WO2020095501A1 - インバータ電源装置 - Google Patents

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WO2020095501A1
WO2020095501A1 PCT/JP2019/031519 JP2019031519W WO2020095501A1 WO 2020095501 A1 WO2020095501 A1 WO 2020095501A1 JP 2019031519 W JP2019031519 W JP 2019031519W WO 2020095501 A1 WO2020095501 A1 WO 2020095501A1
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power supply
rectifying element
voltage
diodes
supply device
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吉彦 落合
進一 佐藤
本章 渕脇
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電元社トーア株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an inverter power supply device having a measuring function for measuring deterioration of a rectifying element such as a diode.
  • the inverter type resistance welding machine includes an inverter power supply device and an inverter transformer, and the inverter transformer has a diode stack (a unit in which two or more diodes are combined) for rectifying a welding current.
  • the diode stack provided in the inverter transformer is easily deteriorated because a large welding current is applied during spot welding.
  • the progress of deterioration of the diode stack differs depending on individual performance, usage environment, usage frequency, welding conditions, etc.
  • a resistance welding machine arranged on a manufacturing line of a factory if the diode stack fails due to unexpected deterioration, it takes time to replace the diode stack, and the manufacturing line must be stopped. Therefore, it is important to regularly check the progress of deterioration of the diode stack in order to prevent the production line from being stopped.
  • the present invention has been made to solve these problems, and an object thereof is to provide an inverter power supply device having a measurement function for measuring deterioration of a rectifying element such as a diode.
  • the inverter power supply device for achieving the above object is a power supply for applying a gradually increasing reverse voltage to a rectifying element, and a current value of a current flowing through the rectifying element when the reverse voltage is applied. And a current detection unit that detects the current value, and if the detected current value is larger than the determination current value for determining the deterioration of the rectifying element, it is determined that the rectifying element is deteriorated, and if it is smaller, the rectifying element is not deteriorated. And a control unit for judging.
  • the deterioration of the rectifying element is judged based on the current value of the current flowing when the reverse voltage is applied to the rectifying element, so that the progress of the deterioration of the rectifying element can be easily measured.
  • the degree of progress of deterioration of the rectifying element can be known, preventive maintenance of the rectifying element becomes possible, and planned maintenance becomes possible.
  • the inverter power supply itself has the measurement function to measure the deterioration of the rectifying element, if the circuit that applies the voltage from the power supply to the rectifying element can be automatically formed, it can be automatically operated during the production line operation. Therefore, periodical measurement can be performed.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the operation flowchart of FIG. 6.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a welding robot including the inverter power supply device of the present embodiment.
  • the inverter power supply device 100 has a function of measuring the degree of progress of deterioration of the diodes 172 and 174 of the diode stack 170 of the inverter transformer 160 included in the welding robot (welding gun 210 in the figure) that functions as a resistance welding machine.
  • the inverter power supply device 100 includes a rectifying unit 105, a switching unit 110, and an A contact relay 115.
  • the A-contact relay 115 is connected to the primary winding 164 of the inverter transformer 160.
  • the inverter power supply device 100 includes a step-down stabilizing unit 120, an insulation amplifier 130, an inverter control unit 140 that functions as a control unit, an A contact relay 145, a switching unit 150, and a B contact relay 155 that works in conjunction with the A contact relay 145.
  • the B-contact relay 155 is a relay for monitoring the voltage between electrodes, which is used when measuring the voltage between the electrodes 220.
  • the inverter transformer 160 has a diode stack 170.
  • the diode stack 170 includes two diodes 172 and 174.
  • the diodes 172 and 174 are connected to the secondary winding 162 of the inverter transformer 160.
  • the inverter transformer 160 is incorporated in the welding gun 210 of the welding robot and supplies a welding current between the electrodes 220 of the welding gun 210.
  • the inverter transformer 160 generates an AC welding current, and the diodes 172 and 174 of the diode stack 170 convert the AC welding current into a DC welding current.
  • the DC welding current is supplied to the steel plate (not shown) that is pressed between the electrodes 220, and the steel plate is spot-welded by the electrodes 220.
  • the rectifying unit 105 is connected to a three-phase commercial power source, converts, for example, a three-phase 50 Hz alternating current into a direct current, and supplies power to all the constituent elements of the inverter power supply device 100.
  • the switching unit 110 is switched by a switching signal output from the inverter control unit 140 and outputs a welding current according to the welding condition.
  • the switching unit 150 switches between a normal mode for supplying a welding current to the welding gun 210 and a measurement mode for determining deterioration of the diodes 172, 174 of the diode stack 170. Switching between the normal mode and the measurement mode is performed by the inverter control unit 140.
  • the switching unit 150 also turns on / off the A-contact relay 115.
  • the inverter control unit 140 switches the switching unit 110, and the switching unit 150 turns on the A contact relay 115 to turn on the switching unit 110 and the primary winding of the inverter transformer 160. 164 is connected to supply welding current to the primary winding 164.
  • the switching unit 150 turns off the A contact relay 115 to disconnect the switching unit 110 and the primary winding 164 of the inverter transformer 160. Further, the switching unit 150 turns on the A contact relay 145 and turns off the interlocking B contact relay, supplies the direct current of the rectifying unit 105 to the step-down stabilizing unit 120, and causes the isolation amplifier 130 to function.
  • the step-down stabilizing unit 120 and the isolation amplifier 130 functioning as a current detecting unit stop functioning, while when the mode is switched to the measurement mode, the step-down stabilizing unit 120 is stopped. 120 and isolation amplifier 130 activate the function.
  • the step-down stabilizing unit 120 is a power source that uses the voltage supplied from the rectifying unit 105 and applies a constant voltage or a gradually increasing reverse voltage Va to the diodes 172 and 174 that are rectifying elements. In this case, although not shown, the step-down stabilizing section 120 and the electrode 220 of the welding gun 210 need to be electrically connected.
  • the step-down stabilizing unit 120 may increase the reverse voltage applied to the diodes 172 and 174 at a constant voltage or in a stepwise manner. The voltage is programmed to rise from the voltage of the next stage to the voltage of the next stage over a certain period of time.
  • the maximum voltage of the reverse voltage applied to the diodes 172 and 174 by the step-down stabilizing unit 120 is the reverse voltage of the diodes 172 and 174 so that the diodes 172 and 174 are not damaged even if they are applied to the deteriorated diodes 172 and 174.
  • the voltage is between 20 and 60% of the breakdown voltage.
  • the step-down stabilizing unit 120 is programmed so that the reverse voltage of 120V to 360V or higher is not applied to the diodes 172 and 174.
  • the reverse voltage applied to the diodes 172 and 174 is most preferably 20 to 60% of the reverse breakdown voltage of the diodes 172 and 174, but may be 2 to 90%.
  • the isolation amplifier 130 converts the current (leakage current: also referred to as IRD) flowing through the diodes 172 and 174 into a voltage by the reverse voltage applied to the diodes 172 and 174 by the step-down stabilizing unit 120.
  • a resistor (not shown) for converting a current flowing through the diodes 172 and 174 into a voltage is built in the isolation amplifier 130.
  • the isolation amplifier 130 is an amplifier that insulates the input side (power supply side) and the output side (control unit side) from each other.
  • the voltage Va and the voltage Vb between the terminals of the resistor are output.
  • the isolation amplifier 130 functions as a current detection unit that detects the current value of the current flowing through the diodes 172 and 174 when the step-down stabilizing unit 120 applies the reverse voltage to the diodes 172 and 174. ..
  • the isolation amplifier 130 includes a resistor connected in series to the diodes 172 and 174, and uses the terminal voltage Vb of the resistor, which is generated by the current flowing through the resistor, to use the current value of the current flowing to the diodes 172 and 174. To detect.
  • the isolation amplifier 130 may be a voltmeter that detects the terminal voltage of a built-in resistor. Alternatively, the isolation amplifier 130 may be omitted and the measurement may be performed directly by an ammeter. At this time, a worker in the field may judge the degree of progress of deterioration of the diodes 172 and 174 based on the values of the voltmeter and the ammeter.
  • the inverter control unit 140 stores a judgment current value for judging deterioration of the diodes 172, 174.
  • the judgment current value is set according to the electrical characteristics of the diodes 172 and 174 immediately before the damage. For example, a large number of reverse-direction resistance values of the diodes 172 and 174 immediately before being damaged are measured, the resistance values are accumulated, a judgment current value is calculated with reference to the accumulated resistance value, and the calculated judgment current value is calculated. Is stored in the inverter control unit 140. It is known that a rectifying element such as the diodes 172 and 174 has a larger current when a reverse voltage is applied as the deterioration progresses.
  • the current value of 1 mA or less may exceed 100 mA due to deterioration of the diodes 172 and 174.
  • the diodes 172 and 174 having a current value exceeding 100 mA will be damaged within a few days.
  • the determination current value can be obtained by dividing the maximum voltage of the reverse voltage applied by the step-down stabilizing unit 120 by the resistance value Rinv of the diode.
  • the determination current value is set to a value slightly smaller than the value thus obtained in order to increase the reliability of the determination of the progress degree of deterioration of the diodes 172 and 174.
  • the inverter control unit 140 also includes a program for comparing the current value of the current flowing through the diodes 172 and 174 with the stored determination current value. The inverter control unit 140 determines that the diodes 172 and 174 are deteriorated if the current value of the current flowing through the diodes 172 and 174 is larger than the determination current value. If the current value of the current flowing through the diodes 172 and 174 is smaller than the determination current value, it is determined that the diodes 172 and 174 have not deteriorated.
  • the diode stack 170 is formed of a metal body having good conductivity and thermal conductivity, such as copper, and the diodes 172 and 174 are sandwiched by the metal body.
  • the diodes 172 and 174 are connected to the secondary winding 162 of the inverter transformer 160 shown in FIG. Since the diodes 172 and 174 supply the welding current having a large current value to the electrode 220 of the welding gun 210, they generate heat and become hot. Since the diodes 172 and 174 are damaged at high temperatures, a cooling water passage 176 through which cooling water flows is arranged in the diode stack 170 as shown in the drawing. By circulating the cooling water through the cooling water passage 176 through the manifold 178, the temperatures of the diode stack 170 and the diodes 172, 174 are adjusted to temperatures suitable for operation.
  • the manifold 178 is provided with a water supply valve (not shown), and when the switching unit 150 is switched to the normal mode, the water supply valve is turned on to allow the cooling water to flow through the cooling water passage 176. On the other hand, when the switching unit 150 is switched to the measurement mode, the water supply valve is turned off, air is supplied, and the cooling water is removed from the cooling water passage 176.
  • the inverter control unit 140 controls the on / off of the water supply valve.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the inverter power supply device of the present embodiment in the normal mode.
  • FIG. 4 is an operation flowchart of the inverter power supply device of this embodiment in the normal mode.
  • the switching unit 150 When the switching unit 150 switches to the normal mode, the switching unit 150 turns on the A contact relay 115 and turns off the A contact relay 145. Therefore, the switching unit 110 and the primary winding 164 of the inverter transformer 160 are connected, while the step-down stabilizing unit 120 and the isolation amplifier 130 stop their functions.
  • the welding robot grips the work with the electrode 220 of the welding gun 210 (S100).
  • the inverter control unit 140 applies a predetermined welding current between the electrodes 220 (S101).
  • the inverter control unit 140 switches the switching unit 110 to generate an alternating current determined by the rectifying unit 105, and supplies the alternating current to the primary winding 164 of the inverter transformer 160.
  • the inverter transformer 160 reduces the primary voltage of the primary winding 164 by the secondary winding 162 and supplies the reduced secondary voltage to the diodes 172 and 174 of the diode stack 170.
  • the diodes 172, 174 supply the rectified welding current between the electrodes 220 of the welding gun 210 to weld a steel plate which is a work. At this time, in the diode stack 170, the cooling water flows in the cooling water passage 176, so that the heat generation of the diodes 172 and 174 is suppressed.
  • the inverter control unit 140 determines whether or not the welding of all the defined welding points is completed (S102). If the welding of all the welding points is not completed (S102: NO), the process returns to the step of S100 to weld the next welding point. When the welding of all the welding points is completed (S102: YES), the welding work is ended.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the inverter power supply device of the present embodiment in the measurement mode.
  • FIG. 6 is an operation flowchart of the inverter power supply device of this embodiment in the measurement mode.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the operation flowchart of FIG.
  • the switching unit 150 when the switching unit 150 switches to the measurement mode, the switching unit 150 turns off the A contact relay 115 and turns on the A contact relay 145. Therefore, the switching unit 110 and the primary winding 164 of the inverter transformer 160 are disconnected, and the step-down stabilizing unit 120 and the output terminal 180 are connected. Further, the inverter control unit 140 stops the cooling water flowing in the cooling water passage 176 of the diode stack 170 and supplies air to remove the cooling water from the cooling water passage 176. This is because if the cooling water is removed, the progress of deterioration of the diodes 172, 174 of the diode stack 170 can be measured more accurately without being affected by the cooling water.
  • the output terminal 180 of the inverter power supply device 100 and the electrode 220 are connected by a measurement line 230 so that the voltage of the step-down stabilizing unit 120 is applied to the two electrodes 220 of the welding gun 210. To do.
  • the voltage from the step-down stabilizing unit 120 is applied as a reverse voltage to the diodes 172 and 174 of the diode stack 170.
  • the measurement line 230 between the output terminal 180 and the electrode 220 may be connected by a worker on site, but the rod-shaped terminal connected to the output terminal 180 is sandwiched between the electrodes 220 by the welding robot. The progress of deterioration of the diodes 172 and 174 may be automatically measured.
  • the step-down stabilizing unit 120 uses the DC voltage rectified by the rectifying unit 105 to apply a reverse DC voltage to the diodes 172 and 174 at a constant voltage or in steps.
  • the voltage is raised and applied (S200).
  • the step-down stabilizing unit 120 gradually increases the reverse voltage Va applied to the diodes 172 and 174, as shown by the solid line in FIG.
  • the step-down stabilizing unit 120 first applies V1 as a reverse voltage, then V2, and finally V3 to the diodes 172 and 174.
  • the voltage is increased by 50V in three steps, but the voltage may be increased through a constant voltage, two steps, or four or more steps. The reason why the temperature is gradually increased in this way is that even if the diodes 172 and 174 are significantly deteriorated, the progress of deterioration of the diodes 172 and 174 can be measured without damaging the diodes 172 and 174. Is.
  • the step-down stabilizing unit 120 first applies V1 as a reverse voltage to the diodes 172 and 174, and then when V2 is applied, rather than suddenly increasing from V1 to V2, as shown in FIG. It has risen over the period from T3 to T3.
  • the voltage is increased from V1 to V2 linearly, but it may be curved instead of linearly. The same applies to the voltage rise from 0 to V1 and V2 to V3.
  • the rising speed of the voltage from V1 to V2 may not be the same as the rising speed of the voltage from 0 to V1 or the rising speed of the voltage from V2 to V3, for example.
  • the voltage of the present stage is increased to the voltage of the next stage over a certain period of time by changing the current flowing through the secondary winding 162 of the inverter transformer 160. This is to prevent a high voltage from being generated at 164.
  • the time for maintaining the voltage increased stepwise is the same in each step. For example, when the reverse voltage is increased to V1, the voltage is maintained for the time from T1 to T2, and when the reverse voltage is increased to V2, the voltage is maintained for the time from T3 to T4.
  • the voltage is maintained for the time from T4 to T6.
  • the time from T1 to T2, the time from T3 to T4, and the time from T4 to T6 are the same. These times of maintaining the voltage increased stepwise may be different times in each step. For example, the maintenance time of the reverse voltage may be shortened as the voltage value of the reverse voltage increases.
  • the maximum reverse voltage that is, V3 is 20 to 60% of the reverse withstand voltage of the diodes 172 and 174 so that the diodes 172 and 174 are not damaged even when applied to the deteriorated diodes 172 and 174.
  • the voltage is between.
  • the voltage lower than the reverse withstand voltage is applied in this way, even if the diodes 172 and 174 are significantly deteriorated, the progress of deterioration of the diodes 172 and 174 can be prevented without damaging the diodes 172 and 174. This is to enable measurement.
  • the maximum reverse voltage is most preferably 20 to 60% of the reverse breakdown voltage of the diodes 172 and 174, but may be 2 to 90%.
  • the inverter control unit 140 determines whether the detected current is larger than the determination current value (S202). If the current flowing through the diodes 172 and 174 is larger than the determination current value (S202: YES), the inverter control unit 140 determines that the diodes 172 and 174 are deteriorated (S203). .. On the other hand, if the current flowing through the diodes 172 and 174 is smaller than the determination current value, as indicated by I1 in the figure, the inverter control unit 140 determines that the diodes 172 and 174 are not deteriorated (S202: NO). S204).
  • the welding robot can be caused to perform welding in the normal mode, and in the measurement mode, the progress of deterioration of the diodes 172, 174 is measured using its own power supply. be able to. By making this measurement regularly, it is possible to know the degree of deterioration of the diodes 172, 174, preventive maintenance of the diodes 172, 174 is possible, and planned maintenance is possible.
  • the inverter power supply device 100 of the present embodiment when used in a manufacturing line in which a welding robot is arranged, a voltage obtained by stepping down the voltage of the power supply in the inverter power supply device 100 (DC about 600V) is applied to the diodes 172 and 174.
  • DC about 600V the voltage obtained by stepping down the voltage of the power supply in the inverter power supply device 100
  • the preventive maintenance of the diodes 172 and 174 can be performed, so that the production line can be prevented from being stopped, and the production efficiency can be improved and the production cost can be reduced.
  • the output terminal 180 of the inverter power supply device 100 and the electrode 220 of the welding gun 210 are connected by the measurement line 230 in the measurement mode, but the measurement line connected to the output terminal 180 of the inverter power supply device 100 is connected.
  • the measurement work can be automated or simplified.
  • the degree of progress of deterioration of the rectifying element such as a diode can be easily measured on site. Therefore, it is possible to prevent the production machine such as a welding robot from suddenly stopping due to the deterioration of the diode, and the diode stack is replaced with the transformer, so that it is necessary to stop the manufacturing line for a long time. In addition, preventive maintenance is possible, so that the diode stack can be replaced systematically.
  • inverter power supply 100 inverter power supply, 105 Rectifier, 110 switching unit, 115, 145 A contact relay, 120 step-down stabilizing section, 130 Isolation amplifier (current detector), 140 Inverter control unit (judgment unit), 150 switching unit, 155 B contact relay, 160 inverter transformer, 162 secondary winding, 164 primary winding, 170 diode stack, 172 and 174 diodes, 176 cooling channels, 178 manifold, 180 output terminals, 210 welding gun, 220 electrodes, 230 measurement line.

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Abstract

【課題】ダイオードなどの整流素子の劣化を測定する測定機能を備えたインバータ電源装置を提供する。 【解決手段】徐々に上昇する逆電圧をダイオード１７２、１７４に印加する降圧安定部１２０と、逆電圧を印加しているときにダイオード１７２、１７４に流れている電流の電流値を検出する絶縁アンプ１３０と、検出した電流値がダイオード１７２、１７４の劣化を判定するための判定電流値よりも大きければダイオード１７２、１７４は劣化していると判断し、小さければダイオード１７２、１７４は劣化していないと判断するインバータ制御部１４０と、を有する。

Description

インバータ電源装置
　本発明は、ダイオードなどの整流素子の劣化を測定する測定機能を備えたインバータ電源装置に関する。
　近年、自動車のボディーには、強度の確保と軽量化の実現に向けて、従来の鋼板よりも引張強度を向上させた高張力鋼板が用いられている。高張力鋼板同士をスポット溶接する場合、従来の鋼板をスポット溶接するときよりも大きな溶接電流を長い時間通電させる必要がある。このため、高張力鋼板同士のスポット溶接には、広範囲な溶接条件が設定できて高品質の溶接をすることができる、特許文献１～３に開示されているようなインバータ式の抵抗溶接機が用いられつつある。インバータ方式の抵抗溶接機はインバータ電源装置とインバータトランスとを備え、インバータトランスは溶接電流を整流するダイオードスタック（２個以上のダイオードを組み合わせたユニット）を有している。インバータトランスに設けたダイオードスタックはスポット溶接時に大きな溶接電流を通電させるので劣化しやすい。
特開２０１７－０８７２８０号公報 特開２０００－４２７５１号公報 実用新案登録第３００８４３３号明細書
　しかし、ダイオードスタックの劣化の進行は、個別のパフォーマンス、使用環境、使用頻度、溶接条件などによって異なる。工場の製造ラインに配置されている抵抗溶接機において、そのダイオードスタックが予期せぬ劣化により故障を起こしてしまうと、その交換には時間がかかるため、製造ラインの停止が余儀なくされる。そのため、ダイオードスタックの劣化の進行度合いを定期的に確認できるようにすることは、製造ラインの停止を防止する上で重要である。
　また、近年では、抵抗溶接機は溶接ロボットとして実現されているため、ダイオードスタックの劣化の進行度合いを定期的に確認するためには、作業者が溶接ロボットの可動域内に立ち入らなければならない。そのため、作業者はその確認作業中は少なからず危険にさらされる。
　本発明は、これらの問題を解消するためになされたものであり、ダイオードなどの整流素子の劣化を測定する測定機能を備えたインバータ電源装置の提供を目的とする。
　上記目的を達成するための本発明に係るインバータ電源装置は、徐々に上昇する逆電圧を整流素子に印加する電源と、逆電圧を印加しているときに整流素子に流れている電流の電流値を検出する電流検出部と、検出した電流値が整流素子の劣化を判定するための判定電流値よりも大きければ整流素子は劣化していると判断し、小さければ整流素子は劣化していないと判断する制御部と、を有する。
　本発明に係るインバータ電源装置によれば、逆電圧を整流素子に印加したときに流れる電流の電流値により整流素子の劣化を判断するので、整流素子の劣化の進行度合いの測定が容易である。この測定を定期的にすることによって、整流素子の劣化の進行度合いを知ることができ、整流素子の予防保全が可能となり、計画的な保守が可能となる。また、整流素子の劣化を測定する測定機能はインバータ電源装置自体が持つので、整流素子に電源からの電圧を印加する回路を自動的に形成できるようにしておけば、製造ラインの稼働中に自動的に定期的な測定が可能となる。
本実施形態のインバータ電源装置を備えた溶接ロボットの概略構成図である。 図１に示したダイオードスタックの構成図である。 本実施形態のインバータ電源装置の通常モード時の説明図である。 本実施形態のインバータ電源装置の通常モード時の動作フローチャートである。 本実施形態のインバータ電源装置の測定モード時の説明図である。 本実施形態のインバータ電源装置の測定モード時の動作フローチャートである。 図６の動作フローチャートの動作説明に供する図である。
　以下に、本発明に係るインバータ電源装置の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
　＜インバータ電源装置の構成＞
　図１は、本実施形態のインバータ電源装置を備えた溶接ロボットの概略構成図である。インバータ電源装置１００は、抵抗溶接機として機能する溶接ロボット（図では溶接ガン２１０）が備えるインバータトランス１６０のダイオードスタック１７０のダイオード１７２、１７４の劣化の進行度合いを測定する機能を有する。
　インバータ電源装置１００は、整流部１０５、スイッチング部１１０、Ａ接点リレー１１５を備える。Ａ接点リレー１１５はインバータトランス１６０の一次側巻線１６４に接続される。さらに、インバータ電源装置１００は、降圧安定部１２０、絶縁アンプ１３０、制御部として機能するインバータ制御部１４０、Ａ接点リレー１４５、切換部１５０、Ａ接点リレー１４５に連動するＢ接点リレー１５５を備える。なお、Ｂ接点リレー１５５は、電極２２０間の電圧を測定する場合に用いる、電極間電圧モニター用のリレーである。一方、インバータトランス１６０はダイオードスタック１７０を有する。ダイオードスタック１７０は、２つのダイオード１７２、１７４を備える。ダイオード１７２、１７４は、インバータトランス１６０の二次側巻線１６２に接続される。インバータトランス１６０は、溶接ロボットの溶接ガン２１０に組み込まれ、溶接ガン２１０の電極２２０間に溶接電流を供給する。インバータトランス１６０は交流の溶接電流を生成し、ダイオードスタック１７０のダイオード１７２、１７４によって、交流の溶接電流を直流の溶接電流に変換する。直流の溶接電流は、電極２２０間で加圧されている鋼板（図示せず）に供給され、電極２２０によって鋼板がスポット溶接される。
　整流部１０５は、３相の商用電源に接続され、たとえば３相５０Ｈｚの交流を直流に変換し、インバータ電源装置１００の全ての構成要素に電力を供給する。スイッチング部１１０は、インバータ制御部１４０から出力されるスイッチング信号によってスイッチングされ、溶接条件に応じた溶接電流を出力する。切換部１５０は、溶接ガン２１０に溶接電流を供給する通常モードとダイオードスタック１７０のダイオード１７２、１７４の劣化を判定するための測定モードとを切り換える。通常モードと測定モードの切り換えは、インバータ制御部１４０によって行われる。また、Ａ接点リレー１１５のオンオフも切換部１５０によって行われる。切換部１５０が通常モードに切り換えられているときには、インバータ制御部１４０はスイッチング部１１０をスイッチングさせ、また切換部１５０はＡ接点リレー１１５をオンしてスイッチング部１１０とインバータトランス１６０の一次側巻線１６４とを接続させ、一次側巻線１６４に溶接電流を供給する。一方、切換部１５０が測定モードに切り換えられているときには、切換部１５０はＡ接点リレー１１５をオフしてスイッチング部１１０とインバータトランス１６０の一次側巻線１６４とを切り離す。また、切換部１５０は、Ａ接点リレー１４５をオンするとともに連動するＢ接点リレーをオフし、整流部１０５の直流を降圧安定部１２０に供給し、絶縁アンプ１３０を機能させる。すなわち、切換部１５０が、通常モードに切り換えられているときには、降圧安定部１２０および電流検出部として機能する絶縁アンプ１３０は機能を停止させ、一方、測定モードに切り換えられているときには、降圧安定部１２０および絶縁アンプ１３０は機能を作動させる。
　降圧安定部１２０は、整流部１０５から供給される電圧を用い、一定電圧または徐々に上昇する逆電圧Ｖａを整流素子であるダイオード１７２、１７４に印加する電源である。なお、この場合、図示されていないが、降圧安定部１２０と溶接ガン２１０の電極２２０とは電気的に接続される必要がある。降圧安定部１２０は、ダイオード１７２、１７４に印加する逆電圧を一定電圧または段階的に上昇させるように、また、その逆電圧の段階的な上昇は、次の段階に上昇させるときに、現段階の電圧から次の段階の電圧まで一定の時間をかけて上昇させるようにプログラムされている。
　降圧安定部１２０がダイオード１７２、１７４に印加する逆電圧の最大電圧は、劣化が進んでいるダイオード１７２、１７４に印加しても、ダイオード１７２、１７４が破損しないように、ダイオード１７２、１７４の逆耐圧の２０～６０％の間の電圧としている。たとえば、ダイオード１７２、１７４の逆耐圧が６００Ｖであるとすると、降圧安定部１２０はダイオード１７２、１７４に１２０Ｖ～３６０Ｖ以上の逆電圧は印加しないようにプログラムしてある。なお、ダイオード１７２、１７４に印加する逆電圧は、ダイオード１７２、１７４の逆耐圧の２０～６０％が最も好ましいが、２～９０％の間であっても良い。
　絶縁アンプ１３０は、降圧安定部１２０がダイオード１７２、１７４に印加する逆電圧により、ダイオード１７２、１７４に流れる電流（漏れ電流：ＩＲＤとも言う）を電圧に変換する。絶縁アンプ１３０内には、ダイオード１７２、１７４に流れる電流を電圧に変換するための抵抗器（図示せず）が内蔵されている。この抵抗器には、ダイオード１７２の電流の電流値とダイオード１７４の電流の電流値を加算した電流値の電流が流れる。したがって、抵抗器の端子間電圧Ｖｂは、抵抗器の抵抗値（Ｒ）にダイオード１７２の電流の電流値（ｉ１７２）とダイオード１７４の電流の電流値（ｉ１７４）を加算した電流値を掛けわせた電圧値（Ｖ）となる。すなわち、抵抗器の端子間電圧は、Ｖｂ＝Ｒ×（ｉ１７２＋ｉ１７４）という式で表される。
　絶縁アンプ１３０は、入力側（電源側）と出力側（制御部側）とを絶縁しているアンプであり、インバータ制御部１４０に、降圧安定部１２０がダイオード１７２、１７４に印加している逆電圧Ｖａと抵抗器の端子間電圧Ｖｂとを出力する。
　上記のように、絶縁アンプ１３０は、降圧安定部１２０がダイオード１７２、１７４に逆電圧を印加しているときにダイオード１７２、１７４に流れている電流の電流値を検出する電流検出部として機能する。絶縁アンプ１３０は、ダイオード１７２、１７４に直列に接続した抵抗器を含み、抵抗器に流れる電流によって生じる、抵抗器の端子間電圧Ｖｂを用いて、ダイオード１７２、１７４に流れている電流の電流値を検出する。絶縁アンプ１３０は、内蔵する抵抗器の端子間電圧を検出する電圧計であっても良い。また、絶縁アンプ１３０を省略し、直接電流計によって測定するようにしても良い。このときには、電圧計や電流計の数値により、現場の作業者がダイオード１７２、１７４の劣化の進行度合いを判断するようにしても良い。
　インバータ制御部１４０は、ダイオード１７２、１７４の劣化を判定するための判定電流値を記憶している。判定電流値は、破損する直前のダイオード１７２、１７４の電気的特性により設定する。たとえば、破損する直前のダイオード１７２、１７４の逆方向の抵抗値を多数測定しその抵抗値を累積しておき、その累積した抵抗値を参考に判定電流値を算出し、その算出した判定電流値をインバータ制御部１４０に記憶させる。ダイオード１７２、１７４のような整流素子は、劣化が進むにつれて、逆電圧印加時の電流が大きくなることが知られている。たとえば、ダイオード１７２、１７４が劣化することにより、１ｍＡ以下の電流値が１００ｍＡを超える電流値になることもある。このように、１００ｍＡを超える電流値になったダイオード１７２、１７４は数日以内に破損してしまう。判定電流値の設定は、ダイオード１７２、１７４の劣化の進行度合いを判断する上で重要であることから、次のようにして求めている。破損する直前のダイオードに逆電圧ＶｉｎｖをかけたときにＩｉｎｖの電流が流れたとすれば、破損する直前のダイオードの抵抗値Ｒｉｎｖは、Ｒｉｎｖ＝Ｖｉｎｖ／Ｉｉｎｖとして求めることができる。判定電流値は、降圧安定部１２０が印加する逆電圧の最大電圧をダイオードの抵抗値Ｒｉｎｖで割ることによって求めることができる。判定電流値は、ダイオード１７２、１７４の劣化の進行度合いの判断の信頼性を高めるため、このようにして求めた値よりも若干小さな値に設定する。
　また、インバータ制御部１４０は、ダイオード１７２、１７４に流れている電流の電流値と、記憶されている判定電流値とを比較するためのプログラムを備えている。インバータ制御部１４０は、ダイオード１７２、１７４に流れている電流の電流値が判定電流値よりも大きければ、ダイオード１７２、１７４は劣化していると判断する。また、ダイオード１７２、１７４に流れている電流の電流値が判定電流値よりも小さければ、ダイオード１７２、１７４は劣化していないと判断する。
　図２は、図１に示したダイオードスタックの構成図である。ダイオードスタック１７０は導電性および熱伝導性の良好なたとえば銅などの金属体で形成され、その金属体によってダイオード１７２、１７４が挟まれている。ダイオード１７２、１７４は、図１に示したインバータトランス１６０の二次側巻線１６２に接続される。ダイオード１７２、１７４は、溶接ガン２１０の電極２２０に大きな電流値の溶接電流を供給するため、発熱して熱くなる。ダイオード１７２、１７４は、高温になると破損してしまうので、ダイオードスタック１７０には冷却水を流通させる冷却水路１７６が図示するように配置されている。マニホールド１７８を介し冷却水路１７６に冷却水を流通させることによって、ダイオードスタック１７０およびダイオード１７２、１７４の温度を動作に適した温度となるようにしている。
　マニホールド１７８には、図示しない給水弁を設けており、切換部１５０が、通常モードに切り換えられているときには、給水弁がオンして冷却水路１７６に冷却水を流通させる。一方、切換部１５０が、測定モードに切り換えられているときには、給水弁がオフして空気が供給され冷却水路１７６から冷却水が除去される。なお、給水弁のオン、オフはインバータ制御部１４０が制御する。
　＜インバータ電源装置の動作＞
　［通常モード］
　図３は、本実施形態のインバータ電源装置の通常モード時の説明図である。また、図４は、本実施形態のインバータ電源装置の通常モード時の動作フローチャートである。
　切換部１５０によって通常モードに切り換えられると、切換部１５０は、Ａ接点リレー１１５をオンさせるとともにＡ接点リレー１４５をオフさせる。したがって、スイッチング部１１０とインバータトランス１６０の一次側巻線１６４とが接続され、一方、降圧安定部１２０と絶縁アンプ１３０はその機能が停止される。
　通常モード時は、まず、溶接ロボットは、溶接ガン２１０の電極２２０でワークを把持する（Ｓ１００）。次に、インバータ制御部１４０は、定められた溶接電流を電極２２０間に通電させる（Ｓ１０１）。インバータ制御部１４０は、スイッチング部１１０をスイッチングさせて整流部１０５から定められた交流電流を作り出し、インバータトランス１６０の一次側巻線１６４に供給する。インバータトランス１６０は、一次側巻線１６４の一次電圧を二次側巻線１６２によって降圧させ、降圧した二次電圧をダイオードスタック１７０のダイオード１７２、１７４に供給する。ダイオード１７２、１７４は、整流後の溶接電流を、溶接ガン２１０の電極２２０間に供給して、ワークである鋼板の溶接をする。このとき、ダイオードスタック１７０には、冷却水路１７６に冷却水が流れているので、ダイオード１７２、１７４の発熱が抑えられている。
　インバータ制御部１４０は、定められた全溶接点の溶接が終了したか否かを判断する（Ｓ１０２）。全溶接点の溶接が終了していなければ（Ｓ１０２：ＮＯ）、Ｓ１００のステップに戻り、次の打点の溶接を行なう。全溶接点の溶接が終了したら（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、溶接作業を終了する。
　［測定モード］
　図５は、本実施形態のインバータ電源装置の測定モード時の説明図である。また、図６は、本実施形態のインバータ電源装置の測定モード時の動作フローチャートである。図７は、図６の動作フローチャートの動作説明に供する図である。
　図５に示すように、切換部１５０によって測定モードに切り換えられると、切換部１５０は、Ａ接点リレー１１５をオフさせるとともにＡ接点リレー１４５をオンさせる。したがって、スイッチング部１１０とインバータトランス１６０の一次側巻線１６４とが切り離され、降圧安定部１２０と出力端子１８０とが接続される。また、インバータ制御部１４０は、ダイオードスタック１７０の冷却水路１７６に流れている冷却水を止め、空気を供給して冷却水路１７６から冷却水を除去する。冷却水を除去すると、ダイオードスタック１７０のダイオード１７２、１７４の劣化の進行度合いが冷却水の影響を受けずにより正確に測定できるからである。測定モードに切り換えたときには、降圧安定部１２０の電圧が溶接ガン２１０の２つの電極２２０に印加されるようにするために、インバータ電源装置１００の出力端子１８０と電極２２０とを測定線２３０によって接続する。これにより、降圧安定部１２０からの電圧がダイオードスタック１７０のダイオード１７２、１７４に逆電圧として印加されるようになる。測定モード時、出力端子１８０と電極２２０との測定線２３０の接続は現場の作業者によって行なっても良いが、出力端子１８０に接続されている棒状の端子を、溶接ロボットにより電極２２０で挟み、自動的にダイオード１７２、１７４の劣化の進行度合いの測定ができるようにしても良い。
　まず、図６の動作フローチャートに示すように、降圧安定部１２０は、整流部１０５によって整流された後の直流電圧を用いて、ダイオード１７２、１７４に直流の逆電圧を一定の電圧で、または段階的に上昇させて印加する（Ｓ２００）。
　降圧安定部１２０は、図７の実線で示したように、ダイオード１７２、１７４に印加する逆電圧Ｖａを段階的に上昇させる。たとえば、降圧安定部１２０は、ダイオード１７２、１７４に、まず逆電圧としてＶ１を印加し、次にＶ２を印加し、最後にＶ３を印加する。なお、本実施形態では、５０Ｖずつ、３段階に電圧を上昇させているが、一定電圧、２段階、または４段階以上の段階を経て電圧を上昇させるようにしても良い。このように段階的に上昇させるのは、万が一、ダイオード１７２、１７４の劣化が著しいときでも、ダイオード１７２、１７４を破損させることなく、ダイオード１７２、１７４の劣化の進行度合いを測定できるようにするためである。
　また、その逆電圧の段階的な上昇は、次の段階に上昇させるときに、現段階の電圧から次の段階の電圧まで一定の時間をかけて上昇させる。たとえば、降圧安定部１２０は、ダイオード１７２、１７４に、まず逆電圧としてＶ１を印加し、次にＶ２を印加するときには、Ｖ１からＶ２に突然上昇させるのではなく、図７に示すように、Ｔ２からＴ３までの時間をかけて上昇させている。なお、本実施形態では、Ｖ１からＶ２のへの電圧の上昇を直線的に行っているが、直線的ではなく曲線的に行うようにしても良い。０からＶ１、Ｖ２からＶ３への電圧の上昇についても同様である。また、Ｖ１からＶ２への電圧の上昇速度は、たとえば、０からＶ１への電圧の上昇速度またはＶ２からＶ３への電圧の上昇速度と同一でなくとも良い。このように、現段階の電圧から次の段階の電圧まで一定の時間をかけて上昇させるのは、インバータトランス１６０の二次側巻線１６２に流れる電流の変化によってインバータトランス１６０の一次側巻線１６４に高電圧が発生することを防止するためである。さらに、段階的に上昇させた電圧を維持する時間は、各段階において同一の時間である。たとえば、逆電圧をＶ１に上昇させたときには、Ｔ１からＴ２までの時間、その電圧を維持し、逆電圧をＶ２に上昇させたときには、Ｔ３からＴ４までの時間、その電圧を維持し、逆電圧をＶ３に上昇させたときには、Ｔ４からＴ６までの時間、その電圧を維持する。なお、Ｔ１からＴ２までの時間、Ｔ３からＴ４までの時間、Ｔ４からＴ６までの時間はそれぞれ同一の時間である。段階的に上昇させた電圧を維持するこれらの時間は、各段階において異なる時間としても良い。たとえば、逆電圧の電圧値が高くなるにしたがって、その電圧の維持時間を短くするようにしても良い。
　さらに、逆電圧の最大電圧、すなわちＶ３は、劣化が進んでいるダイオード１７２、１７４に印加しても、ダイオード１７２、１７４が破損しないように、ダイオード１７２、１７４の逆耐圧の２０～６０％の間の電圧としている。このように逆耐圧よりも低い電圧を印加しているのは、万が一、ダイオード１７２、１７４の劣化が著しいときでも、ダイオード１７２、１７４を破損させることなく、ダイオード１７２、１７４の劣化の進行度合いを測定できるようにするためである。なお、逆電圧の最大電圧はダイオード１７２、１７４の逆耐圧の２０～６０％が最も好ましいが、２～９０％の間であっても良い。
　次に、絶縁アンプ１３０は、ダイオード１７２、１７４に流れる電流を検出する（Ｓ２０１）。上記のように、ダイオード１７２、１７４を流れる電流は、絶縁アンプ１３０に設けた抵抗器の端子間電圧Ｖｂとして検出される。たとえば、ダイオード１７２、１７４の劣化が進んでいないとき（ＩＲＤ＝ＯＫ時）には、その電流は、図示点線のＩ１のように検出される。一方、ダイオード１７２、１７４の劣化が進んでいるとき（ＩＲＤ＝ＮＧ時）には、図示点線のＩ２のように検出される。
　次に、インバータ制御部１４０は、検出した電流が判定電流値よりも大きいか否かを判断する（Ｓ２０２）。インバータ制御部１４０は、図示点線のＩ２のように、ダイオード１７２、１７４を流れる電流が判定電流値よりも大きければ（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、ダイオード１７２、１７４は劣化していると判断する（Ｓ２０３）。一方、インバータ制御部１４０は、図示点線のＩ１のように、ダイオード１７２、１７４を流れる電流が判定電流値よりも小さければ（Ｓ２０２：ＮＯ）、ダイオード１７２、１７４は劣化していないと判断する（Ｓ２０４）。
　このように、本実施形態のインバータ電源装置１００によれば、通常モード時には溶接ロボットに溶接をさせることができ、測定モード時には自己の電源を用いてダイオード１７２、１７４の劣化の進行度合いを測定させることができる。この測定を定期的にすることによって、ダイオード１７２、１７４の劣化の進行度合いを知ることができ、ダイオード１７２、１７４の予防保全が可能となり、計画的な保守が可能となる。たとえば、溶接ロボットが配置されている製造ラインで本実施形態のインバータ電源装置１００を用いると、インバータ電源装置１００内の電源の電圧（ＤＣ６００Ｖ程度）を降圧させた電圧をダイオード１７２、１７４に印加することができ、これにより、ダイオード１７２、１７４の予防保全ができることから、製造ラインの停止を防止でき、製造効率の向上と製造コストを低下が実現できる。
　なお、本実施形態では、測定モード時にインバータ電源装置１００の出力端子１８０と溶接ガン２１０の電極２２０とを測定線２３０で接続するようにしたが、インバータ電源装置１００の出力端子１８０に繋がる測定線２３０をあらかじめ溶接ガン２１０の電極２２０に接続しておき、ロボットアーム沿いに配線しておくことで、測定作業を自動化または簡素化できる。
　以上のように、本実施形態のインバータ電源装置によれば、ダイオードなどの整流素子の劣化の進行度合いを、現場で容易に測定できる。このため、ダイオードの劣化が原因で、たとえば溶接ロボットのような生産機械が突然停止し、ダイオードスタックをトランスごと交換するため、製造ラインの長時間の停止を余儀なくされるようなことを防止できる。また、予防保全が可能となるため、ダイオードスタックの計画的な交換ができる。
　以上、インバータ電源装置の実施形態を述べたが、本発明の技術的範囲は、この実施形態の記載内容に限定されるものではない。したがって、本実施形態には明確に記載されていなくとも、特許請求の記載の範囲内において当業者によって改変されたものは本発明の技術的範囲に含まれる。
１００　インバータ電源装置、
１０５　整流部、
１１０　スイッチング部、
１１５、１４５　Ａ接点リレー、
１２０　降圧安定部、
１３０　絶縁アンプ（電流検出部）、
１４０　インバータ制御部（判断部）、
１５０　切換部、
１５５　Ｂ接点リレー、
１６０　インバータトランス、
１６２　二次側巻線、
１６４　一次側巻線、
１７０　ダイオードスタック、
１７２、１７４　ダイオード、
１７６　冷却水路、
１７８　マニホールド、
１８０　出力端子、
２１０　溶接ガン、
２２０　電極、
２３０　測定線。

Claims (9)

  1. 　徐々に上昇する逆電圧を整流素子に印加する電源と、
    　前記逆電圧を印加しているときに前記整流素子に流れている電流の電流値を検出する電流検出部と、
    　検出した電流値が前記整流素子の劣化を判定するための判定電流値よりも大きければ前記整流素子は劣化していると判断し、小さければ前記整流素子は劣化していないと判断する制御部と、
    　を有する、インバータ電源装置。
  2. 　前記電源は、前記整流素子に印加する前記逆電圧を段階的に上昇させる、請求項１に記載のインバータ電源装置。
  3. 　前記逆電圧の段階的な上昇は、次の段階に上昇させるときに、現段階の電圧から次の段階の電圧まで一定の時間をかけて上昇させる、請求項２に記載のインバータ電源装置。
  4. 　前記整流素子に印加する前記逆電圧の最大電圧は、劣化が進んでいる前記整流素子に印加しても、前記整流素子が破損しないように、前記整流素子の逆耐圧の２０～６０％の間の電圧とする、請求項１から３のいずれかに記載のインバータ電源装置。
  5. 　前記電流検出部は、前記整流素子に直列に接続した抵抗器を含み、前記抵抗器に流れる電流によって生じる前記抵抗器の端子間電圧を用いて、前記整流素子に流れている電流の電流値を検出する、請求項１から４のいずれかに記載のインバータ電源装置。
  6. 　前記整流素子の劣化を判定するための判定電流値は、破損する前の前記整流素子の電気的特性から設定する、請求項１から５のいずれかに記載のインバータ電源装置。
  7. 　前記整流素子は、抵抗溶接機が備えるインバータトランスに設けたダイオードスタックのダイオードである、請求項１から６のいずれかに記載のインバータ電源装置。
  8. 　さらに、前記抵抗溶接機に溶接電流を供給する通常モードと前記整流素子の劣化を判定するための測定モードとを切り換える切換部を有し、
    　前記切換部が、前記通常モードに切り換えられているときには、前記電源および前記電流検出部は機能を停止させ、前記測定モードに切り換えられているときには、前記電源および前記電流検出部は機能を作動させる、請求項７に記載のインバータ電源装置。
  9. 　さらに、前記ダイオードスタックには、前記ダイオードを冷却させるための冷却水路が形成され、前記切換部が、前記通常モードに切り換えられているときには、前記冷却水路内に冷却水を流通させ、前記測定モードに切り換えられているときには、前記冷却水路から冷却水が除去される、請求項８に記載のインバータ電源装置。
PCT/JP2019/031519 2018-11-07 2019-08-08 インバータ電源装置 WO2020095501A1 (ja)

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