JP3701415B2 - アーク溶接機用電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構成要素に例えば電力用半導体素子等の発熱部品を有し、これを強制冷却するための冷却ファンを備えたアーク溶接機用電源装置に関し、特に上記冷却ファンの駆動制御部分に特徴のあるアーク溶接機用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような強制冷却を必要とするアーク溶接機用電源装置として、従来、例えば図６に示すようなものがある。
【０００３】
同図に示す電源装置は、単相交流電源を入力電源とするもので、入力端子１、１から入力された上記単相交流電源を、例えばダイオードブリッジ構成の入力側整流器２で全波整流し、更に平滑コンデンサ３によって平滑して直流化した直流電源が供給されるインバータ４を有している。このインバータ４は、例えばサイリスタやトランジスタ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子のブリッジ回路から成り、各半導体スイッチング素子が、例えば図示しないインバータ制御回路によるＰＷＭ方式のスイッチング制御に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作することによって、上記直流化された入力電源を高周波交流に変換する。
【０００４】
上記インバータ４から出力される高周波交流は、比較的に小型の高周波変圧器から成る変圧器５によって所定の電圧値に絶縁変圧された後、例えばダイオードブリッジ構成の出力側整流器７によって再度全波整流され、即ち再度直流化される。そして、この直流化された直流電源が、出力端子７、７から出力され、ひいてはこの出力端子７、７に接続された図示しない負荷へと供給される。なお、負荷が、例えば直流で動作する所謂直流負荷である場合には、上記出力端子７、７から出力される直流電源は、そのまま負荷に供給される。一方、交流負荷の場合には、上記出力端子７、７から出力される直流電源を、例えばインバータ等によって再度交流に変換してから負荷に供給する。
【０００５】
このようなインバータ４を採用した電源装置は、インバータ４を用いないものに比べて、装置（筺体）を小型化できるという利点がある。しかし、装置を小型にすることによって、装置を構成している各部品から発せられるジュール熱が装置内に籠もり易くなり、このため各構成部品に掛かる熱的ストレスが大きくなる。中でも、入力側整流器２やインバータ４から発せられるジュール熱は大きく、これによって各構成部品に掛かる熱的ストレスはかなりのものになる。従って、これらの熱的ストレスから各構成部品を保護する必要があり、そのためには上述した強制冷却によって装置の放熱効率を向上させる必要がある。
【０００６】
上記強制冷却としては、例えば空冷式や水冷式、更には電子冷却式等があるが、中でも、冷却ファンを用いた空冷式の強制冷却が、最も一般的で簡単かつ低コストで実現できる冷却方式である。そこで、この図６に示す装置においては、入力端子１、１から入力される交流電源を駆動電源とするインダクションモータ構成のファン８を設け、このファン８の風力（風圧）を利用して装置内を強制冷却している。
【０００７】
即ち、ファン８は、例えば装置（筺体）の外部に送風する向きで、装置の壁面に設けられた図示しない排気孔を覆うように上記壁面の内側に取り付けられている。また、このファン１１を駆動させることによって、装置内に外部から空気が吸入されるように、装置の壁面には、上記排気孔とは別に図示しない吸気孔が設けられている。そして、これら吸気孔及び排気孔は、吸気孔から装置内に吸入された空気が、装置内の強制冷却を必要とする部分を通過（冷却）して排気孔から排出されるような位置に、それぞれ設けられている。なお、ファン８は、上記交流電源に適応した規格のもの（即ち上記交流電源を定格入力とするもの）で、上記交流電源の供給によって定格回転数で回転する。
【０００８】
ところで、このような電源装置においては、使用される地域によって入力電源が例えば２００Ｖ系であったり、或いは４００Ｖ系であったりする。このように入力電源電圧が異なる場合には、インバータ４を制御するＰＷＭ制御パルスのパルス幅を変える等によって、入力電源が２００Ｖ系及び４００Ｖ系のいずれであっても、出力端子７、７から同一電圧の直流を出力させることができ、即ち上記両方の入力電源系に対応することができる。
【０００９】
一方、ファン８についても、容量の大きい４００Ｖ系用のものを使用すれば、２００Ｖ系及び４００Ｖ系の両方に対応させることができる。しかし、４００Ｖ系用のファン８は、２００Ｖ系用のものに比べて大型であるため、入力電源が２００Ｖ系に限られる場合には、装置自体が必要以上に大きくなってしまう。また、入力電源が２００Ｖ系であるときに、この電源電圧で４００Ｖ系のファン８を駆動しても十分な駆動力を得ることができずに、十分な冷却を行うことができないという不都合を生じる。
【００１０】
更に、入力電源は、その周波数が地域によって５０Ｈｚ又は６０Ｈｚと異なるため、これを駆動電源とするファン８の冷却能力は、５０Ｈｚの地域において６０Ｈｚの地域よりも低くなる。従って、５０Ｈｚの地域においても十分な冷却能力が得られるように、ファン８として風量（容量）の大きいものを選定する必要がある。しかし、この場合、６０Ｈｚの地域については、過剰仕様のファン８が設けられることになり、これによっても装置自体が不必要に大きくなってしまう。
【００１１】
そこで、上記不都合を解消するために、従来、例えば特開平６−７９３８号公報に開示された技術がある。これについて、図７を参照して簡単に説明する。同図に示すように、この技術は、入力端子１、１から入力された交流電源を直接冷却ファン８に供給するという上記図６の装置とは異なり、インバータ４とは別の冷却用インバータ１０９を設け、この冷却用インバータ１０９の出力によってファン８を駆動するものである。
【００１２】
即ち、冷却用インバータ１０９は、インバータ４と同様に、例えばサイリスタやトランジスタ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子のブリッジ回路で構成されており、この冷却用インバータ１０９には、入力端子１、１から入力された交流電源を入力側整流器２及び平滑コンデンサ３によって直流化した後の直流電源が供給される。そして、例えば図示しない冷却用インバータ制御回路により上記各半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御することによって、上記直流電源を例えば６０Ｈｚ乃至６６Ｈｚ程度の交流に変換し、これをファン８に供給している。また、上記直流電源が、例えば２００Ｖ系及び４００Ｖ系のいずれの入力電源を直流化したものであっても、冷却用インバータ１０９を制御するＰＷＭ制御パルスのパルス幅を変える等によって、ファン８に対して同一電圧の交流電源、例えば２００Ｖ系の交流電源を供給することができる。
【００１３】
上記のように、図７に示す装置によれば、冷却用インバータ１０９を介してファン８に電源を供給しているので、入力電源の電圧及び周波数に係わらず、ファン８に対して一定電圧及び一定周波数の電源を供給することができる。従って、ファン８は、入力電源系に関係なく、常に定格回転数で回転する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような電源装置においては、アーク溶接機を立ち上げて（即ち電源を投入して）間もないときや、負荷が動作していないとき（アークが発生していないとき）等は、装置内の温度はそれほど高くない。従って、この状態においては、装置内をそれほど強力に（ハイパワーで）冷却する必要はなく、極端に言えば強制冷却する必要の無い場合がある。また、装置内の温度が上昇したとしても、常に最大の冷却能力で冷却する必要はなく、温度に見合う程度の冷却を行えばよい。即ち、上記のような強制冷却は、必要なときに、例えば電源装置内の温度が各構成部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度にまで上昇したときに、必要な分だけ、例えば電源装置内の温度が各構成部品に対してそれほど大きな熱的ストレスを掛けない程度の温度になるだけ冷却するのが効率的である。
【００１５】
ところが、上記図６及び図７に示す各電源装置においては、いずれも、装置内の温度状況に係わらず、常にファン８を定格回転数（最大パワー）で一定回転させている。従って、強制冷却を必要としない場合でも、最大能力で強制冷却を行うことになるため、非常に不経済であるという問題がある。
【００１６】
また、アーク溶接機は屋外で使用することが多いため、外部のチリやホコリ等が装置内に多量に吸い込まれ、これらチリやホコリが装置内の各構成部品に付着し、これによってファン８による冷却能力が低下するという問題がある。それだけでなく、上記チリやホコリが長期に渡って装置内に蓄積されると、各構成部品の絶縁性が劣化して装置の故障を引き起こし、ひいては装置の寿命が短くなってしまうという問題がある。
【００１７】
一方、電源装置を、屋内で使用した場合は、常に最大パワーで回転しているファン８の回転音が騒音になり、室内環境に悪影響を与えてしまうという問題がある。
【００１８】
そこで、本発明は、電源装置内の温度に応じてファンの回転数を変化させることによって、装置内に吸い込まれるチリやホコリ等を少なくすると共に、ファンの回転音による騒音を極力抑えることのできる電源装置を提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、構成要素に発熱部品を有しており、これを冷却するための冷却ファンを備えたアーク溶接機用電源装置において、
制御信号に応じて上記ファンを駆動する駆動部と、上記電源装置内の温度を検出してこの温度に応じた温度検出信号を出力する温度検出手段と、上記温度検出信号に応じて上記ファンの回転数を変化させる状態に上記制御信号を出力する制御部と、を具備する。
【００２０】
ここで、制御部は、温度検出信号の信号レベルと予め定めた基準レベルとを比較する比較部と、この比較部による比較結果に基づいて上記制御信号を生成する制御信号生成部と、を備える。
【００２１】
なお、ここで言う予め定めた基準レベルとは、温度検出信号の信号レベルによって、電源装置内の温度が各構成部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度の温度であるか否かを判断するための判断基準となるもので、例えば、温度検出信号の信号レベルが、上記基準レベルよりも低いときは、電源装置内の温度が各構成部品に対してそれほど大きな熱的ストレスを掛けない程度の温度範囲内にあると見なされる。一方、温度検出信号の信号レベルが、上記基準レベル以上のときには、電源装置内の温度が各構成部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度にまで上昇したと見なされる。
【００２２】
更に、制御信号生成部は、温度検出信号の信号レベルが上記基準レベルよりも低いとき、上記ファンの回転数を零とする。そして、温度検出信号の信号レベルが上記基準レベル以上であるとき、上記温度検出信号の信号レベルが上記基準レベル以上になった直後から最初の所定時間だけ上記ファンをその最大回転数又はこれに近い回転数で回転させるのに必要な駆動電源を上記ファンに供給し、その後、上記ファンの回転数を上記温度検出信号の信号レベルと基準レベルとの差に応じた回転数とするように、制御信号を生成するものである。
【００２３】
即ち、電源装置内の温度が、電源装置内の各構成部品に対してそれほど大きな熱的ストレスを掛けない程度の温度範囲内にあるときは、ファンは停止しており、つまり電源装置内は強制冷却されていない状態にある。そして、電源装置内の温度が、上記各構成部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度にまで上昇すると、ファンが回転し始める。なお、このようにファンが停止している状態からこのファンを徐々に回転させる際、ファンモータに最大摩擦力が掛かるので、この摩擦力の影響等によりファンがスムーズに回転しない（立ち上がらない）ことがある。そこで、本請求項１に記載の発明によれば、ファンを立ち上げる際に、最初の所定時間、例えば数秒程度の短い時間だけ、ファンに対してその回転数を最大回転数又はこれに近い回転数とするのに必要な駆動電源、つまりは比較的に大きい電力を供給し、これによってファンの立ち上げを付勢している。この立ち上げ後、ファンは、温度検出信号の信号レベルと基準レベルとの差に応じた回転数で回転し、即ち電源装置内の温度に応じた回転数で回転する。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、構成要素に発熱部品を有しており、これを冷却するための冷却ファンを備えたアーク溶接機用電源装置において、
制御信号に応じて上記ファンを駆動する駆動部と、上記電源装置の出力電力を検出してこの電力に応じた電力検出信号を出力する電力検出手段と、上記電力検出信号に応じて上記ファンの回転数を変化させる状態に上記制御信号を出力する制御部と、を具備する。
【００２５】
ここで、電源装置の出力電力の大きさ、即ち負荷の消費電力の大きさは、電源装置内の各構成部品の消費電力の大きさと相関関係があり、つまりは各構成部品の電力消費に伴うジュール発熱量と相関関係がある。従って、負荷の消費電力を検出するということは、電源装置内の温度を間接的に検出することになる。但し、上記負荷の消費電力の変化は、装置内の実際の温度変化よりも速いので、負荷の消費電力を検出することによって、装置内の温度を実際の温度変化よりも早めに検出することができる。
【００２６】
更に、制御部は、電力検出信号の信号レベルと予め定めた基準レベルとを比較する比較部と、この比較部による比較結果に基づいて上記制御信号を生成する制御信号生成部と、を備える。
【００２７】
なお、ここで言う予め定めた基準レベルとは、電源装置内の温度と相関のある電力検出信号の信号レベルによって、電源装置内の温度が各構成部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度の温度であるか否かを判断するための判断基準となるもので、例えば、電力検出信号の信号レベルが、基準レベルよりも低いときは、電源装置内の温度が各構成部品に対してそれほど大きな熱的ストレスを掛けない程度の温度範囲内にあると見なされる。一方、電力検出信号の信号レベルが、基準レベル以上のときには、電源装置内の温度が各構成部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度にまで上昇したと見なされる。
【００２８】
そして更に、制御信号生成部は、電力検出信号の信号レベルが基準レベルよりも低いとき、ファンの回転数を零とする。一方、電力検出信号の信号レベルが基準レベル以上であるときは、この電力検出信号の信号レベルが基準レベル以上になった直後から最初の所定時間だけ上記ファンをその最大回転数又はこれに近い回転数で回転させるのに必要な駆動電源を上記ファンに供給し、その後、ファンの回転数を上記電力検出信号の信号レベルと基準レベルとの差に応じた回転数とするように制御信号を生成する。
【００２９】
即ち、本請求項２に記載の発明は、電力検出信号の信号レベルによって電源装置内の温度を間接的に検出するものであり、これ以外については、請求項１に記載の発明と同様の作用を奏する。
【００３０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明のアーク溶接機用電源装置において、上記電力検出手段が、上記電源装置の出力電圧を検出してこの電圧に応じた電圧検出信号を出力する電圧検出手段と、上記電源装置の出力電流を検出してこの電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、これら電圧検出信号及び電流検出信号に所定の演算を施して得た信号、例えば両者を乗算して得た信号を上記電力検出信号として出力する演算 手段と、から成るものである。
【００３１】
即ち、この電源装置の出力電圧を検出する電圧検出手段と、出力電流を検出する電流検出手段とを設け、これら出力電圧と出力電流とを乗ずることによって、電源装置の出力電力、つまりは負荷の消費電力を求め、ひいては装置内の温度を間接的に検出する。
【００３２】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明のアーク溶接機用電源装置において、上記電力検出手段が、上記電源装置の出力電流を検出してこの電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段を備え、この電流検出信号を上記電力検出信号として出力するものである。
【００３３】
即ち、本請求項４に記載の発明によれば、電源装置の出力電流、即ち負荷電流を検出し、この検出によって得た電流検出信号を、電力検出信号としている。ここで、アーク溶接機は、所謂低電圧・大電流の負荷であるため、電源装置内の温度上昇は、主に負荷電流（電源装置の出力電流）の大きさに依存する。従って、このような場合には、負荷電流のみを捉えることによって、装置内の温度を検出することができる。
【００３４】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の発明のアーク溶接機用電源装置を、アーク溶断機に適用したものである。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電源装置の第１の実施の形態について、図１から図３を参照して説明する。図１は、本第１の実施の形態の概略構成を示す電気回路図である。同図に示すように、この電源装置は、入力端子１、１から入力された交流電源を入力側整流器２及び平滑コンデンサ３によって直流化し、これをインバータ４によって高周波交流に変換し、更に変圧器５で絶縁変圧した後、再度出力側整流器６によって直流化して出力端子７、７から出力させる部分については、上述した図６及び図７に示す従来技術と同様である。従って、この部分についての詳細な説明は省略する。
【００３６】
ところで、本第１の実施の形態の電源装置も、上記従来技術と同様に、装置内を冷却するためのファン８を有しているが、本第１の実施の形態が、上記従来技術と異なるところは、装置内の温度を検出し、その検出した温度に応じて上記ファン８の回転数を変化させるよう構成したところである。そのために、本第１の実施の形態の電源装置は、後述する制御信号に応じてファン８を駆動する駆動部１０と、装置内の温度を検出する温度検出器２０と、この温度検出器２０から出力される温度検出信号に応じてファン８を駆動するようその指令となる上述の制御信号を出力する制御部３０とを備えている。
【００３７】
即ち、駆動部１０には、入力端子１、１から入力された交流電源が供給されており、駆動部１０は、この供給された交流電源を上記制御信号に従って電圧可変の直流電源ＶＤ に変換し、この直流電源ＶＤによってファン８を駆動する。よって、ここでは、ファン８として、直流の駆動電源で動作する直流モータ構成のファンを使用している。なお、駆動部１０は、上記交流電源を直流電源ＶＤに変換するために、例えば上記交流電源を整流するダイオードブリッジ構成の整流回路と、この整流回路の出力に直列に接続されこの整流回路の出力を上記制御信号に従ってチョッピングする例えばサイリスタやトランジスタ或いはＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子から成るチョッパ回路と、このチョッパ回路の出力を平滑する例えば平滑リアクトル等から成る平滑回路と（いずれも図示せず）を有している。そして、上記チョッパ回路を構成する半導体スイッチング素子が、上記制御信号、例えばＰＷＭ制御パルスに従ってＯＮ／ＯＦＦ動作することによって、上記電圧可変の直流電源ＶＤがファン８に供給される。
【００３８】
一方、温度検出器２０は、例えばサーミスタやポジスタ、熱電対等を有しており、例えば装置内の温度に応じたレベルＶＳを有する直流の温度検出信号を出力して、これを制御部３０に供給する。なお、この温度検出器２０は、例えば上記ファン８による風の影響等を受けず、また各部品の性能や動作に影響を与えず、かつ装置内で最も高温になる場所、例えば入力側整流器２を構成するダイオードやインバータ４を構成する半導体スイッチング素子等の図示しない冷却用フィン等に取り付けられる。
【００３９】
上記温度検出器２０から温度検出信号が供給される制御部３０は、この供給された温度検出信号の信号レベルＶＳと予め定めた直流の基準電圧ＶＴＨとを比較して両者の差を求める比較器３１を有している。この比較器３１は、例えば差動増幅器によって構成されており、例えば温度検出信号の信号レベルＶＳが基準電圧ＶＴＨよりも低い場合には、その差に応じた負電圧レベルの直流信号を出力し、温度検出信号の信号レベルＶＳが基準電圧ＶＴＨ以上の場合には、その差に応じた正電圧レベルの直流信号を出力し、これをパルス生成部３３に供給する。
【００４０】
なお、上記基準電圧ＶＴＨとは、温度検出信号の信号レベルＶＳに対応する温度が、電源装置を構成する各部品に対して熱的ストレスを掛ける程の温度であるか否かを判断するための判断基準（しきい値）となるもので、例えば上述した冷却用フィンの温度が約４０℃のときの温度検出信号の信号レベルＶＳと略等価な電圧値とされている。従って、温度検出信号の信号レベルＶＳが基準電圧ＶＴＨよりも低いとき、即ち上記比較器３１の出力が負電圧レベルのときは、電源装置内の温度が各部品に対してそれほど大きな熱的ストレスを掛けない程度の比較的に低温状態にあると見なされる。一方、温度検出信号の信号レベルＶＳが基準電圧ＶＴＨ以上のとき、即ち上記比較器３１の出力が正電圧レベルであるときは、電源装置内の温度が各部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度にまで上昇したと見なされる。なお、制御部３０は、この基準電圧ＶＴＨを出力するための基準電源３２を有している。
【００４１】
上記比較器３１の出力が供給されるパルス生成部３３は、最低回転数設定用電源３４、回転数可変用電源３５及びパルス生成回路３６から成り、これらのうち、最低回転数設定用電源３４及び回転数可変用電源３５に対して上記比較器３１の出力がそれぞれ供給される。これら最低回転数設定用電源３４及び回転数可変用電源３５は、比較器３１の出力に応じて直流電圧を出力し、これをパルス生成回路３６に供給するもので、比較器３１の出力が負電圧レベルのときは最低回転数設定用電源３４からパルス生成回路３６に直流電圧が供給され、比較器３１の出力が正電圧レベルのときには回転数可変用電源３５からパルス生成回路３６に直流電圧が供給される。
【００４２】
即ち、最低回転数設定用電源３４については、例えば予め定めた正の直流電圧Ｖ０を出力する直流電源３４ａと、この直流電源３４ａの出力端子に接続されたアナログスイッチ３４ｂとによって構成されている。そして、上記比較器３１の出力に応じてアナログスイッチ３４ｂがＯＮ／ＯＦＦすることによって、直流電源３４ａの出力する上記直流電圧Ｖ０が、パルス生成回路３６に対して供給／非供給状態となる。
【００４３】
一方、回転数可変用電源３５は、上記比較器３１の出力レベルに応じて電圧可変の直流電圧を出力する所謂電圧制御型の電源装置で、比較器３１の出力が正電圧レベルであるとき、このレベルに応じた電圧で、かつ上記最低回転数設定用電源３４を構成する直流電源３４ａの出力電圧Ｖ０以上の電圧を有する直流電圧ＶＦを、上記パルス生成回路３６に供給する。なお、比較器３１の出力が負電圧レベルのときには、この回転数可変用電源３５は非出力状態となることについては、上述した通りである。
【００４４】
パルス生成回路３６は、上記最低回転数設定用電源３４又は回転数可変用電源３５から供給される直流電圧Ｖ０又はＶＦの電圧レベルに応じて駆動部１０に供給するＰＷＭ制御パルスを生成するもので、上記直流電圧Ｖ０又はＶＦの電圧レベルが高くなるにつれてファン８を高速で回転させるよう上記ＰＷＭ制御パルスのパルス幅を制御する。従って、パルス生成回路３６に対して最低回転数設定用電源３４から直流電圧Ｖ０が供給されているとき、即ち装置内の温度が各部品に対してそれほど大きな熱的ストレスを掛けない程度の比較的に低温状態にあるときに、ファン８の回転数が最低となる。そして、パルス生成回路３６に対して回転数可変用電源３５から直流電圧ＶＦが供給されているとき、即ち装置内の温度が各部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度にまで上昇したときは、ファン８は、上記直流電圧ＶＦの電圧レベル、即ち装置内の温度に応じた回転数で回転する。ただし、ファン８の回転数は、このファン８自体の定格回転数を最高回転数としており、よって、ここでは、ファン８の定格回転数に対応する直流電圧ＶＦの電圧レベルを、予めこの直流電圧ＶＦの上限値と定めている。
【００４５】
なお、この電源装置においても、上述した図７に示す従来技術と同様に、駆動部１０を介してファン８にその駆動電源を供給している。従って、入力端子１、１から入力される交流電源が上述した２００Ｖ系及び４００Ｖ系のいずれであっても、この交流電源の電圧値に応じて上記ＰＷＭ制御パルスのパルス幅を制御することによって、上記両方の入力電源系に対応することができる。そして、上記パルス生成部３３が、特許請求の範囲に記載の制御信号生成部に対応する。
【００４６】
次に、上記のように構成された電源装置を例えばアーク溶接機に使用した場合の動作について、図２を参照して説明する。なお、同図（ａ）は、横軸を時間ｔ軸とし、縦軸を時間ｔにおける電源装置内の温度Ｔ軸とするグラフで、同図（ｂ）は、縦軸を時間ｔにおけるファン８の駆動電源電圧ＶＤ 軸とするグラフ、同図（ｃ）は、縦軸を時間ｔにおけるファン８の回転数Ｎ軸とするグラフである。
【００４７】
例えば、今、未だ電源装置の入力端子１、１に交流電源が投入されていないものとする。この状態においては、装置内の温度Ｔは、図２（ａ）における時刻ｔ０乃至ｔ１の範囲に示すように、室温である。
【００４８】
ここで、時刻ｔ１において、入力端子１、１に交流電源を投入したとする。これによって、温度検出器２０が装置内の温度検出を開始する。ただし、負荷が動作していない場合（即ちアークが未発生の場合）には、各部品は殆ど発熱しないので、装置内の温度Ｔは略室温のままである。従って、この状態においては、温度検出器２０から出力される温度検出信号の信号レベルＶＳは、略室温に対応するレベルであり、基準電圧ＶＴＨよりも小さい（ＶＳ＜ＶＴＨ）。よって、これらを比較する比較器３１は、負電圧レベルの直流信号を出力し、これによって最低回転数設定用電源３４の出力する直流電圧Ｖ０がパルス生成回路３６に供給される。従って、パルス生成回路は、上記直流電圧Ｖ０によって決まる駆動電圧ＶＤの最小値ＶＤＭＩＮに応じてファン８を最低回転数ＮＭＩＮで一定回転させるように、駆動部１０に供給するＰＷＭ制御パルスのパルス幅を制御する。
【００４９】
次に、時刻ｔ２において、負荷を動作させた（即ちアークを発生させた）とする。これによって、各部品が発熱し始め、この発熱が上記最低回転数ＮＭＩＮで回転しているファン８によっては抑えきれない程度になると、装置内の温度Ｔが次第に上昇する。ここで、温度検出信号の信号レベルＶＳが、基準電圧ＶＴＨよりも小さい場合には、上記のように比較器３１からは負電圧レベルの直流信号が出力されるので、ファン８の駆動電圧ＶＤ は最小値ＶＤＭＩＮのままであり、即ちファン８の回転数Ｎは最低回転数ＮＭＩＮのままである。
【００５０】
そして、上記温度上昇が続いて、時刻ｔ３において、装置内の温度Ｔが、基準電圧ＶＴ Ｈに対応する温度ＴＴＨ、例えばＴＴＨ＝４０℃に到達すると、比較器３１は正電圧レベルの直流信号を出力する。これによって、パルス発生回路３６には、最低回転数設定用電源３４からの直流電圧Ｖ０に代えて、回転数可変用電源３５から上記比較器３１の出力信号の電圧レベルに応じた直流電圧ＶＦが供給される。従って、パルス生成回路３６は、上記直流電圧ＶＦの電圧レベルに応じて、即ち電源装置内の温度Ｔの上昇に応じてファン８の回転数Ｎを略連続的に上げるように、駆動部１０に供給するＰＷＭ制御パルスのパルス幅を制御してファン８の駆動電圧ＶＤを上げていく。
【００５１】
更に、装置内の温度Ｔが上昇して、上記直流電圧ＶＦの電圧レベルが上述した上限値に到達すると、ファン８の駆動電圧ＶＤも上記上限値に対応する最大値ＶＤＭＡＸとなる。これによってファン８は、定格回転数ＮＭＡＸで回転し、それ以上高速で回転しない。ただし、装置内の温度Ｔについては、暫く上昇し続けた後、ファン８の定格回転数ＮＭＡＸによる冷却能力に応じた温度ＴＣに落ち着く（時刻ｔ４以降）。
【００５２】
そして、時刻ｔ５において、負荷の動作を停止すると、装置内の温度Ｔが下がり始める。そして、この温度Ｔが、上記定格回転数ＮＭＡＸ以下の回転数でも十分に冷却し得る温度にまで下がると、この温度Ｔの変化に応じてファン８の駆動電圧ＶＤも下がり始め、これによってファン８の回転数Ｎも下がり始める。
【００５３】
更に、装置内の温度Ｔが下がり続けて、時刻ｔ６において、Ｔ＝ＴＴＨ＝４０℃にまで下がると、比較器３１の出力は再度負電圧レベルとなる。これによって、パルス生成回路３６には、再度、最低回転数設定用電源３４から直流電圧Ｖ０が供給される。従って、駆動部１０からファン８に供給される駆動電圧ＶＤは、再度、最小値ＶＤＭＩＮとなり、ファン８は最低回転数ＮＭＩＮで回転する。
【００５４】
そして、時刻ｔ７において、装置内の温度Ｔは、上記最低回転数ＮＭＩＮによって決まる温度、例えば室温になり、上述した時刻ｔ１乃至ｔ２における状態と等価な状態となる。
【００５５】
上記のように、本第１の実施の形態によれば、装置内の温度Ｔに応じてファン８の回転数を変化させている。従って、装置内の温度状況に係わらず常に定格回転数でファン８を回転させるという上述した従来技術に比べて、非常に経済的であり、即ち省エネルギ化を実現できる。
【００５６】
また、この電源装置を、上記アーク溶接機等のように屋外で使用することの多い装置に用いた場合、ファン８によって装置内に吸い込まれるチリやホコリ等の量を、上記従来技術よりも少なくすることができる。従って、上記チリやホコリ等の付着による各構成部品の冷却能力の低下や絶縁劣化等を、上記従来技術よりも抑制することができる。
【００５７】
更に、ファンの回転音についても、上記従来技術に比べて抑制されるので、本技術は、事務所等の比較的に静かな室内環境等で使用される場合にも、非常に有効である。
【００５８】
なお、本第１の実施の形態においては、装置内の温度Ｔに応じてファン８の回転数ＮをＮＭＩＮ乃至ＮＭＡＸまで略連続的に変化させたが、例えば３段階、４段階、５段階・・・というように、段階的に変化させてもよい。
【００５９】
また、温度検出信号の信号レベルＶＳと基準電圧ＶＴＨとを比較する比較器３１については、その比較結果（出力信号）を安定させるために、若干のヒステリシス特性も持たせてもよい。
【００６０】
そして、単相交流電源を入力電源とする電源装置について説明したが、本技術は、３相交流電源を入力電源とする電源装置についても適用できることは言うまでもない。また、アーク溶接機と同様の低電圧・大電流負荷であるアーク溶断機にも、本技術を適用することができる。更に、参考までに、蓄電器用充電器、通信機器、或いはめっき装置等の比較的に負荷容量の大きい装置にも、本技術を適用することができる。
【００６１】
また、強制冷却手段としてファン８を用いた場合について説明したが、例えば水冷式における循環ポンプや、電子冷却式におけるペルチェ素子等の駆動制御にも、本技術を適用できる。この場合も、装置内の温度Ｔに応じた強制冷却を行うことができ、ひいては省エネルギ化を実現できるという効果を奏する。
【００６２】
そして、温度検出器２０の出力に応じてファン８の回転数を変化させる制御部３０の構成については、これと同様の作用を奏するのであれば、上述した構成に限らない。
【００６３】
また、ファン８を駆動する駆動部１０については、これを、ダイオードブリッジ構成の整流回路と、その整流出力をチョッピングするチョッパ回路と、そのチョッパ出力を平滑する平滑回路とを組み合わせることによって構成したが、これに限らない。例えば、入力端子１、１からの交流電源を入力とし、上述したＰＷＭ制御パルスに従ってＯＮ／ＯＦＦ動作することによって上記交流電源から電圧可変の整流出力を得るサイリスタ純ブリッジ整流回路等の所謂位相制御整流器と、この整流器の出力を平滑する例えば平滑リアクトル等から成る平滑回路と、を組み合わせる等、他の回路構成によって駆動部１０を実現してもよい。
【００６４】
そして、ファン８として、直流電源を駆動電源とする直流モータ構成のファンを使用したが、交流電源を駆動電源とするインダクションモータ構成の所謂交流ファンを使用してもよい。ただし、上述した駆動部１０は、入力端子１、１から入力された交流電源を直流に変換し、この変換して得た直流電源をファン８に供給するものなので、ファン８として交流ファンを使用する場合には、例えば上記駆動部１０にインバータを設け、このインバータによって上記直流電源を再度交流に変換した電源をファン８に供給するように構成する。
【００６５】
更に、装置内の温度Ｔが、それほど高温でないとき、即ちＴ≦ＴＴＨのときは、最低回転数設定用電源３４を構成する直流電源３４ａの直流電圧Ｖ０によって決まる駆動電圧ＶＤの最小値ＶＤＭＩＮに応じてファン８を最小回転数ＮＭＩＮで回転させるように構成したが、ファン８を停止させるよう構成してもよい。即ち、装置内の温度ＴがＴ≦ＴＴＨの状態においては、強制冷却が必要ないものとし、例えば図３（ａ）乃至図３（ｃ）に示すように、ファン８の駆動電圧ＶＤをＶＤ＝０として、ファン８を停止させる。このように、強制冷却を必要としないときにファン８を停止させることによって、上述した効果がより顕著となる。
【００６６】
なお、上記動作を実現するには、比較器３１の出力が負電圧レベルのとき、即ちパルス生成回路３６に上記最低回転数設定用電源３４から直流電圧Ｖ０が供給されたときに、ファン８を停止させるよう上記パルス生成回路３６を構成すればよい。或いは、上記最低回転数設定用電源３４を設けずに、回転数可変用電源３５のみを設け、比較器３１の出力が負電圧レベルのとき、即ちパルス生成回路３６に何ら直流電圧が供給されていないときにはファン８を停止させるように上記パルス生成回路３６を構成すればよい。
【００６７】
ただし、ファン８が停止状態にあり、この状態からファン８を徐々に回転させる際、ファンモータの最大摩擦力によって、ファン８がスムーズに回転しない（立ち上がらない）ことがある。そこで、例えば図３（ｄ）に示すように、ファン８の立ち上げ時に、最初の短時間ｔＳ、例えばｔＳ＝１乃至１０秒程度だけ、ファン８に対して駆動電圧ＶＤの最大値ＶＤＭＡＸ又はこれに近い値の電圧を供給することによって、ファン８の立ち上げをスムーズにすることができる。なお、これを実現するには、例えば、比較部１４の出力が負電圧レベルから正電圧レベルに切り替わる際に、上記時間ｔＳの間だけ比較部１４の出力レベルが最大になるか又はこれに近いレベルになるように、この比較部１４を構成すればよい。
【００６８】
次に、本発明に係る電源装置の第２の実施の形態について、図４を参照して説明する。なお、この第２の実施の形態の電源装置は、上述した第１の実施の形態における駆動部１０に代えて、上述した図７の従来技術における冷却用インバータ１０９と同様の回路構成のインバータ９を設け、このインバータ９を制御部３０で制御するよう構成したものである。この構成は、特に、ファン８として、インダクションモータ構成の交流ファンを使用する場合に適するもので、ここでは、ファン８として上記交流ファンを用いるものとする。なお、これ以外の構成については、上述した第１の実施の形態と同様であるので、同等部分には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６９】
即ち、上記インバータ９は、例えばサイリスタやトランジスタ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子のブリッジ回路で構成されており、このインバータ９には、入力端子１、１から入力された交流電源を入力側整流器２及び平滑コンデンサ３によって直流化した直流電源が供給されている。そして、制御部３０（パルス生成回路３６）から出力されるＰＷＭ制御パルスに応じて、上記各半導体スイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦ動作する。これによって、このインバータ９に供給された上記直流電源は、装置内の温度Ｔに応じた電圧レベルで、かつ周波数が６０Ｈｚ乃至６６Ｈｚ程度の交流電源に変換され、この交流電源がファン８の駆動電源となる。
【００７０】
従って、上述した図１に示す第１の実施の形態においてファン８として交流ファンを使用する場合には、図１における駆動部１０に対して更にインバータを設ける必要があったが、本第２の実施の形態によれば、上記インバータ９のみでよいので、装置構成が上記第１の実施の形態よりも簡単である。なお、本第２の実施の形態においても、この電源装置自体の入力電源が２００Ｖ系及び４００Ｖ系のいずれであっても、上記インバータ９に供給するＰＷＭ制御パルスのパルス幅を制御することによって、上記両方の入力電源系に対応できることについては言うまでもない。
【００７１】
次に、本発明に係る電源装置の第３の実施の形態について、図５を参照して説明する。本第３の実施の形態は、装置内の温度が、負荷の消費電力と相関関係があることに着目したもので、負荷の消費電力の大きさに応じてファン８の回転数Ｎを変化させるよう構成したものである。そこで、これを実現するために、本第３の実施の形態は、上述した第１の実施の形態における温度検出器２０に代えて、出力端子７、７間の出力電圧を検出してその電圧値に応じた電圧検出信号を出力する電圧検出器５１と、出力端子７、７から出力される出力電流を検出してその電流値に応じた電流検出信号を出力する電流検出器５２とを設けている。そして、上記電圧検出信号及び電流検出信号を乗算してその乗算結果、即ち負荷の消費電力に応じた電力検出信号を出力する乗算器５３を設け、この乗算器５３から出力される電力検出信号の信号レベルＶＬ と、基準電源３１の基準電圧ＶＴＨとを、比較器３２によって比較するよう構成したものである。
【００７２】
なお、本第３の実施の形態においては、上記基準電圧ＶＴＨは、電源装置内の温度と相関のある上記電力検出信号の信号レベルＶＬによって、装置内の温度が各部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度の温度であるか否かを判断するための判断基準（しきい値）となる。従って、ここでは、基準電圧ＶＴＨとして、例えば上述の冷却用フィンの温度が約４０℃になったときの上記電力検出信号の信号レベルＶＬと略等価な電圧値が設定されている。これ以外の構成については、図１と同様であるので、同等部分には同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００７３】
即ち、本第３の実施の形態によれば、装置内の温度と相関のある負荷の消費電力を捉えることによって、装置内の温度を間接的に検出し、これに応じてファン８の回転数を変化させている。従って、上述した第１の実施の形態と同様の作用及び効果を奏する。
【００７４】
ところで、装置内の温度は、上記負荷の消費電力が変化することによって変化するので、この負荷の消費電力の変化、即ち乗算器５３が出力する電力検出信号の信号レベルＶＬ の変化を捉えることによって、装置内の温度の変化を実際の温度変化よりも早めに検出することができる。従って、上述した第１の実施の形態に比べて、装置内の温度変化に対して素早い応答（冷却）を実現できる。
【００７５】
なお、本第３の実施の形態においては、負荷の消費電力を捉えることによって装置内の温度を間接的に検出したが、これに限らない。即ち、アーク溶接機は低電圧・大電流の負荷であるので、装置内の温度上昇は、主に負荷電流（電源装置の出力電流）の大きさに依存する。従って、電流検出器５２が出力する電流検出信号によって負荷電流を捉え、この負荷電流のみに応じてファン８の回転数を制御するよう構成してもよい。このように構成することによって、上述した電圧検出器５１や乗算器５３を省略することができ、装置構成を簡素化できる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明のうち請求項１に記載の発明のアーク溶接機用電源装置によれば、強制冷却をあまり必要としないときにはファンを停止させ、強制冷却を必要とするときには装置内の温度に応じた回転数でファンを回転させている。従って、装置内の温度状況に係わらず常に最大能力で強制冷却を行うという上述した従来技術に比べて、非常に経済的であり、即ち省エネルギ化を実現できるという効果がある。
【００７７】
また、この電源装置を、例えば屋外で使用する場合は、ファンによって装置内に吸い込まれるチリやホコリ等の量を、上記従来技術よりも少なくすることができる。よって、上記チリやホコリ等の付着による各構成部品の冷却能力の低下や絶縁劣化等を、上記従来技術よりも抑制できるという効果がある。
【００４８】
更に、ファンの回転音についても、上記従来技術に比べて抑制されるので、例えば事務所等の比較的に静かな室内環境等で使用する場合にも、非常に有効である。
【００７９】
そして更に、ファンが停止状態にあり、この状態からファンを徐々に回転させるとき、即ちファンに対して最大摩擦力が掛かるとき、ファンに対して最初の数秒程度の短い時間だけ大電力を供給して、ファンの立ち上げを付勢している。従って、ファンの立ち上げをスムーズに行うことができるという効果がある。
【００８０】
請求項２に記載の発明によれば、負荷の消費電力を検出することによって、装置内の温度を間接的に求め、これに応じてファンの回転数を変化させている。従って、上記請求項１に記載の発明と同様な効果を奏する。更に、負荷の消費電力の変化は、装置内の実際の温度変化よりも速いので、上記負荷の消費電力に応じて強制冷却を行う本請求項２に記載の発明によれば、装置内の実際の温度変化に応じて強制冷却を行う請求項１に記載の発明に比べて、装置内の温度変化に対して素早い応答を実現できるという効果がある。そして、請求項１に記載の発明と同様、ファンをスムーズに立ち上げることができるという効果も発揮する。
【００８１】
請求項３に記載の発明によれば、電源装置の出力電圧と出力電流とを検出し、これらを互いに乗ずることによって、負荷の消費電力を求め、ひいては装置内の温度を間接的に検出している。従って、上記請求項２に記載の発明と同様の効果を奏する。
【００８２】
請求項４に記載の発明は、電源装置の出力電流、即ち負荷電流を検出し、この負荷電流のみから装置内の温度を求めるもので、負荷が低電圧・大電流のアーク溶接機であるからこそ、適用できる。即ち、電源装置の出力電圧と出力電流とを検出しこれらを互いに乗算することによって負荷の消費電力を求めるという上記請求項３に記載の発明とは異なり、電源装置の出力電圧を検出する手段や、この出力電圧と出力電流とを乗算する手段を省略できるので、装置構成を簡素化できるという効果がある。
【００８３】
請求項５に記載の発明によれば、アーク溶接機と同様の低電圧・大電流負荷であるアーク溶断機に適用した場合にも、請求項１ないし４に記載の発明と同様の効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る電源装置の第１の実施の形態の概略構成を示す電気回路図である。
【図２】 同実施の形態における種々の状態変化を表すグラフで、（ａ）は装置内の温度変化、（ｂ）はファンの駆動電圧、（ｃ）はファン回転数の変化を表すグラフである。
【図３】 同実施の形態の別の例における種々の状態変化を表すグラフで、（ａ）は装置内の温度変化、（ｂ）はファンの駆動電圧、（ｃ）はファン回転数の変化を表すグラフである。
【図４】 本発明に係る電源装置の第２の実施の形態の概略構成を示す電気回路図である。
【図５】 本発明に係る電源装置の第３の実施の形態の概略構成を示す電気回路図である。
【図６】 従来の電源装置の概略構成を示す電気回路図である。
【図７】 上記図６とは別の従来の電源装置の概略構成を示す電気回路図である。
【符号の説明】
２ 入力側整流器（発熱部品）
４ インバータ（発熱部品）
８ ファン
１０ 駆動部
２０ 温度検出器
３０ 制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、構成要素に例えば電力用半導体素子等の発熱部品を有し、これを強制冷却するための冷却ファンを備えたアーク溶接機用電源装置に関し、特に上記冷却ファンの駆動制御部分に特徴のあるアーク溶接機用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような強制冷却を必要とするアーク溶接機用電源装置として、従来、例えば図６に示すようなものがある。
【０００３】
同図に示す電源装置は、単相交流電源を入力電源とするもので、入力端子１、１から入力された上記単相交流電源を、例えばダイオードブリッジ構成の入力側整流器２で全波整流し、更に平滑コンデンサ３によって平滑して直流化した直流電源が供給されるインバータ４を有している。このインバータ４は、例えばサイリスタやトランジスタ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子のブリッジ回路から成り、各半導体スイッチング素子が、例えば図示しないインバータ制御回路によるＰＷＭ方式のスイッチング制御に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作することによって、上記直流化された入力電源を高周波交流に変換する。
【０００４】
上記インバータ４から出力される高周波交流は、比較的に小型の高周波変圧器から成る変圧器５によって所定の電圧値に絶縁変圧された後、例えばダイオードブリッジ構成の出力側整流器７によって再度全波整流され、即ち再度直流化される。そして、この直流化された直流電源が、出力端子７、７から出力され、ひいてはこの出力端子７、７に接続された図示しない負荷へと供給される。なお、負荷が、例えば直流で動作する所謂直流負荷である場合には、上記出力端子７、７から出力される直流電源は、そのまま負荷に供給される。一方、交流負荷の場合には、上記出力端子７、７から出力される直流電源を、例えばインバータ等によって再度交流に変換してから負荷に供給する。
【０００５】
このようなインバータ４を採用した電源装置は、インバータ４を用いないものに比べて、装置（筺体）を小型化できるという利点がある。しかし、装置を小型にすることによって、装置を構成している各部品から発せられるジュール熱が装置内に籠もり易くなり、このため各構成部品に掛かる熱的ストレスが大きくなる。中でも、入力側整流器２やインバータ４から発せられるジュール熱は大きく、これによって各構成部品に掛かる熱的ストレスはかなりのものになる。従って、これらの熱的ストレスから各構成部品を保護する必要があり、そのためには上述した強制冷却によって装置の放熱効率を向上させる必要がある。
【０００６】
上記強制冷却としては、例えば空冷式や水冷式、更には電子冷却式等があるが、中でも、冷却ファンを用いた空冷式の強制冷却が、最も一般的で簡単かつ低コストで実現できる冷却方式である。そこで、この図６に示す装置においては、入力端子１、１から入力される交流電源を駆動電源とするインダクションモータ構成のファン８を設け、このファン８の風力（風圧）を利用して装置内を強制冷却している。
【０００７】
即ち、ファン８は、例えば装置（筺体）の外部に送風する向きで、装置の壁面に設けられた図示しない排気孔を覆うように上記壁面の内側に取り付けられている。また、このファン１１を駆動させることによって、装置内に外部から空気が吸入されるように、装置の壁面には、上記排気孔とは別に図示しない吸気孔が設けられている。そして、これら吸気孔及び排気孔は、吸気孔から装置内に吸入された空気が、装置内の強制冷却を必要とする部分を通過（冷却）して排気孔から排出されるような位置に、それぞれ設けられている。なお、ファン８は、上記交流電源に適応した規格のもの（即ち上記交流電源を定格入力とするもの）で、上記交流電源の供給によって定格回転数で回転する。
【０００８】
ところで、このような電源装置においては、使用される地域によって入力電源が例えば２００Ｖ系であったり、或いは４００Ｖ系であったりする。このように入力電源電圧が異なる場合には、インバータ４を制御するＰＷＭ制御パルスのパルス幅を変える等によって、入力電源が２００Ｖ系及び４００Ｖ系のいずれであっても、出力端子７、７から同一電圧の直流を出力させることができ、即ち上記両方の入力電源系に対応することができる。
【０００９】
一方、ファン８についても、容量の大きい４００Ｖ系用のものを使用すれば、２００Ｖ系及び４００Ｖ系の両方に対応させることができる。しかし、４００Ｖ系用のファン８は、２００Ｖ系用のものに比べて大型であるため、入力電源が２００Ｖ系に限られる場合には、装置自体が必要以上に大きくなってしまう。また、入力電源が２００Ｖ系であるときに、この電源電圧で４００Ｖ系のファン８を駆動しても十分な駆動力を得ることができずに、十分な冷却を行うことができないという不都合を生じる。
【００１０】
更に、入力電源は、その周波数が地域によって５０Ｈｚ又は６０Ｈｚと異なるため、これを駆動電源とするファン８の冷却能力は、５０Ｈｚの地域において６０Ｈｚの地域よりも低くなる。従って、５０Ｈｚの地域においても十分な冷却能力が得られるように、ファン８として風量（容量）の大きいものを選定する必要がある。しかし、この場合、６０Ｈｚの地域については、過剰仕様のファン８が設けられることになり、これによっても装置自体が不必要に大きくなってしまう。
【００１１】
そこで、上記不都合を解消するために、従来、例えば特開平６−７９３８号公報に開示された技術がある。これについて、図７を参照して簡単に説明する。同図に示すように、この技術は、入力端子１、１から入力された交流電源を直接冷却ファン８に供給するという上記図６の装置とは異なり、インバータ４とは別の冷却用インバータ１０９を設け、この冷却用インバータ１０９の出力によってファン８を駆動するものである。
【００１２】
即ち、冷却用インバータ１０９は、インバータ４と同様に、例えばサイリスタやトランジスタ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子のブリッジ回路で構成されており、この冷却用インバータ１０９には、入力端子１、１から入力された交流電源を入力側整流器２及び平滑コンデンサ３によって直流化した後の直流電源が供給される。そして、例えば図示しない冷却用インバータ制御回路により上記各半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御することによって、上記直流電源を例えば６０Ｈｚ乃至６６Ｈｚ程度の交流に変換し、これをファン８に供給している。また、上記直流電源が、例えば２００Ｖ系及び４００Ｖ系のいずれの入力電源を直流化したものであっても、冷却用インバータ１０９を制御するＰＷＭ制御パルスのパルス幅を変える等によって、ファン８に対して同一電圧の交流電源、例えば２００Ｖ系の交流電源を供給することができる。
【００１３】
上記のように、図７に示す装置によれば、冷却用インバータ１０９を介してファン８に電源を供給しているので、入力電源の電圧及び周波数に係わらず、ファン８に対して一定電圧及び一定周波数の電源を供給することができる。従って、ファン８は、入力電源系に関係なく、常に定格回転数で回転する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような電源装置においては、アーク溶接機を立ち上げて（即ち電源を投入して）間もないときや、負荷が動作していないとき（アークが発生していないとき）等は、装置内の温度はそれほど高くない。従って、この状態においては、装置内をそれほど強力に（ハイパワーで）冷却する必要はなく、極端に言えば強制冷却する必要の無い場合がある。また、装置内の温度が上昇したとしても、常に最大の冷却能力で冷却する必要はなく、温度に見合う程度の冷却を行えばよい。即ち、上記のような強制冷却は、必要なときに、例えば電源装置内の温度が各構成部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度にまで上昇したときに、必要な分だけ、例えば電源装置内の温度が各構成部品に対してそれほど大きな熱的ストレスを掛けない程度の温度になるだけ冷却するのが効率的である。
【００１５】
ところが、上記図６及び図７に示す各電源装置においては、いずれも、装置内の温度状況に係わらず、常にファン８を定格回転数（最大パワー）で一定回転させている。従って、強制冷却を必要としない場合でも、最大能力で強制冷却を行うことになるため、非常に不経済であるという問題がある。
【００１６】
また、アーク溶接機は屋外で使用することが多いため、外部のチリやホコリ等が装置内に多量に吸い込まれ、これらチリやホコリが装置内の各構成部品に付着し、これによってファン８による冷却能力が低下するという問題がある。それだけでなく、上記チリやホコリが長期に渡って装置内に蓄積されると、各構成部品の絶縁性が劣化して装置の故障を引き起こし、ひいては装置の寿命が短くなってしまうという問題がある。
【００１７】
一方、電源装置を、屋内で使用した場合は、常に最大パワーで回転しているファン８の回転音が騒音になり、室内環境に悪影響を与えてしまうという問題がある。
【００１８】
そこで、本発明は、電源装置内の温度に応じてファンの回転数を変化させることによって、装置内に吸い込まれるチリやホコリ等を少なくすると共に、ファンの回転音による騒音を極力抑えることのできる電源装置を提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、構成要素に発熱部品を有しており、これを冷却するための冷却ファンを備えたアーク溶接機用電源装置において、
制御信号に応じて上記ファンを駆動する駆動部と、上記電源装置内の温度を検出してこの温度に応じた温度検出信号を出力する温度検出手段と、上記温度検出信号に応じて上記ファンの回転数を変化させる状態に上記制御信号を出力する制御部と、を具備する。
【００２０】
ここで、制御部は、温度検出信号の信号レベルと予め定めた基準レベルとを比較する比較部と、この比較部による比較結果に基づいて上記制御信号を生成する制御信号生成部と、を備える。
【００２１】
なお、ここで言う予め定めた基準レベルとは、温度検出信号の信号レベルによって、電源装置内の温度が各構成部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度の温度であるか否かを判断するための判断基準となるもので、例えば、温度検出信号の信号レベルが、上記基準レベルよりも低いときは、電源装置内の温度が各構成部品に対してそれほど大きな熱的ストレスを掛けない程度の温度範囲内にあると見なされる。一方、温度検出信号の信号レベルが、上記基準レベル以上のときには、電源装置内の温度が各構成部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度にまで上昇したと見なされる。
【００２２】
更に、制御信号生成部は、温度検出信号の信号レベルが上記基準レベルよりも低いとき、上記ファンの回転数を零とする。そして、温度検出信号の信号レベルが上記基準レベル以上であるとき、上記温度検出信号の信号レベルが上記基準レベル以上になった直後から最初の所定時間だけ上記ファンをその最大回転数又はこれに近い回転数で回転させるのに必要な駆動電源を上記ファンに供給し、その後、上記ファンの回転数を上記温度検出信号の信号レベルと基準レベルとの差に応じた回転数とするように、制御信号を生成するものである。
【００２３】
即ち、電源装置内の温度が、電源装置内の各構成部品に対してそれほど大きな熱的ストレスを掛けない程度の温度範囲内にあるときは、ファンは停止しており、つまり電源装置内は強制冷却されていない状態にある。そして、電源装置内の温度が、上記各構成部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度にまで上昇すると、ファンが回転し始める。なお、このようにファンが停止している状態からこのファンを徐々に回転させる際、ファンモータに最大摩擦力が掛かるので、この摩擦力の影響等によりファンがスムーズに回転しない（立ち上がらない）ことがある。そこで、本請求項１に記載の発明によれば、ファンを立ち上げる際に、最初の所定時間、例えば数秒程度の短い時間だけ、ファンに対してその回転数を最大回転数又はこれに近い回転数とするのに必要な駆動電源、つまりは比較的に大きい電力を供給し、これによってファンの立ち上げを付勢している。この立ち上げ後、ファンは、温度検出信号の信号レベルと基準レベルとの差に応じた回転数で回転し、即ち電源装置内の温度に応じた回転数で回転する。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、構成要素に発熱部品を有しており、これを冷却するための冷却ファンを備えたアーク溶接機用電源装置において、
制御信号に応じて上記ファンを駆動する駆動部と、上記電源装置の出力電力を検出してこの電力に応じた電力検出信号を出力する電力検出手段と、上記電力検出信号に応じて上記ファンの回転数を変化させる状態に上記制御信号を出力する制御部と、を具備する。
【００２５】
ここで、電源装置の出力電力の大きさ、即ち負荷の消費電力の大きさは、電源装置内の各構成部品の消費電力の大きさと相関関係があり、つまりは各構成部品の電力消費に伴うジュール発熱量と相関関係がある。従って、負荷の消費電力を検出するということは、電源装置内の温度を間接的に検出することになる。但し、上記負荷の消費電力の変化は、装置内の実際の温度変化よりも速いので、負荷の消費電力を検出することによって、装置内の温度を実際の温度変化よりも早めに検出することができる。
【００２６】
更に、制御部は、電力検出信号の信号レベルと予め定めた基準レベルとを比較する比較部と、この比較部による比較結果に基づいて上記制御信号を生成する制御信号生成部と、を備える。
【００２７】
なお、ここで言う予め定めた基準レベルとは、電源装置内の温度と相関のある電力検出信号の信号レベルによって、電源装置内の温度が各構成部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度の温度であるか否かを判断するための判断基準となるもので、例えば、電力検出信号の信号レベルが、基準レベルよりも低いときは、電源装置内の温度が各構成部品に対してそれほど大きな熱的ストレスを掛けない程度の温度範囲内にあると見なされる。一方、電力検出信号の信号レベルが、基準レベル以上のときには、電源装置内の温度が各構成部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度にまで上昇したと見なされる。
【００２８】
そして更に、制御信号生成部は、電力検出信号の信号レベルが基準レベルよりも低いとき、ファンの回転数を零とする。一方、電力検出信号の信号レベルが基準レベル以上であるときは、この電力検出信号の信号レベルが基準レベル以上になった直後から最初の所定時間だけ上記ファンをその最大回転数又はこれに近い回転数で回転させるのに必要な駆動電源を上記ファンに供給し、その後、ファンの回転数を上記電力検出信号の信号レベルと基準レベルとの差に応じた回転数とするように制御信号を生成する。
【００２９】
即ち、本請求項２に記載の発明は、電力検出信号の信号レベルによって電源装置内の温度を間接的に検出するものであり、これ以外については、請求項１に記載の発明と同様の作用を奏する。
【００３０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明のアーク溶接機用電源装置において、上記電力検出手段が、上記電源装置の出力電圧を検出してこの電圧に応じた電圧検出信号を出力する電圧検出手段と、上記電源装置の出力電流を検出してこの電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、これら電圧検出信号及び電流検出信号に所定の演算を施して得た信号、例えば両者を乗算して得た信号を上記電力検出信号として出力する演算 手段と、から成るものである。
【００３１】
即ち、この電源装置の出力電圧を検出する電圧検出手段と、出力電流を検出する電流検出手段とを設け、これら出力電圧と出力電流とを乗ずることによって、電源装置の出力電力、つまりは負荷の消費電力を求め、ひいては装置内の温度を間接的に検出する。
【００３２】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明のアーク溶接機用電源装置において、上記電力検出手段が、上記電源装置の出力電流を検出してこの電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段を備え、この電流検出信号を上記電力検出信号として出力するものである。
【００３３】
即ち、本請求項４に記載の発明によれば、電源装置の出力電流、即ち負荷電流を検出し、この検出によって得た電流検出信号を、電力検出信号としている。ここで、アーク溶接機は、所謂低電圧・大電流の負荷であるため、電源装置内の温度上昇は、主に負荷電流（電源装置の出力電流）の大きさに依存する。従って、このような場合には、負荷電流のみを捉えることによって、装置内の温度を検出することができる。
【００３４】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の発明のアーク溶接機用電源装置を、アーク溶断機に適用したものである。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電源装置の第１の実施の形態について、図１から図３を参照して説明する。図１は、本第１の実施の形態の概略構成を示す電気回路図である。同図に示すように、この電源装置は、入力端子１、１から入力された交流電源を入力側整流器２及び平滑コンデンサ３によって直流化し、これをインバータ４によって高周波交流に変換し、更に変圧器５で絶縁変圧した後、再度出力側整流器６によって直流化して出力端子７、７から出力させる部分については、上述した図６及び図７に示す従来技術と同様である。従って、この部分についての詳細な説明は省略する。
【００３６】
ところで、本第１の実施の形態の電源装置も、上記従来技術と同様に、装置内を冷却するためのファン８を有しているが、本第１の実施の形態が、上記従来技術と異なるところは、装置内の温度を検出し、その検出した温度に応じて上記ファン８の回転数を変化させるよう構成したところである。そのために、本第１の実施の形態の電源装置は、後述する制御信号に応じてファン８を駆動する駆動部１０と、装置内の温度を検出する温度検出器２０と、この温度検出器２０から出力される温度検出信号に応じてファン８を駆動するようその指令となる上述の制御信号を出力する制御部３０とを備えている。
【００３７】
即ち、駆動部１０には、入力端子１、１から入力された交流電源が供給されており、駆動部１０は、この供給された交流電源を上記制御信号に従って電圧可変の直流電源ＶＤ に変換し、この直流電源ＶＤによってファン８を駆動する。よって、ここでは、ファン８として、直流の駆動電源で動作する直流モータ構成のファンを使用している。なお、駆動部１０は、上記交流電源を直流電源ＶＤに変換するために、例えば上記交流電源を整流するダイオードブリッジ構成の整流回路と、この整流回路の出力に直列に接続されこの整流回路の出力を上記制御信号に従ってチョッピングする例えばサイリスタやトランジスタ或いはＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子から成るチョッパ回路と、このチョッパ回路の出力を平滑する例えば平滑リアクトル等から成る平滑回路と（いずれも図示せず）を有している。そして、上記チョッパ回路を構成する半導体スイッチング素子が、上記制御信号、例えばＰＷＭ制御パルスに従ってＯＮ／ＯＦＦ動作することによって、上記電圧可変の直流電源ＶＤがファン８に供給される。
【００３８】
一方、温度検出器２０は、例えばサーミスタやポジスタ、熱電対等を有しており、例えば装置内の温度に応じたレベルＶＳを有する直流の温度検出信号を出力して、これを制御部３０に供給する。なお、この温度検出器２０は、例えば上記ファン８による風の影響等を受けず、また各部品の性能や動作に影響を与えず、かつ装置内で最も高温になる場所、例えば入力側整流器２を構成するダイオードやインバータ４を構成する半導体スイッチング素子等の図示しない冷却用フィン等に取り付けられる。
【００３９】
上記温度検出器２０から温度検出信号が供給される制御部３０は、この供給された温度検出信号の信号レベルＶＳと予め定めた直流の基準電圧ＶＴＨとを比較して両者の差を求める比較器３１を有している。この比較器３１は、例えば差動増幅器によって構成されており、例えば温度検出信号の信号レベルＶＳが基準電圧ＶＴＨよりも低い場合には、その差に応じた負電圧レベルの直流信号を出力し、温度検出信号の信号レベルＶＳが基準電圧ＶＴＨ以上の場合には、その差に応じた正電圧レベルの直流信号を出力し、これをパルス生成部３３に供給する。
【００４０】
なお、上記基準電圧ＶＴＨとは、温度検出信号の信号レベルＶＳに対応する温度が、電源装置を構成する各部品に対して熱的ストレスを掛ける程の温度であるか否かを判断するための判断基準（しきい値）となるもので、例えば上述した冷却用フィンの温度が約４０℃のときの温度検出信号の信号レベルＶＳと略等価な電圧値とされている。従って、温度検出信号の信号レベルＶＳが基準電圧ＶＴＨよりも低いとき、即ち上記比較器３１の出力が負電圧レベルのときは、電源装置内の温度が各部品に対してそれほど大きな熱的ストレスを掛けない程度の比較的に低温状態にあると見なされる。一方、温度検出信号の信号レベルＶＳが基準電圧ＶＴＨ以上のとき、即ち上記比較器３１の出力が正電圧レベルであるときは、電源装置内の温度が各部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度にまで上昇したと見なされる。なお、制御部３０は、この基準電圧ＶＴＨを出力するための基準電源３２を有している。
【００４１】
上記比較器３１の出力が供給されるパルス生成部３３は、最低回転数設定用電源３４、回転数可変用電源３５及びパルス生成回路３６から成り、これらのうち、最低回転数設定用電源３４及び回転数可変用電源３５に対して上記比較器３１の出力がそれぞれ供給される。これら最低回転数設定用電源３４及び回転数可変用電源３５は、比較器３１の出力に応じて直流電圧を出力し、これをパルス生成回路３６に供給するもので、比較器３１の出力が負電圧レベルのときは最低回転数設定用電源３４からパルス生成回路３６に直流電圧が供給され、比較器３１の出力が正電圧レベルのときには回転数可変用電源３５からパルス生成回路３６に直流電圧が供給される。
【００４２】
即ち、最低回転数設定用電源３４については、例えば予め定めた正の直流電圧Ｖ０を出力する直流電源３４ａと、この直流電源３４ａの出力端子に接続されたアナログスイッチ３４ｂとによって構成されている。そして、上記比較器３１の出力に応じてアナログスイッチ３４ｂがＯＮ／ＯＦＦすることによって、直流電源３４ａの出力する上記直流電圧Ｖ０が、パルス生成回路３６に対して供給／非供給状態となる。
【００４３】
一方、回転数可変用電源３５は、上記比較器３１の出力レベルに応じて電圧可変の直流電圧を出力する所謂電圧制御型の電源装置で、比較器３１の出力が正電圧レベルであるとき、このレベルに応じた電圧で、かつ上記最低回転数設定用電源３４を構成する直流電源３４ａの出力電圧Ｖ０以上の電圧を有する直流電圧ＶＦを、上記パルス生成回路３６に供給する。なお、比較器３１の出力が負電圧レベルのときには、この回転数可変用電源３５は非出力状態となることについては、上述した通りである。
【００４４】
パルス生成回路３６は、上記最低回転数設定用電源３４又は回転数可変用電源３５から供給される直流電圧Ｖ０又はＶＦの電圧レベルに応じて駆動部１０に供給するＰＷＭ制御パルスを生成するもので、上記直流電圧Ｖ０又はＶＦの電圧レベルが高くなるにつれてファン８を高速で回転させるよう上記ＰＷＭ制御パルスのパルス幅を制御する。従って、パルス生成回路３６に対して最低回転数設定用電源３４から直流電圧Ｖ０が供給されているとき、即ち装置内の温度が各部品に対してそれほど大きな熱的ストレスを掛けない程度の比較的に低温状態にあるときに、ファン８の回転数が最低となる。そして、パルス生成回路３６に対して回転数可変用電源３５から直流電圧ＶＦが供給されているとき、即ち装置内の温度が各部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度にまで上昇したときは、ファン８は、上記直流電圧ＶＦの電圧レベル、即ち装置内の温度に応じた回転数で回転する。ただし、ファン８の回転数は、このファン８自体の定格回転数を最高回転数としており、よって、ここでは、ファン８の定格回転数に対応する直流電圧ＶＦの電圧レベルを、予めこの直流電圧ＶＦの上限値と定めている。
【００４５】
なお、この電源装置においても、上述した図７に示す従来技術と同様に、駆動部１０を介してファン８にその駆動電源を供給している。従って、入力端子１、１から入力される交流電源が上述した２００Ｖ系及び４００Ｖ系のいずれであっても、この交流電源の電圧値に応じて上記ＰＷＭ制御パルスのパルス幅を制御することによって、上記両方の入力電源系に対応することができる。そして、上記パルス生成部３３が、特許請求の範囲に記載の制御信号生成部に対応する。
【００４６】
次に、上記のように構成された電源装置を例えばアーク溶接機に使用した場合の動作について、図２を参照して説明する。なお、同図（ａ）は、横軸を時間ｔ軸とし、縦軸を時間ｔにおける電源装置内の温度Ｔ軸とするグラフで、同図（ｂ）は、縦軸を時間ｔにおけるファン８の駆動電源電圧ＶＤ 軸とするグラフ、同図（ｃ）は、縦軸を時間ｔにおけるファン８の回転数Ｎ軸とするグラフである。
【００４７】
例えば、今、未だ電源装置の入力端子１、１に交流電源が投入されていないものとする。この状態においては、装置内の温度Ｔは、図２（ａ）における時刻ｔ０乃至ｔ１の範囲に示すように、室温である。
【００４８】
ここで、時刻ｔ１において、入力端子１、１に交流電源を投入したとする。これによって、温度検出器２０が装置内の温度検出を開始する。ただし、負荷が動作していない場合（即ちアークが未発生の場合）には、各部品は殆ど発熱しないので、装置内の温度Ｔは略室温のままである。従って、この状態においては、温度検出器２０から出力される温度検出信号の信号レベルＶＳは、略室温に対応するレベルであり、基準電圧ＶＴＨよりも小さい（ＶＳ＜ＶＴＨ）。よって、これらを比較する比較器３１は、負電圧レベルの直流信号を出力し、これによって最低回転数設定用電源３４の出力する直流電圧Ｖ０がパルス生成回路３６に供給される。従って、パルス生成回路は、上記直流電圧Ｖ０によって決まる駆動電圧ＶＤの最小値ＶＤＭＩＮに応じてファン８を最低回転数ＮＭＩＮで一定回転させるように、駆動部１０に供給するＰＷＭ制御パルスのパルス幅を制御する。
【００４９】
次に、時刻ｔ２において、負荷を動作させた（即ちアークを発生させた）とする。これによって、各部品が発熱し始め、この発熱が上記最低回転数ＮＭＩＮで回転しているファン８によっては抑えきれない程度になると、装置内の温度Ｔが次第に上昇する。ここで、温度検出信号の信号レベルＶＳが、基準電圧ＶＴＨよりも小さい場合には、上記のように比較器３１からは負電圧レベルの直流信号が出力されるので、ファン８の駆動電圧ＶＤ は最小値ＶＤＭＩＮのままであり、即ちファン８の回転数Ｎは最低回転数ＮＭＩＮのままである。
【００５０】
そして、上記温度上昇が続いて、時刻ｔ３において、装置内の温度Ｔが、基準電圧ＶＴ Ｈに対応する温度ＴＴＨ、例えばＴＴＨ＝４０℃に到達すると、比較器３１は正電圧レベルの直流信号を出力する。これによって、パルス発生回路３６には、最低回転数設定用電源３４からの直流電圧Ｖ０に代えて、回転数可変用電源３５から上記比較器３１の出力信号の電圧レベルに応じた直流電圧ＶＦが供給される。従って、パルス生成回路３６は、上記直流電圧ＶＦの電圧レベルに応じて、即ち電源装置内の温度Ｔの上昇に応じてファン８の回転数Ｎを略連続的に上げるように、駆動部１０に供給するＰＷＭ制御パルスのパルス幅を制御してファン８の駆動電圧ＶＤを上げていく。
【００５１】
更に、装置内の温度Ｔが上昇して、上記直流電圧ＶＦの電圧レベルが上述した上限値に到達すると、ファン８の駆動電圧ＶＤも上記上限値に対応する最大値ＶＤＭＡＸとなる。これによってファン８は、定格回転数ＮＭＡＸで回転し、それ以上高速で回転しない。ただし、装置内の温度Ｔについては、暫く上昇し続けた後、ファン８の定格回転数ＮＭＡＸによる冷却能力に応じた温度ＴＣに落ち着く（時刻ｔ４以降）。
【００５２】
そして、時刻ｔ５において、負荷の動作を停止すると、装置内の温度Ｔが下がり始める。そして、この温度Ｔが、上記定格回転数ＮＭＡＸ以下の回転数でも十分に冷却し得る温度にまで下がると、この温度Ｔの変化に応じてファン８の駆動電圧ＶＤも下がり始め、これによってファン８の回転数Ｎも下がり始める。
【００５３】
更に、装置内の温度Ｔが下がり続けて、時刻ｔ６において、Ｔ＝ＴＴＨ＝４０℃にまで下がると、比較器３１の出力は再度負電圧レベルとなる。これによって、パルス生成回路３６には、再度、最低回転数設定用電源３４から直流電圧Ｖ０が供給される。従って、駆動部１０からファン８に供給される駆動電圧ＶＤは、再度、最小値ＶＤＭＩＮとなり、ファン８は最低回転数ＮＭＩＮで回転する。
【００５４】
そして、時刻ｔ７において、装置内の温度Ｔは、上記最低回転数ＮＭＩＮによって決まる温度、例えば室温になり、上述した時刻ｔ１乃至ｔ２における状態と等価な状態となる。
【００５５】
上記のように、本第１の実施の形態によれば、装置内の温度Ｔに応じてファン８の回転数を変化させている。従って、装置内の温度状況に係わらず常に定格回転数でファン８を回転させるという上述した従来技術に比べて、非常に経済的であり、即ち省エネルギ化を実現できる。
【００５６】
また、この電源装置を、上記アーク溶接機等のように屋外で使用することの多い装置に用いた場合、ファン８によって装置内に吸い込まれるチリやホコリ等の量を、上記従来技術よりも少なくすることができる。従って、上記チリやホコリ等の付着による各構成部品の冷却能力の低下や絶縁劣化等を、上記従来技術よりも抑制することができる。
【００５７】
更に、ファンの回転音についても、上記従来技術に比べて抑制されるので、本技術は、事務所等の比較的に静かな室内環境等で使用される場合にも、非常に有効である。
【００５８】
なお、本第１の実施の形態においては、装置内の温度Ｔに応じてファン８の回転数ＮをＮＭＩＮ乃至ＮＭＡＸまで略連続的に変化させたが、例えば３段階、４段階、５段階・・・というように、段階的に変化させてもよい。
【００５９】
また、温度検出信号の信号レベルＶＳと基準電圧ＶＴＨとを比較する比較器３１については、その比較結果（出力信号）を安定させるために、若干のヒステリシス特性も持たせてもよい。
【００６０】
そして、単相交流電源を入力電源とする電源装置について説明したが、本技術は、３相交流電源を入力電源とする電源装置についても適用できることは言うまでもない。また、アーク溶接機と同様の低電圧・大電流負荷であるアーク溶断機にも、本技術を適用することができる。更に、参考までに、蓄電器用充電器、通信機器、或いはめっき装置等の比較的に負荷容量の大きい装置にも、本技術を適用することができる。
【００６１】
また、強制冷却手段としてファン８を用いた場合について説明したが、例えば水冷式における循環ポンプや、電子冷却式におけるペルチェ素子等の駆動制御にも、本技術を適用できる。この場合も、装置内の温度Ｔに応じた強制冷却を行うことができ、ひいては省エネルギ化を実現できるという効果を奏する。
【００６２】
そして、温度検出器２０の出力に応じてファン８の回転数を変化させる制御部３０の構成については、これと同様の作用を奏するのであれば、上述した構成に限らない。
【００６３】
また、ファン８を駆動する駆動部１０については、これを、ダイオードブリッジ構成の整流回路と、その整流出力をチョッピングするチョッパ回路と、そのチョッパ出力を平滑する平滑回路とを組み合わせることによって構成したが、これに限らない。例えば、入力端子１、１からの交流電源を入力とし、上述したＰＷＭ制御パルスに従ってＯＮ／ＯＦＦ動作することによって上記交流電源から電圧可変の整流出力を得るサイリスタ純ブリッジ整流回路等の所謂位相制御整流器と、この整流器の出力を平滑する例えば平滑リアクトル等から成る平滑回路と、を組み合わせる等、他の回路構成によって駆動部１０を実現してもよい。
【００６４】
そして、ファン８として、直流電源を駆動電源とする直流モータ構成のファンを使用したが、交流電源を駆動電源とするインダクションモータ構成の所謂交流ファンを使用してもよい。ただし、上述した駆動部１０は、入力端子１、１から入力された交流電源を直流に変換し、この変換して得た直流電源をファン８に供給するものなので、ファン８として交流ファンを使用する場合には、例えば上記駆動部１０にインバータを設け、このインバータによって上記直流電源を再度交流に変換した電源をファン８に供給するように構成する。
【００６５】
更に、装置内の温度Ｔが、それほど高温でないとき、即ちＴ≦ＴＴＨのときは、最低回転数設定用電源３４を構成する直流電源３４ａの直流電圧Ｖ０によって決まる駆動電圧ＶＤの最小値ＶＤＭＩＮに応じてファン８を最小回転数ＮＭＩＮで回転させるように構成したが、ファン８を停止させるよう構成してもよい。即ち、装置内の温度ＴがＴ≦ＴＴＨの状態においては、強制冷却が必要ないものとし、例えば図３（ａ）乃至図３（ｃ）に示すように、ファン８の駆動電圧ＶＤをＶＤ＝０として、ファン８を停止させる。このように、強制冷却を必要としないときにファン８を停止させることによって、上述した効果がより顕著となる。
【００６６】
なお、上記動作を実現するには、比較器３１の出力が負電圧レベルのとき、即ちパルス生成回路３６に上記最低回転数設定用電源３４から直流電圧Ｖ０が供給されたときに、ファン８を停止させるよう上記パルス生成回路３６を構成すればよい。或いは、上記最低回転数設定用電源３４を設けずに、回転数可変用電源３５のみを設け、比較器３１の出力が負電圧レベルのとき、即ちパルス生成回路３６に何ら直流電圧が供給されていないときにはファン８を停止させるように上記パルス生成回路３６を構成すればよい。
【００６７】
ただし、ファン８が停止状態にあり、この状態からファン８を徐々に回転させる際、ファンモータの最大摩擦力によって、ファン８がスムーズに回転しない（立ち上がらない）ことがある。そこで、例えば図３（ｄ）に示すように、ファン８の立ち上げ時に、最初の短時間ｔＳ、例えばｔＳ＝１乃至１０秒程度だけ、ファン８に対して駆動電圧ＶＤの最大値ＶＤＭＡＸ又はこれに近い値の電圧を供給することによって、ファン８の立ち上げをスムーズにすることができる。なお、これを実現するには、例えば、比較部１４の出力が負電圧レベルから正電圧レベルに切り替わる際に、上記時間ｔＳの間だけ比較部１４の出力レベルが最大になるか又はこれに近いレベルになるように、この比較部１４を構成すればよい。
【００６８】
次に、本発明に係る電源装置の第２の実施の形態について、図４を参照して説明する。なお、この第２の実施の形態の電源装置は、上述した第１の実施の形態における駆動部１０に代えて、上述した図７の従来技術における冷却用インバータ１０９と同様の回路構成のインバータ９を設け、このインバータ９を制御部３０で制御するよう構成したものである。この構成は、特に、ファン８として、インダクションモータ構成の交流ファンを使用する場合に適するもので、ここでは、ファン８として上記交流ファンを用いるものとする。なお、これ以外の構成については、上述した第１の実施の形態と同様であるので、同等部分には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６９】
即ち、上記インバータ９は、例えばサイリスタやトランジスタ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子のブリッジ回路で構成されており、このインバータ９には、入力端子１、１から入力された交流電源を入力側整流器２及び平滑コンデンサ３によって直流化した直流電源が供給されている。そして、制御部３０（パルス生成回路３６）から出力されるＰＷＭ制御パルスに応じて、上記各半導体スイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦ動作する。これによって、このインバータ９に供給された上記直流電源は、装置内の温度Ｔに応じた電圧レベルで、かつ周波数が６０Ｈｚ乃至６６Ｈｚ程度の交流電源に変換され、この交流電源がファン８の駆動電源となる。
【００７０】
従って、上述した図１に示す第１の実施の形態においてファン８として交流ファンを使用する場合には、図１における駆動部１０に対して更にインバータを設ける必要があったが、本第２の実施の形態によれば、上記インバータ９のみでよいので、装置構成が上記第１の実施の形態よりも簡単である。なお、本第２の実施の形態においても、この電源装置自体の入力電源が２００Ｖ系及び４００Ｖ系のいずれであっても、上記インバータ９に供給するＰＷＭ制御パルスのパルス幅を制御することによって、上記両方の入力電源系に対応できることについては言うまでもない。
【００７１】
次に、本発明に係る電源装置の第３の実施の形態について、図５を参照して説明する。本第３の実施の形態は、装置内の温度が、負荷の消費電力と相関関係があることに着目したもので、負荷の消費電力の大きさに応じてファン８の回転数Ｎを変化させるよう構成したものである。そこで、これを実現するために、本第３の実施の形態は、上述した第１の実施の形態における温度検出器２０に代えて、出力端子７、７間の出力電圧を検出してその電圧値に応じた電圧検出信号を出力する電圧検出器５１と、出力端子７、７から出力される出力電流を検出してその電流値に応じた電流検出信号を出力する電流検出器５２とを設けている。そして、上記電圧検出信号及び電流検出信号を乗算してその乗算結果、即ち負荷の消費電力に応じた電力検出信号を出力する乗算器５３を設け、この乗算器５３から出力される電力検出信号の信号レベルＶＬ と、基準電源３１の基準電圧ＶＴＨとを、比較器３２によって比較するよう構成したものである。
【００７２】
なお、本第３の実施の形態においては、上記基準電圧ＶＴＨは、電源装置内の温度と相関のある上記電力検出信号の信号レベルＶＬによって、装置内の温度が各部品に対して大きな熱的ストレスを掛ける程度の温度であるか否かを判断するための判断基準（しきい値）となる。従って、ここでは、基準電圧ＶＴＨとして、例えば上述の冷却用フィンの温度が約４０℃になったときの上記電力検出信号の信号レベルＶＬと略等価な電圧値が設定されている。これ以外の構成については、図１と同様であるので、同等部分には同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００７３】
即ち、本第３の実施の形態によれば、装置内の温度と相関のある負荷の消費電力を捉えることによって、装置内の温度を間接的に検出し、これに応じてファン８の回転数を変化させている。従って、上述した第１の実施の形態と同様の作用及び効果を奏する。
【００７４】
ところで、装置内の温度は、上記負荷の消費電力が変化することによって変化するので、この負荷の消費電力の変化、即ち乗算器５３が出力する電力検出信号の信号レベルＶＬ の変化を捉えることによって、装置内の温度の変化を実際の温度変化よりも早めに検出することができる。従って、上述した第１の実施の形態に比べて、装置内の温度変化に対して素早い応答（冷却）を実現できる。
【００７５】
なお、本第３の実施の形態においては、負荷の消費電力を捉えることによって装置内の温度を間接的に検出したが、これに限らない。即ち、アーク溶接機は低電圧・大電流の負荷であるので、装置内の温度上昇は、主に負荷電流（電源装置の出力電流）の大きさに依存する。従って、電流検出器５２が出力する電流検出信号によって負荷電流を捉え、この負荷電流のみに応じてファン８の回転数を制御するよう構成してもよい。このように構成することによって、上述した電圧検出器５１や乗算器５３を省略することができ、装置構成を簡素化できる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明のうち請求項１に記載の発明のアーク溶接機用電源装置によれば、強制冷却をあまり必要としないときにはファンを停止させ、強制冷却を必要とするときには装置内の温度に応じた回転数でファンを回転させている。従って、装置内の温度状況に係わらず常に最大能力で強制冷却を行うという上述した従来技術に比べて、非常に経済的であり、即ち省エネルギ化を実現できるという効果がある。
【００７７】
また、この電源装置を、例えば屋外で使用する場合は、ファンによって装置内に吸い込まれるチリやホコリ等の量を、上記従来技術よりも少なくすることができる。よって、上記チリやホコリ等の付着による各構成部品の冷却能力の低下や絶縁劣化等を、上記従来技術よりも抑制できるという効果がある。
【００４８】
更に、ファンの回転音についても、上記従来技術に比べて抑制されるので、例えば事務所等の比較的に静かな室内環境等で使用する場合にも、非常に有効である。
【００７９】
そして更に、ファンが停止状態にあり、この状態からファンを徐々に回転させるとき、即ちファンに対して最大摩擦力が掛かるとき、ファンに対して最初の数秒程度の短い時間だけ大電力を供給して、ファンの立ち上げを付勢している。従って、ファンの立ち上げをスムーズに行うことができるという効果がある。
【００８０】
請求項２に記載の発明によれば、負荷の消費電力を検出することによって、装置内の温度を間接的に求め、これに応じてファンの回転数を変化させている。従って、上記請求項１に記載の発明と同様な効果を奏する。更に、負荷の消費電力の変化は、装置内の実際の温度変化よりも速いので、上記負荷の消費電力に応じて強制冷却を行う本請求項２に記載の発明によれば、装置内の実際の温度変化に応じて強制冷却を行う請求項１に記載の発明に比べて、装置内の温度変化に対して素早い応答を実現できるという効果がある。そして、請求項１に記載の発明と同様、ファンをスムーズに立ち上げることができるという効果も発揮する。
【００８１】
請求項３に記載の発明によれば、電源装置の出力電圧と出力電流とを検出し、これらを互いに乗ずることによって、負荷の消費電力を求め、ひいては装置内の温度を間接的に検出している。従って、上記請求項２に記載の発明と同様の効果を奏する。
【００８２】
請求項４に記載の発明は、電源装置の出力電流、即ち負荷電流を検出し、この負荷電流のみから装置内の温度を求めるもので、負荷が低電圧・大電流のアーク溶接機であるからこそ、適用できる。即ち、電源装置の出力電圧と出力電流とを検出しこれらを互いに乗算することによって負荷の消費電力を求めるという上記請求項３に記載の発明とは異なり、電源装置の出力電圧を検出する手段や、この出力電圧と出力電流とを乗算する手段を省略できるので、装置構成を簡素化できるという効果がある。
【００８３】
請求項５に記載の発明によれば、アーク溶接機と同様の低電圧・大電流負荷であるアーク溶断機に適用した場合にも、請求項１ないし４に記載の発明と同様の効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る電源装置の第１の実施の形態の概略構成を示す電気回路図である。
【図２】 同実施の形態における種々の状態変化を表すグラフで、（ａ）は装置内の温度変化、（ｂ）はファンの駆動電圧、（ｃ）はファン回転数の変化を表すグラフである。
【図３】 同実施の形態の別の例における種々の状態変化を表すグラフで、（ａ）は装置内の温度変化、（ｂ）はファンの駆動電圧、（ｃ）はファン回転数の変化を表すグラフである。
【図４】 本発明に係る電源装置の第２の実施の形態の概略構成を示す電気回路図である。
【図５】 本発明に係る電源装置の第３の実施の形態の概略構成を示す電気回路図である。
【図６】 従来の電源装置の概略構成を示す電気回路図である。
【図７】 上記図６とは別の従来の電源装置の概略構成を示す電気回路図である。
【符号の説明】
２ 入力側整流器（発熱部品）
４ インバータ（発熱部品）
８ ファン
１０ 駆動部
２０ 温度検出器
３０ 制御部
Claims (5)
- 構成要素に発熱部品を有しており、これを冷却するための冷却ファンを備えたアーク溶接機用電源装置において、
制御信号に応じて上記ファンを駆動する駆動部と、上記電源装置内の温度を検出してこの温度に応じた温度検出信号を出力する温度検出手段と、上記温度検出信号に応じて上記ファンの回転数を変化させる状態に上記制御信号を出力する制御部と、を具備し、
上記制御部は、上記温度検出信号の信号レベルと予め定めた基準レベルとを比較する比較部と、この比較部による比較結果に基づいて上記制御信号を生成する制御信号生成部と、を備え、
上記制御信号生成部は、上記温度検出信号の信号レベルが上記基準レベルよりも低いとき、上記ファンの回転数を零とし、上記温度検出信号の信号レベルが上記基準レベル以上であるとき、上記温度検出信号の信号レベルが上記基準レベル以上になった直後から最初の所定時間だけ上記ファンをその最大回転数又はこれに近い回転数で回転させるのに必要な駆動電源を上記ファンに供給し、その後、上記ファンの回転数を上記温度検出信号の信号レベルと上記基準レベルとの差に応じた回転数とするように上記制御信号を生成すること、
を特徴とするアーク溶接機用電源装置。 - 構成要素に発熱部品を有しており、これを冷却するための冷却ファンを備えたアーク溶接機用電源装置において、
制御信号に応じて上記ファンを駆動する駆動部と、上記電源装置の出力電力を検出してこの電力に応じた電力検出信号を出力する電力検出手段と、上記電力検出信号に応じて上記ファンの回転数を変化させる状態に上記制御信号を出力する制御部と、を具備し、
上記制御部は、上記電力検出信号の信号レベルと予め定めた基準レベルとを比較する比較部と、この比較部による比較結果に基づいて上記制御信号を生成する制御信号生成部と、を備え、
上記制御信号生成部は、上記電力検出信号の信号レベルが上記基準レベルよりも低いとき、上記ファンの回転数を零とし、上記電力検出信号の信号レベルが上記基準レベル以上であるとき、上記電力検出信号の信号レベルが上記基準レベル以上になった直後から最初の所定時間だけ上記ファンをその最大回転数又はこれに近い回転数で回転させるのに必要な駆動電源を上記ファンに供給し、その後、上記ファンの回転数を上記電力検出信号の信号レベルと上記基準レベルとの差に応じた回転数とするように上記制御信号を生成すること、
を特徴とするアーク溶接機用電源装置。 - 上記電力検出手段は、上記電源装置の出力電圧を検出してこの電圧に応じた電圧検出信号を出力する電圧検出手段と、上記電源装置の出力電流を検出してこの電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段と、これら電圧検出信号及び電流検出信号に所定の演算を施して得た信号を上記電力検出信号として出力する演算手段と、から成る、請求項２に記載のアーク溶接機用電源装置。
- 上記電力検出手段は、上記電源装置の出力電流を検出してこの電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出手段を備え、上記電流検出信号を上記電力検出信号として出力する、請求項２に記載のアーク溶接機用電源装置。
- アーク溶断機に適用される、請求項１ないし４のいずれかに記載のアーク溶接機用電源装置。
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