRのベースに接続す
る。定電流制御回路３０には、電流設定器３１を
有している。スイツチングトランジスタTR、定
電流制御回路３０及び電流設定器３１は、上記定
電流制御装置を形成している。上記スイツチング
トランジスタTRは抵抗R₁を介してパイロツト端
子１７にも接続する。直流リアクタ１５に、負荷
電流が流れると閉成動作をするリードスイツチ
SW₄を付設し、該リードスイツチSW₄は電源２６
及びリレーRyの直列回路に挿入させてある。上
記発電機１２には、オペレータが操作するトーチ
スイツチと連動して閉成動作をする接点ms及び
リレーRyの接点ryを介して高周波トランスT₁の
一次巻線に接続する。高周波トランスT₁の二次
巻線には、コンデンサC₂及び火花放電ギヤツプ
２５による火花放電回路を介して高周波カツプリ
ングコイル１８の一次巻線を接続する。高周波カ
ツプリングコイル１８の二次巻線は、コンデンサ
C₁の一端子と他方の外部出力端子１９との間に
挿入する。上記外部出力端子１６には切断すべき
母材２３を接続し、外部出力端子１９には、トー
チ２０の電極２１を接続する。又、パイロツト端
子１７はトーチ２０のチツプ２２に接続する。チ
ツプ２２からは、冷却をしてプラズマを集束させ
るためのエアーが噴射できるようになつている。

上記プラズマ切断におけるアーク発生の条件と
しては、無負荷電圧が180ボルト以上必要である。
又プラズマ切断の理想的な動作条件としては、第
２図に電力領域T₂で示す如くＢボルト付近の特
性が好適であることが実験の結果判明した。エア
ープラズマ切断にあつては種々実験の結果、エア
ープラズマ切断の動作特性が、第２図に示す如く
エアープラズマ切断特有の曲線５６，５７を描
き、無負荷電圧を180ボルト以上に採つた場合、
総ての切断条件において最上の切断結果を得るこ
とができた。従つて発電機１２は無負荷電圧をエ
アープラズマ切断に必要な180ボルト以上に設定
しておき、又動作電圧をプラズマ切断に必要とす
る電力領域の最大電圧に対し同等か、若しくはや
や高い値の動作電圧に設定してくのが最適であ
る。これにより外部特性がこれらの無負荷電圧５
３と動作電圧との点を選ぶ垂下特性曲線T₃を呈
するようにしてある。更に、第２図に示すこの垂
下特性曲線T₃上の点５８から点５２まで降下す
る如く定電流特性を持たせるべく、定電流制御装
置が制御するものである。

次に、この制御動作を第１図に示す回路に基づ
いて説明する。まずエンジン１１を始動させて定
格回転数にセツテイングすれば外部出力端子１
６，１９間に上記無負荷電圧が発生する。そし
て、オペレータがトーチスイツチを操作すれば接
点msが閉路する。この時、直流リアクタ１５に
は負荷電流が流れていないため、接点ryは閉路し
た状態にある。この結果、発電機１２からは、整
流装置１３、平滑コンデンサC₁を経た後、スイ
ツチングトランジスタTR、及び抵抗R₁を介して
外部出力端子１９とパイロツト端子１７との間、
つまりトーチ２０の電極２１とチツプ２２との間
に電力を供給すると同時に、該電力に発電機１２
から、接点ms、ry、高周波トランスT₁、火花放
電回路及び高周波カツプリングコイル１８を介し
て高周波電力が重量し、これにより電極２１とチ
ツプ２２との間にパイロツトアークを発生させ、
これを引金として電極２１と母材２３との間に主
プラズマアークを生ぜしめる。電極２１と母材２
３との間にプラズマアークが発生すると、直流リ
アクタ１５に負荷電流が流れるので、直流リアク
タ１５の電磁力によりリードスイツチSW₄が閉路
し、これにより接点ryが開離して発電機１２から
高周波カツプリングコイル１８への高周波電力の
供与が停止する。以後、上記定電流制御回路３０
は、負荷電流検出器１４によつて検出した負荷電
流の値、つまり、電極２１と母材２３との間に供
与される電流の値が、予め設定した値になるよう
に、スイツチングトランジスタTRの動作を制御
する。従つて、負荷電流は、電極２１と母材２３
との間の距離に変動が生じても常時一定値に保持
され、又エンジン１１の回転速度に斑が生じて発
電機１２の出力電圧が変動しても一定値に保持で
きる。特に、エンジン１１によつて駆動される発
電機１２は、この種の出力電圧の変動が発生し易
いが、このような出力電圧の変動によつても、負
荷電流を一定値に保持できるので、切断面の奇麗
な加工を得ることができる。切断加工の条件によ
つて負荷電流を変える必要が生じた時は、電流設
定器３１によつて自由に設定できる。電流設定器
３１によつて負荷電流を変えた場合、第２図に示
す如く、垂下特性曲線T₃上から、電流設定器３
１による設定値上を直下に降下する特性を呈し、
例えば電流設定器３１より10アンペアから50アン
ペアまで設定できる範囲のうち50アンペアから10
アンペアに設定換えをすると、切断しようとする
電流に見合つた点５３−６０−５９を通る外部特
性を得る。

第３図は、上記電流設定器３１によつて定電流
値を変更した時に、切断しようとする設定電流に
見合つた垂下特性を得るようにした他の実施例を
示し、上記発電機１２に垂下度設定装置を付設し
たものである。垂下度設定装置は、電機子巻線の
各相の並列回路数を変えるようにしたものであ
る。つまり、各相において、電機子巻線を３個の
素巻線３５ａ〜３５ｃに分割しておき、各素巻線
３５ａ〜３５ｃを同一電圧でかつ同一電流が誘起
されるようにしておき、該素巻線３５ａ〜３５ｃ
をを互いに並列に接続し、そのうち２個の素巻線
３５ｂ，３５ｃには開閉スイツチSw₁，Sw₂を介
在させたものである。そして、各開閉スイツチ
Sw₁，Sw₂を順次開閉させれば、素巻線３５ａ〜
３５ｃの各誘起電圧の値が同一であるから発電機
１２の出力は電流容量のみが増減する。この結
果、第４図に示す特性図において、開閉スイツチ
Sw₁，Sw₂により無負荷電圧を略同一の値に保持
した状態で、垂下特性曲線T₃から垂下特性曲線
T₄を経て垂下特性曲線T₅に至る如く垂下度を３
段階に調整する。従つて、上記電流設定器３１に
よつてａアンペアからｂアンペアに設定替えをし
た時、開閉スイツチSw₂を開放させて、素巻線３
５ｃを他の素巻線３５ａ，３５ｂから切離せば、
発電機の出力特性の垂下度が下がり、動作電流ｂ
アンペアに見合う動作電圧よりやや高い６１の点
を通る垂下特性曲線T₄となる。これにより切断
すべき切断動作電圧対電流特性に見合つた発電機
電源特性を得ることができる。更に、動作電流ａ
アンペアからｃアンペアに設定替えをした時は、
開閉スイツチSw₁，Sw₂を開放させて、発電機出
力の垂下特性をT₅にまで垂下させる。

「考案の効果」 以上の如く、本考案に係るエンジン駆動型プラ
ズマ切断用電源装置によれば、プラズマ切断の作
業条件に見合う発電機出力の垂下特性を得るよう
にしたもので、発電機としては、プラズマ切断に
必要とする最小の動作電力を供給するもので済
み、この結果、発電機容量の減少に伴い、エンジ
ンの容量も大幅に低減できて、小型軽量化を図る
ことができる。又無負荷電圧を高くし、定電流制
御装置による発電機出力を定電流制御するので、
切断作業時のトーチと母材の距離が変化してもダ
ブルアークが発生せず、高精度のプラズマ切断が
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案に係るエンジン駆動型プラズ
マ切断用電源装置の一実施例を示す回路図、第２
図はその発電機の垂下特性とプラズマ切断の動作
特性を示す特性図、第３図は他の実施例を示すも
ので、垂下度設定器の構成の要部を示す回路図、
第４図は第３図の垂下度設定器における各垂下度
の特性とプラズマ切断の動作特性を示す特性図で
ある。 １１……エンジン、１２……交流発電機、１３
……整流装置、１４……負荷電流検出器、１５…
…直流リアクタ、１８……高周波カツプリングコ
イル、２０……トーチ、２１……電極、２２……
チツプ、２３……母材、２６，２８……電源、３
０……定電流制御回路、３１……電流設定器、
T₃〜T₅……垂下特性曲線、３５ａ〜３５ｃ……
電機子巻線の素巻線、Sw₁，Sw₂……スイツチ、
TR……スイツチングトランジスタ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. エンジンで駆動される交流発電機の出力を整流
   した直流電源の出力電圧対出力電流の外部特性
   が、プラズマ切断に必要とするプラズマ切断電流
   電圧動作特性のうちの可変可能な最大電流値に対
   応する電圧値を僅かながら越える切断動作電圧
   と、プラズマ切断に必要とする無負荷電圧との点
   を結ぶ垂下特性を呈する発電機出力回路を有し、
   該発電機出力回路に、コンデンサ、定電流制御装
   置、及びリアクタを介在させて外部出力端子を接
   続し、かつ上記定電流制御回路に負荷電流検出器
   を接続したことを特徴とするエンジン駆動型プラ
   ズマ切断用電源装置。