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JPH11129077A - 抵抗溶接電源装置 - Google Patents

抵抗溶接電源装置

Info

Publication number
JPH11129077A
JPH11129077A JP9312827A JP31282797A JPH11129077A JP H11129077 A JPH11129077 A JP H11129077A JP 9312827 A JP9312827 A JP 9312827A JP 31282797 A JP31282797 A JP 31282797A JP H11129077 A JPH11129077 A JP H11129077A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
welding
current
power supply
voltage
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9312827A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Shirochi
敞 城地
Mikio Watanabe
幹男 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Miyachi Technos Corp
Original Assignee
Miyachi Technos Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Miyachi Technos Corp filed Critical Miyachi Technos Corp
Priority to JP9312827A priority Critical patent/JPH11129077A/ja
Priority to KR1019980044057A priority patent/KR100550145B1/ko
Priority to US09/176,957 priority patent/US6321167B1/en
Priority to EP98308743A priority patent/EP0913224A3/en
Priority to CN98123462A priority patent/CN1121297C/zh
Publication of JPH11129077A publication Critical patent/JPH11129077A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24Electric supply or control circuits therefor
    • B23K11/25Monitoring devices
    • B23K11/252Monitoring devices using digital means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

(57)【要約】 [課題] コンデンサ式の抵抗溶接電源装置において電
力供給効率を向上させ、大きな溶接電流や長い通電時間
を可能とする。 [解決手段] この抵抗溶接電源装置は、溶接エネルギ
ーを電荷として蓄える大容量コンデンサ20と、このコ
ンデンサ20を所定の電圧まで充電する充電部18と、
コンデンサ20と片側の溶接電極24との間に電気的に
接続されたトランジスタ群22と、溶接通電中にこのト
ランジスタ群22を所定の周波数でスイッチング動作さ
せて溶接電流Iを制御する制御部30とを有している。
充電部18は、充電トランス14と整流回路16を有し
ている。制御部30は、駆動回路44を介してトランジ
スタ群22のスイッチング動作を制御する主制御部32
を含むほか、溶接電流、電極間電圧または溶接電力につ
いてフィードバック制御を行うための各種センサ、測定
回路または演算回路を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0010】
【発明の属する技術分野】本発明は、抵抗溶接のための
電源装置に係り、特に溶接電流をトランジスタで制御す
る方式の電源装置に関する。
【0020】
【従来の技術】トランジスタ式抵抗溶接電源装置は、溶
接エネルギーを蓄えるコンデンサと溶接電極との間に溶
接トランスを介在させることなく実質的にトランジスタ
のみを介在させ、コンデンサの放電による溶接電流をト
ランジスタで制御する方式の電源装置である。この方式
は、溶接電流の立ち上がりが速いうえ、アップスロープ
やダウンスロープ等の波形制御を任意にかけられるた
め、ファインスポット溶接(精密小型抵抗溶接)に有利
とされている。
【0030】通常、この種の電源装置では、通電中に溶
接電流または電極間電圧が変化しても溶接熱量が一定に
維持されるようにフィードバック方式の定電力制御を行
うようにしている。このフィードバック制御のために、
電源回路にシャント抵抗を挿入して溶接電流を検出する
とともに、溶接電極またはその支持部材に電圧センス線
を接続して溶接電極間の電圧を検出し、溶接電流検出値
および電圧検出値から溶接電力を演算するようにしてい
る。なお、トランジスタには、大電流に耐えられるFE
TやIGBT等のパワートランジスタを使用し、しかも
並列接続された数十個のトランジスタ群として構成して
いる。
【0040】
【発明が解決しようとする課題】従来のこの種の抵抗溶
接電源装置では、コンデンサと溶接電極との間でトラン
ジスタ群を一種の可変抵抗器として動作させることで、
たとえば上記のように溶接電力が設定値に一致するよう
に溶接電流を制御する。このため、コンデンサより放電
(供給)されるエネルギーの多くがトランジスタ群にお
いて抵抗発熱として無駄に消費され、電力供給効率が低
いという問題がある。また、このように効率が低いた
め、大電流や長い通電時間が得られないという欠点もあ
る。
【0050】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、電力供給効率を向上させ、大きな溶接電流や長
い通電時間を可能とするコンデンサ式の抵抗溶接電源装
置を提供することを目的とする。
【0060】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のうち請求項1に記載の発明は、被溶接材
に加圧接触する一対の溶接電極間に溶接電流を流して前
記被溶接材を抵抗溶接するための抵抗溶接電源装置にお
いて、一端が一方の前記溶接電極に電気的に接続され、
溶接エネルギーを電荷として蓄えるコンデンサと、前記
コンデンサを充電するための充電手段と、第1の端子が
前記コンデンサの他端に電気的に接続されるとともに第
2の端子が他方の前記溶接電極に電気的に接続されてい
るトランジスタと、前記トランジスタの制御端子に電気
的に接続され、予め設定した通電期間中に前記トランジ
スタを所定の周波数でスイッチング制御する制御手段と
を具備する構成とした。
【0070】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載の発明の構成において、前記トランジスタは相互
に並列接続された複数個のトランジスタである構成とし
た。
【0080】また、請求項3記載の発明は、被溶接材に
加圧接触する一対の溶接電極間に溶接電流を流して前記
被溶接材を抵抗溶接するための抵抗溶接電源装置におい
て、溶接エネルギーを電荷として蓄えるコンデンサと、
前記コンデンサを充電するための充電手段と、第1の端
子が一方の前記溶接電極に電気的に接続されるとともに
第2の端子が前記コンデンサの一端に電気的に接続され
ている第1のトランジスタと、第1の端子が前記コンデ
ンサの他端に電気的に接続されるとともに第2の端子が
他方の前記溶接電極に電気的に接続されている第2のト
ランジスタと、第1の端子が他方の前記溶接電極に電気
的に接続されるとともに第2の端子が前記コンデンサの
一端に電気的に接続されている第3のトランジスタと、
第1の端子が前記コンデンサの他端に電気的に接続され
るとともに第2の端子が一方の前記溶接電極に電気的に
接続されている第4のトランジスタと、前記第1、第
2、第3および第4のトランジスタのそれぞれの制御端
子に電気的に接続され、予め設定した通電期間中に前記
第1および第2のトランジスタもしくは前記第3および
第4のトランジスタを所定の周波数でスイッチング制御
する制御手段とを具備する構成とした。
【0090】また、請求項4に記載の発明は、請求項3
に記載の発明の構成において、前記第1、第2、第3お
よび第4のトランジスタの各々は相互に並列接続された
複数個のトランジスタからなる構成とした。
【0100】また、請求項5記載の発明は、請求項1な
いし4のいずれかに記載の発明の構成において、前記充
電手段が、商用周波数の交流電源電圧を所定の電圧まで
降圧するトランスと、前記トランスからの交流電圧を整
流して直流の電圧を出力する整流回路とを含む構成とし
た。
【0110】また、請求項6記載の発明は、請求項3ま
たは4記載の発明の構成において、前記制御手段が、1
回の抵抗溶接のための通電時間を構成する第1および第
2の通電期間のうち、前記第1の通電期間では前記第3
および第4のトランジスタをオフ状態に維持したまま前
記第1および第2のトランジスタをスイッチング制御
し、前記第2の通電期間では前記第1および第2のトラ
ンジスタをオフ状態に維持したまま前記第3および第4
のトランジスタをスイッチング制御する構成とした。
【0120】また、請求項7記載の発明は、請求項1ま
たは3記載の発明の構成において、前記制御手段が、前
記通電期間中に前記溶接電流を測定する電流測定手段
と、所望の溶接電流設定値を与える電流設定手段と、前
記周波数の各単位サイクル毎に前記電流測定手段からの
溶接電流測定値を前記溶接電流設定値と比較して比較誤
差を求める電流比較手段と、前記比較誤差に応じて次の
単位サイクルにおけるスイッチング・オン時間のパルス
幅を制御するパルス幅制御手段とを含む構成とした。
【0130】また、請求項8記載の発明は、請求項1ま
たは3記載の発明の構成において、前記制御手段が、前
記通電期間中に前記溶接電極間の電圧を測定する電圧測
定手段と、所望の電極間電圧設定値を与える電圧設定手
段と、前記周波数の各単位サイクル毎に前記電圧測定手
段からの電極間電流測定値を前記電極間電圧設定値と比
較して比較誤差を求める電圧比較手段と、前記比較誤差
に応じて次の単位サイクルにおけるスイッチング・オン
時間のパルス幅を制御するパルス幅制御手段とを含む構
成とした。
【0140】また、請求項9記載の発明は、請求項1ま
たは3記載の発明の構成において、前記制御手段が、前
記通電期間中に前記溶接電流を測定する電流測定手段
と、前記通電期間中に前記溶接電極間の電圧を測定する
電圧測定手段と、前記電流測定手段からの溶接電流測定
値と前記電圧測定手段からの電極間電流測定値とに基づ
いて前記溶接電極間に供給される溶接電力を演算する電
力演算手段と、所望の溶接電力設定値を与える電力設定
手段と、前記周波数の各単位サイクル毎に前記電力演算
手段からの溶接電力演算値を前記溶接電力設定値と比較
して比較誤差を求める電力比較手段と、前記比較誤差に
応じて次の単位サイクルにおけるスイッチング・オン時
間のパルス幅を制御するパルス幅制御手段とを含む構成
とした。
【0150】また、請求項10記載の発明は、請求項7
〜9のいずれかに記載の発明の構成において、前記制御
手段が、通電期間の開始直後に大きなパルス幅を有する
低周波パルスを1個または数個出力してから所定の高周
波数に切り換えて前記パルス幅制御を行う構成とした。
【0160】
【発明の実施の態様】以下、添付図を参照して本発明の
実施例を説明する。
【0170】図1に、本発明の一実施例による抵抗溶接
電源装置の構成を示す。
【0180】この抵抗溶接電源装置は、溶接エネルギー
を電荷として蓄える大容量コンデンサ20と、このコン
デンサ20を所定の電圧まで充電する充電部18と、コ
ンデンサ20と片側の溶接電極24との間に電気的に接
続され、かつ互いに並列接続された複数個のトランジス
タ(トランジスタ群)22と、溶接通電中にこのトラン
ジスタ群22を所定の周波数でスイッチング動作させて
溶接電流Iを制御する制御部30とを有している。
【0190】充電部18は、充電トランス14と整流回
路16を有している。充電トランス14は、一次側コイ
ルが主電源スイッチ12を介して商用周波数の交流電源
10(たとえば200V電圧)に接続されており、二次
側コイルよりたとえば30Vに降圧した電圧を出力す
る。整流回路16は、2個のサイリスタSと2個のダイ
オードDをブリッジ接続してなる単相混合ブリッジ整流
回路であり、充電トランス14からの交流電圧を整流し
て直流電圧に変換し、コンデンサ20を所定の電圧たと
えば24Vまで充電する。なお、サイリスタSは、商用
交流電源10のサイクルに同期して充電用の点弧回路
(図示せず)により点弧制御される。
【0200】コンデンサ20は、低圧大容量型のコンデ
ンサを1個または複数個並列接続したもので、たとえば
1.2F程度の容量を有する。
【0210】トランジスタ群22は、複数個たとえば2
5個のFET(電界効果トランジスタ)またはIGBT
(絶縁ケ゛ート・ハ゛イホ゜ーラ・トランシ゛スタ)等の高速型トランジスタ
TR1 ,TR2 ,…TRn を並列接続してなり、各トラ
ンジスタTRi の第1の端子(たとえばコレクタまたは
ドレイン)はコンデンサ20の片側の端子に電気的に接
続され、第2の端子(エミッタまたはソース)は片側の
溶接電極24に電気的に接続されている。また、各トラ
ンジスタTRi の制御端子(ベースまたはゲート)は駆
動回路44の出力端子に接続されている。
【0220】溶接電極24,26は加圧機構(図示せ
ず)に結合されており、溶接中は被溶接材W1 ,W2 に
加圧接触するようになっている。なお、溶接電極26は
コンデンサ20の反対側の端子に電気的に接続されてい
る。
【0230】制御部30は、駆動回路44を介してトラ
ンジスタ群22のスイッチング動作を制御する主制御部
32を含むほか、溶接電流、電極間電圧または溶接電力
についてフィードバック制御を行うための各種センサ、
測定回路または演算回路を含んでいる。
【0240】この構成では、溶接電流Iを流す導体に電
流センサたとえばトロイダルコイル34が取り付けら
れ、この電流センサ34の出力端子に電流測定回路36
が接続されている。また、両溶接電極24,26に電圧
センス線38を介して電圧測定回路40が接続されてい
る。さらに、電流測定回路34および電圧測定回路40
の出力端子に電力演算回路42が接続されている。
【0250】電流測定回路36は、電流センサ34の出
力信号を基にスイッチング周波数の各1サイクル毎に溶
接電流Iの実効値または平均値を電流測定値として求
め、各電流測定値IM を主制御部32に与える。
【0260】電圧測定回路40は、電圧センス線38を
通して得られる電極間電圧検出信号を基にスイッチング
周波数の各1サイクル毎に電極間電圧Vの実効値または
平均値を電極間電圧測定値として求め、各電圧測定値V
M を主制御部32に与える。
【0270】電力演算回路42は、電流測定回路36か
らの電流測定値と電圧測定回路40からの電極間電圧測
定値とから各1サイクル毎の溶接電力を演算し、その溶
接電力演算値PM を主制御部32に与える。
【0280】なお、電流測定回路36、電圧測定回路4
0および電力演算回路42は、アナログ回路またはディ
ジタル回路のいずれであってもよく、アナログ回路で構
成した場合は、その出力信号(測定値、演算値)をA−
D変換器(図示せず)でディジタル信号に変換したうえ
で主制御部32に供給してよい。
【0290】主制御部32は、マイクロプロセッサ(C
PU)または専用ロジック回路等で構成されてよく、後
述するように設定部、シーケンス制御部、PWM制御部
等の諸機能を含んでいる。
【0300】入力部46は、キーボードやマウス等のポ
インティング・デバイスおよび所要のインタフェース回
路で構成され、通電時間、パルス幅初期値、溶接電流、
電極間電圧、溶接電力等の各種条件の設定値をデータと
して入力する。入力部46より入力されたデータは主制
御部32内のメモリに保持される。
【0310】図2に、主制御部32の機能的構成をブロ
ック図で示す。
【0320】主制御部32は、機能的には、入力部46
より入力された各種条件の設定値(データ)を各部に与
える設定部50と、通電時間の制御を行うシーケンス制
御部52と、フィードバック制御のために各種測定値ま
たは演算値を設定値と比較して比較誤差を求める比較部
54と、この比較部54より得られる各種比較誤差の1
つを選択するためのセレクタ部62と、このセレクタ部
62で選択された比較誤差に応じて次のサイクルにおけ
る制御パルス幅を求めて、このパルス幅を有する制御パ
ルスCPを生成するPWMパルス生成部64とを有して
いる。
【0330】比較部54は、電流測定回路36からの溶
接電流測定値IM を溶接電流設定値IS と比較して電流
比較誤差ERI を求める電流比較部56と、電圧測定回
路40からの電極間電圧測定値VM を電極間電圧設定値
VS と比較して電圧比較誤差ERV を求める電圧比較部
58と、電力演算回路42からの溶接電力演算値PMを
溶接電力設定値PS と比較して電力比較誤差ERP を求
める電力比較部60とを含んでいる。
【0340】設定部50より与えられる設定値IS ,V
S ,PS は、所望の値をとる一定値であってもよく、あ
るいは所望の波形として時間的に値が任意に変化する波
形値であってもよい。
【0350】セレクタ部62で電流比較部56からの電
流比較誤差ERI が選択されたときは、PWMパルス生
成部64において溶接電流Iを溶接電流設定値IS に一
致させるための制御パルスCPが生成される。また、電
圧比較部58からの電圧比較誤差ERV が選択されたと
きは、電極間電圧Vを電極間電圧設定値VS に一致させ
るための制御パルスCPが生成される。また、電力比較
部60からの電力比較誤差ERP が選択されたときは、
溶接電力Pを溶接電力設定値PS に一致させるための制
御パルスCPが生成される。
【0360】PWMパルス生成部64は、セレクタ部6
2からの比較誤差号ERを受け取るだけでなく、制御パ
ルスCPの周波数(スイッチング周波数)fを規定する
高周波数たとえば20kHzのクロックCKをクロック
回路(図示せず)より受け取り、シーケンス制御部52
による制御の下で通電期間中に作動する。
【0370】図3に、この抵抗溶接制御装置における作
用の一例を示す。図3において、各通電期間TE1,TE
2,TE3 ,…は、設定部50に登録されている通電時
間設定値にしたがってシーケンス制御部52がPWMパ
ルス生成部64を動作させる時間として定義される。ま
た、各休止時間TH1,TH2,…は、設定部50に登録さ
れている休止時間設定値にしたがってシーケンス制御部
52がPWMパルス生成部64を停止させておく時間で
ある。
【0380】各通電期間TE 中、PWMパルス生成部6
4より上記のスイッチング周波数f(20kHz)で制
御パルスCPが出力され、この制御パルスCPに応動し
て駆動回路44がトランジスタ群22の全トランジスタ
TR1 ,TR2 ,…TRn を同時に、つまり同じタイミ
ングでスイッチング駆動する。
【0390】このようにして、トランジスタ群22の全
トランジスタTR1 ,TR2 ,…TRn がスイッチング
動作することにより、コンデンサ20がトランジスタ群
22を介して溶接電極24,26および被溶接材W1 ,
W2 側に放電し、直流の溶接電流Iが流れる。
【0400】この際、トランジスタ群22においては、
各トランジスタTRi が高い周波数でオン・オフを繰り
返し、しかもオンするときは飽和状態で導通するので、
抵抗発熱が小さく、ここで浪費する電力が少ない。この
ため、コンデンサ20より供給(放電)されるエネルギ
ーを効率よく被溶接材W1 ,W2 側へ供給することがで
き、大きな溶接電流Iを流すことも、あるいは1回当た
りの通電期間TE を長くすることも可能である。
【0410】また、フィードバック方式のPWM制御で
制御パルスCPのパルス幅を可変制御するので、溶接電
流I,電極間電圧V、溶接電力Pの波形を任意のパター
ンに制御することも可能である。
【0420】また、溶接電流Iの立ち上げにおいては、
図4に示すように、通電期間TE の開始直後に最初に出
力される制御パルスCPのパルス幅(パルス幅初期値)
を最大パルス幅付近に設定することで、立ち上げ時間を
短くすることができる。
【0430】あるいは、図5に示すように、通電期間の
開始直後にスイッチング周波数fの最大パルス幅(tc
)を超えるパルス幅ts を有するパルスを1個または
数個出力してからスイッチング周波数fに切り換えてP
WM制御を行うようにしてもよい。この方式は、立ち上
げ速度をより一層向上させることが可能であり、溶接電
流Iを大きな電流値に設定したときに有利である。
【0440】このように、この抵抗溶接制御装置は、立
ち上がり特性にすぐれ、波形制御が可能であるうえに、
電力供給効率が高く、大きな溶接電流、長い通電時間を
とれるため、精密小型抵抗溶接において様々な金属材
(被溶接材)に適応し、信頼性の高い溶接品質を保証す
ることができる。
【0450】図6に、本発明の別の実施例による抵抗溶
接電源装置の構成を示す。図中、上記第1の実施例にお
ける電源装置と同様の構成・機能を有する部分には同一
の符号を付してある。
【0460】この抵抗溶接電源装置は、4組の複数個の
トランジスタ(トランジスタ群)22A,22A’,2
2B,22B’を有している。
【0470】第1のトランジスタ群22A’は、所定数
たとえば25個のFETまたはIGBT等の高速トラン
ジスタTRA1' 〜TRAn' を並列接続してなり、各トラ
ンジスタTRAi' の第1の端子は一方の溶接電極26に
電気的に接続され、第2の端子はコンデンサ20の一方
の端子に電気的に接続されている。また、各トランジス
タTRAi' の制御端子は駆動回路44Aの出力端子に接
続されている。
【0480】第2のトランジスタ群22Aは、所定数た
とえば25個のFETまたはIGBT等の高速トランジ
スタTRA1〜TRAnを並列接続してなり、各トランジス
タTRAiの第1の端子はコンデンサ20の他方の端子に
電気的に接続され、第2の端子は他方の溶接電極24に
電気的に接続されている。また、各トランジスタTRAi
の制御端子は駆動回路44Aの出力端子に接続されてい
る。
【0490】第3のトランジスタ群22B’は、所定数
たとえば25個のFETまたはIGBT等の高速トラン
ジスタTRB1' 〜TRBn' を並列接続してなり、各トラ
ンジスタTRBi' の第1の端子は他方の溶接電極24に
電気的に接続され、第2の端子はコンデンサ20の一方
の端子に電気的に接続されている。また、各トランジス
タTRBi' の制御端子は駆動回路44Bの出力端子に接
続されている。
【0500】第4のトランジスタ群22Bは、所定数た
とえば25個のFETまたはIGBT等の高速トランジ
スタTRB1〜TRBnを並列接続してなり、各トランジス
タTRBiの第1の端子はコンデンサ20の他方の端子に
電気的に接続され、第2の端子は一方の溶接電極26に
電気的に接続されている。また、各トランジスタTRBi
の制御端子は駆動回路44Bの出力端子に接続されてい
る。
【0510】この抵抗溶接電源装置において、主制御部
32は、第1および第2のトランジスタ群(22A’,
22A)と第3および第4のトランジスタ群(22
B’,22B)とを別個の駆動回路44A,44Bを介
して選択的にスイッチング動作させるような制御を行
う。
【0520】第1および第2のトランジスタ群(22
A’,22A)を選択的にスイッチング動作させるとき
は、溶接電極24,26および被溶接材W1 ,W2 に正
方向の溶接電流IA が流れる。このモードは、上記した
第1の実施例による電源装置に相当する。
【0530】また、第3および第4のトランジスタ群
(22B’,22B)を選択的にスイッチング動作させ
るときは、逆(負)方向の溶接電流IB が流れる。
【0540】この抵抗溶接電源装置は、2点同時接合型
の抵抗溶接(シリーズ溶接)に適用して好適なものであ
る。以下に、図7〜図9につきシリーズ溶接に適用した
場合の作用を説明する。
【0550】たとえば、図7に示すような被溶接材(W
1 ,W2 )に対してシーム溶接を行う場合は、入力部4
6および主制御部32において、1回の抵抗溶接のため
の通電時間を第1および第2の通電期間TA ,TB に2
分割して設定する。
【0560】そして、図8に示すように、第1の通電期
間TA では第1および第2のトランジスタ群(22
A’,22A)だけをPWM制御で連続的にスイッチン
グ動作させ、第2の通電期間TB では第3および第4の
トランジスタ群(22B’,22B)だけをPWM制御
で連続的にスイッチング動作させる。通常は、定電流制
御をかけて溶接電流Iを一定に維持するのが好ましい。
【0570】したがって、図8に示すように、第1の通
電期間TA ではほぼ台形状の電流波形を有する正極性の
溶接電流IA が流れる。この場合、図7の(A)に示す
ように、溶接電流IA は溶接電極24→被溶接材W1 →
第1の溶接箇所Pa →被溶接材W2 →第2の溶接箇所P
b →被溶接材W1 →溶接電極26の経路で流れる。すな
わち、第1の溶接箇所Pa では被溶接材W1 側から被溶
接材W2 側に溶接電流IA が流れ、第2の溶接箇所Pb
では被溶接材W2 側から被溶接材W1 側に溶接電流IA
が流れる。これにより、たとえば第1の溶接箇所Pa で
は熱を吸収するペルチェ効果が生じる一方で、第2の溶
接箇所Pb では熱を発生するペルチェ効果が生じる。
【0580】こうして、第1の通電期間TA では、第1
の溶接箇所Pa におけるナゲットNa よりも第2の溶接
箇所Pb におけるナゲットNb のほうが大きな成長率で
成長する。この結果、第1の通電期間TA の終了時に
は、図7の(B)に示すようにナゲットNb がナゲット
Na よりも相対的に大きくなっている。この時点での両
ナゲットNa ,Nb のサイズの差は、被溶接材(W1 ,
W2 )の材質や板厚、第1の通電期間TA の期間、設定
電流値等に依存する。
【0590】しかし、図8に示すように、第2の通電期
間TB では、第3および第4のトランジスタ群(22
B’,22B)がスイッチング動作することで、ほぼ台
形状の電流波形を有する負極性の溶接電流IB が流れ
る。この場合は、図7の(C)に示すように、溶接電流
IB は溶接電極26→被溶接材W1 →第2の溶接箇所P
b→被溶接材W2 →第1の溶接箇所Pa →被溶接材W1
→溶接電極24の経路で流れる。すなわち、第1の溶接
箇所Pa では被溶接材W2 側から被溶接材W1 側に溶接
電流IB が流れ、第2の溶接箇所Pb では被溶接材W1
側から被溶接材W2側に溶接電流IB が流れる。これに
より、今度は、第1の溶接箇所Pa で熱を発生するペル
チェ効果が生じる一方で、第2の溶接箇所Pb で熱を吸
収するペルチェ効果が生じることとなる。このため、第
2の通電期間TB では、第1の溶接箇所Pa におけるナ
ゲットNa のほうが第2の溶接箇所Pb におけるナゲッ
トNbよりも大きく成長する。
【0600】この結果、第2の通電期間TB が終了した
時点、つまり全通電時間が終了した時点では、図7の
(D)に示すように、第1の溶接箇所Pa におけるナゲ
ットNa と第2の溶接箇所Pb におけるナゲットNb と
をほぼ同じ大きさに成長させることができる。
【0610】ただ、一般的には、第1の通電期間TA で
溶接部に既にナゲットがある程度形成されていて通電路
の抵抗値が低くなっており、これにより発熱効率が下が
るため、第2の通電期間TB におけるナゲットNa ,N
b の成長速度は第1の通電期間TA の時よりも遅く、し
たがって両ナゲットNa ,Nb 間の成長速度の差(Na
>Nb )は第1の通電期間TA の時の差(Na <Nb )
よりも小さい。この結果、第2の通電期間TB において
第1の通電期間TA と等しい時間が経過してもナゲット
Na はナゲットNb に追い付くことができないことがあ
る。
【0620】このような場合には、図9に示すように、
第2の通電期間TB を第1の通電期間TA よりも所定時
間TK だけ長い期間に設定することで、この延長期間T
K でナゲットNa をナゲットNb に追い付かせることが
できる。この追い付き条件を満たすための延長期間TG
は、被溶接材(W1 ,W2 )の材質や板厚、第1の通電
期間TA の期間、設定電流値等の溶接条件に依存するも
のであり、テスト通電等に基づいた経験値として決定さ
れてもよい。
【0630】この結果、第2の通電期間TB が終了した
時点では、図7の(D)に示すように、第1の溶接箇所
Pa におけるナゲットNa と第2の溶接箇所Pb におけ
るナゲットNb とは確実にほぼ同じ大きさに成長してい
る。したがって、第1の溶接箇所Pa と第2の溶接箇所
Pb とでほぼ均等な溶接強度が得られる。
【0640】あるいは別の方法として、第2の通電期間
TB における溶接電流IB の電流値を第1の通電期間T
A における溶接電流IA の電流値よりも大きな値に設定
することによっても、上記と同様のナゲット補償を行う
ことができる。
【0650】この抵抗溶接制御装置でも、立ち上がり特
性にすぐれ、波形制御が可能であるうえに、電力供給効
率が高く、大きな溶接電流、長い通電時間をとれるた
め、上記したシリーズ溶接のような精密小型抵抗溶接に
おいて様々な金属材に適応し、信頼性の高い溶接仕上が
りを保証することができる。
【0660】上記した実施例では、単相の商用交流電源
10を用いたが、3相の商用交流電圧を入力するように
充電部18の構成を変形することができる。充電部18
において、コンデンサ20の端子電圧(充電電圧)を検
出する電圧検出回路を設け、電圧検出値を設定電圧値と
比較してコンデンサ20の充電を制御する充電制御部を
設けてもよい。
【0670】また、相互に並列接続された複数個のトラ
ンジスタからなる各トランジスタ群22(22A,22
A’,22B,22B’)を電流容量の大きな単一のト
ランジスタで置き換えることも可能である。
【0680】また、上記実施例における制御部30の構
成も種々の変形が可能である。たとえば電流センサ34
にシャント抵抗を使用することも可能である。電流、電
圧および電力等の測定・演算には種々の方法・回路が使
用可能である。主制御部30の機能もハードウェア的ま
たはソフトウェア的に種々の変形が可能である。
【0690】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の抵抗溶接
電源装置によれば、コンデンサと溶接電極との間にトラ
ンジスタを接続し、溶接通電中はこのコンデンサを所定
の周波数でスイッチング制御することによって溶接電流
あるいは溶接電力等を制御するようにしたので、トラン
ジスタにおける無駄な消費電力を少なくし、それぶん電
力供給効率を向上させることが可能であり、大きな溶接
電流や長い通電時間を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による抵抗溶接電源装置の構
成を示すブロック図である。
【図2】実施例の電源装置における主制御部の機能構成
を示すブロック図である。
【図3】実施例の電源装置における作用の一例を示す波
形図である。
【図4】実施例における溶接電流の立ち上げ方法の一例
を示す波形図である。
【図5】実施例における溶接電流の立ち上げ方法の別の
例を示す波形図である。
【図6】別の実施例による抵抗溶接電源装置の構成を示
すブロック図である。
【図7】図6の電源装置をシリーズ溶接に適用した場合
の溶接部における作用を示す部分断面図である。
【図8】図6の電源装置をシリーズ溶接に適用する場合
の制御パルスおよび溶接電流の制御方法を示す波形図で
ある。
【図9】図6の電源装置をシリーズ溶接に適用する場合
の制御パルスおよび溶接電流の制御方法(ナゲット補償
方法)を示す波形図である。
【符号の説明】
10 商用交流電源 14 充電トランス 16 整流回路 18 充電部 20 コンデンサ 22 トランジスタ群 22A,22A’,22B,22B’ トランジスタ群 24,26 溶接電極 30 制御部 32 主制御部 36 電流測定回路 40 電圧測定回路 42 電力測定回路 TR1 ,TR2 ,…TRn トランジスタ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被溶接材に加圧接触する一対の溶接電極
    間に溶接電流を流して前記被溶接材を抵抗溶接するため
    の抵抗溶接電源装置において、 一端が一方の前記溶接電極に電気的に接続され、溶接エ
    ネルギーを電荷として蓄えるコンデンサと、 前記コンデンサを充電するための充電手段と、 第1の端子が前記コンデンサの他端に電気的に接続され
    るとともに第2の端子が他方の前記溶接電極に電気的に
    接続されているトランジスタと、 前記トランジスタの制御端子に電気的に接続され、予め
    設定した通電期間中に前記トランジスタを所定の周波数
    でスイッチング制御する制御手段とを具備する抵抗溶接
    電源装置。
  2. 【請求項2】 前記トランジスタは相互に並列接続され
    た複数個のトランジスタである請求項1に記載の抵抗溶
    接電源装置。
  3. 【請求項3】 被溶接材に加圧接触する一対の溶接電極
    間に溶接電流を流して前記被溶接材を抵抗溶接するため
    の抵抗溶接電源装置において、 溶接エネルギーを電荷として蓄えるコンデンサと、 前記コンデンサを充電するための充電手段と、 第1の端子が一方の前記溶接電極に電気的に接続される
    とともに第2の端子が前記コンデンサの一端に電気的に
    接続されている第1のトランジスタと、 第1の端子が前記コンデンサの他端に電気的に接続され
    るとともに第2の端子が他方の前記溶接電極に電気的に
    接続されている第2のトランジスタと、 第1の端子が他方の前記溶接電極に電気的に接続される
    とともに第2の端子が前記コンデンサの一端に電気的に
    接続されている第3のトランジスタと、 第1の端子が前記コンデンサの他端に電気的に接続され
    るとともに第2の端子が一方の前記溶接電極に電気的に
    接続されている第4のトランジスタと、 前記第1、第2、第3および第4のトランジスタのそれ
    ぞれの制御端子に電気的に接続され、予め設定した通電
    期間中に前記第1および第2のトランジスタもしくは前
    記第3および第4のトランジスタを所定の周波数でスイ
    ッチング制御する制御手段とを具備する抵抗溶接電源装
    置。
  4. 【請求項4】 前記第1、第2、第3および第4のトラ
    ンジスタの各々は相互に並列接続された複数個のトラン
    ジスタからなる請求項3に記載の抵抗溶接電源装置。
  5. 【請求項5】 前記充電手段が、商用周波数の交流電源
    電圧を所定の電圧まで降圧するトランスと、前記トラン
    スからの交流電圧を整流して直流の電圧を出力する整流
    回路とを含む請求項1ないし4のいずれかに記載の抵抗
    溶接電源装置。
  6. 【請求項6】 前記制御手段が、1回の抵抗溶接のため
    の通電時間を構成する第1および第2の通電期間のう
    ち、前記第1の通電期間では前記第3および第4のトラ
    ンジスタをオフ状態に維持したまま前記第1および第2
    のトランジスタをスイッチング制御し、前記第2の通電
    期間では前記第1および第2のトランジスタをオフ状態
    に維持したまま前記第3および第4のトランジスタをス
    イッチング制御する請求項3または4に記載の抵抗溶接
    電源装置。
  7. 【請求項7】 前記制御手段が、前記通電期間中に前記
    溶接電流を測定する電流測定手段と、所望の溶接電流設
    定値を与える電流設定手段と、前記周波数の各単位サイ
    クル毎に前記電流測定手段からの溶接電流測定値を前記
    溶接電流設定値と比較して比較誤差を求める電流比較手
    段と、前記比較誤差に応じて次の単位サイクルにおける
    スイッチング・オン時間のパルス幅を制御するパルス幅
    制御手段とを含む請求項1または3に記載の抵抗溶接電
    源装置。
  8. 【請求項8】 前記制御手段が、前記通電期間中に前記
    溶接電極間の電圧を測定する電圧測定手段と、所望の電
    極間電圧設定値を与える電圧設定手段と、前記周波数の
    各単位サイクル毎に前記電圧測定手段からの電極間電流
    測定値を前記電極間電圧設定値と比較して比較誤差を求
    める電圧比較手段と、前記比較誤差に応じて次の単位サ
    イクルにおけるスイッチング・オン時間のパルス幅を制
    御するパルス幅制御手段とを含む請求項1または3に記
    載の抵抗溶接電源装置。
  9. 【請求項9】 前記制御手段が、前記通電期間中に前記
    溶接電流を測定する電流測定手段と、前記通電期間中に
    前記溶接電極間の電圧を測定する電圧測定手段と、前記
    電流測定手段からの溶接電流測定値と前記電圧測定手段
    からの電極間電流測定値とに基づいて前記溶接電極間に
    供給される溶接電力を演算する電力演算手段と、所望の
    溶接電力設定値を与える電力設定手段と、前記周波数の
    各単位サイクル毎に前記電力演算手段からの溶接電力演
    算値を前記溶接電力設定値と比較して比較誤差を求める
    電力比較手段と、前記比較誤差に応じて次の単位サイク
    ルにおけるスイッチング・オン時間のパルス幅を制御す
    るパルス幅制御手段とを含む請求項1または3に記載の
    抵抗溶接電源装置。
  10. 【請求項10】 前記制御手段が、通電期間の開始直後
    に大きなパルス幅を有する低周波パルスを1個または数
    個出力してから所定の高周波数に切り換えて前記パルス
    幅制御を行う請求項7〜9のいずれかに記載の抵抗溶接
    電源装置。
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