专利名称：激光电源装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及对激光振荡用的激励灯供给电力的激光电源装置。
背景技术：
在激光加工中使用的YAG激光器等固体激光装置点亮激励灯，通过其光能激励YAG棒等固体激光介质来引起激光振荡。在这种激光装置中使用的电源装置一般具备对工业用电频率的交流进行整流来变换为直流的整流电路；积蓄来自该整流电路的直流电力的电容器；释放在该电容器中积蓄的电能，对激励灯供给灯电流即驱动电流的灯驱动电路。图10中表示在固体激光装置中使用的现有的简易型激光电源装置的电路结构。在该激光电源装置中，输出端子[0UTa，0UTb]分别连接到激光振荡部的激励灯(未图示)的输入侧的三相整流电路100对来自三相交流电源端子[S，T，U]的工业用电频率的三相交流进行整流来变换为直流。在该三相整流电路100和电容器102之间串联连接线圈104、电阻106以及第I断续器108，并且与电阻106以及第I断续器108并联地连接了第2断续器110。在电容器102和输出端子[0UTa、OUTb]之间串联连接灯驱动用的开关元件112以及扼流线圈(choke coil) 114，并且与扼流线圈114以及激励灯并联地连接了续流二极管(flywheel diode) 116。当开关元件112接通时电容器102放电,其放电电流作为灯电流id,流过电容器102、开关元件112、扼流线圈114以及激励灯的闭合电路。当开关元件112断开时，电容器102的放电中断，但是回流电流作为灯电流id在扼流线圈114、激励灯以及续流二极管116的闭合电路中流动。由此，不中断地持续流过灯电流id，使激励灯连续点亮，可以从激光振荡部获得连续振荡的激光。通过开关控制电路118的开关控制，开关元件112以一定的频率例如20kHz进行接通、断开。控制部120通过充电电压测定电路122监视电容器102的充电电压V。，同时控制装置内的各部，特别是断续器108、110的接通、断开以及开关控制部(112、118)的开关动作。在该激光电源装置中，当将电容器102从无充电状态充电到设定电压时，在停止开关元件112的开关动作的状态下将第2断续器110保持为断开状态，将第I断续器108接通。于是，直流的充电电流i。从三相整流电路100的输出端子经由线圈104、电阻106以及第I断续器108流入电容器102，电容器102的端子间电压、即充电电压V。上升。此时，电阻106作为防止突入电流从线圈104流过电容器102的限流电阻而工作。控制部120通过充电电压测定电路122监视电容器102的充电电压V。，在充电电压V。达到接近设定值Vs的时刻将第2断续器110接通。由此，线圈104和电容器102经由第2断续器110被短路。以后，来自三相整流电路100乃至线圈104的充电电流id通过第2断续器110被提供给电容器102。第I断续器108在此时刻可以被切换为断开状态，但是也可以保持原来的接通状态。[0009]控制部120当电容器102的充电电压V。达到设定值Vs时，例如当从手动式的启动开关或工件搬运装置等外部装置取得启动信号ST时，对其进行应答来使开关控制电路118工作。开关控制电路118对开关元件112进行开关控制，以使灯电流id以预定的电流值流过激励灯。这样，电容器102向激励灯侧供给灯电流id，另一方面，从三相整流电路100经由线圈104以及第2断续器110向电容器102供给充电电流i。，以便通过灯电流id的供给来填补从电容器102放出的电能。上述的简易型激光电源装置由必要的最小限度的电路结构构成，电力损失少，因此具有廉价、效率高的优点。然而，抗负载变化的能力弱，特别是当灯电流id急剧增大时，电容器102的充电电压V。急剧降低，从线圈104向电容器102流动的充电电流i。急剧增大，变为突入电流。通过这种突入电流，存在线圈104、断续器110、电容器102容易损坏、或者交流电路上的熔丝(保险丝)124频繁地熔断这样的问题。针对该问题，还进行了增大线圈104的电感或电容器102的静电容量。但是，随着交流电源电压的变化，有时在激光振荡中电容器102的充电电压V。大幅度变化，从线圈104向电容器102流过突入电流，即使将线圈104或电容器102大型化，不仅不能根本的解决，反而使部件损坏的损失度增大。因此，这种简易型激光电源装置现状是将激光输出的动态范围(dynamic range)设定得低,特别用于低输出型激光器。另外，作为其它的解决方法，还想到利用通过充电电压测定电路122监视电容器102的充电电压V。的功能，在激光振荡中充电电压V。降低到预定的监视值以下时将断续器108,110断开。但是，当负载的变化或交流电源电压的变化比较缓和时，即使电容器102的充电电压V。为监视值以下也不引起突入电流，因此，不合理地停止装置并不好。另一方面，在交流电源电压的变化中，电容器102的充电电压V。一旦降低到未达到监视值的电平后，有时通过电压的急剧恢复突入电流流过电容器102。这样，监视电容器充电电压的方式存在导致不必要的装置的停止，无法可靠地防止突入电流等难点。而且，作为其它的解决方法，还想到监视充电电流i。的电流值，当该电流值超过预定的监视值时将断续器108、110断开。但是，该方式在线圈104中流过大的充电电流i。时将断续器108、110断开，因此，在线圈104中残留的电磁能量失去了去处，在断开状态的第2断续器110内发生火花(电弧放电)，有可能损坏断续器110。另外，直接监视交流电源电压的变化来控制断续器108、110的接通、断开的方法，有可能无法应对负载的变化，或者对未发展到突入电流的交流电源电压的变化过度地响应，缺乏控制的恰当性以及可靠性。此外，以往还通过在充电电路中设置PFC(功率因数改善)电路来缓和负载变化或交流电源电压变化的影响。但是，具备PFC电路的装置结构，具有由于PFC电路的开关损失引起效率降低、或硬件以及开关控制的复杂性甚至装置成本增大这样的缺点。专利文献I :日本特开平11-26844号公报
实用新型内容本实用新型用于解决上述现有技术的问题，提供一种激光电源装置，其针对负载的变化或交流电源电压的变化，提前防止充电电流的异常增大(突入电流的发生)，提高安全性以及可靠性。[0018]本实用新型的第I观点的激光电源装置用于向激励灯供给电力，所述激励灯对固体激光介质照射激光振荡用的激励光，所述激光电源装置具有整流电路，其对工业用电频率的交流进行整流来变换为直流；电容器，其积蓄从所述整流电路输出的直流电力；在所述整流电路和所述电容器之间串联连接的线圈以及电阻；设置在所述交流的电路中的，或者在所述整流电路和所述电容器之间与所述电阻串联连接的第I断续器；与所述电阻并联连接的第2断续器；灯驱动电路，其将在所述电容器中积蓄的电能向所述激励灯侧释放，使所述激励灯中流过灯电流；监视部，其监视所述线圈以及所述电阻中产生的电压降、或所述线圈以及所述第2断续器中产生的电压降；以及控制部，其根据从所述监视部输出的监视结果，控制所述第I以及第2断续器的接通、断开。在上述第I观点的装置结构中，在将电容器从 实质的无充电状态充电到设定电压的时候，当电容器的充电电压接近设定电压时，线圈以及电阻的电压降接近零，因此监视部可以容易并且准确地检测出该状况。另外，在激励灯的点亮中，当灯电流急剧增大时或者交流电压急剧增大时，由此，从整流电路向电容器流动的充电电流开始急剧增大。当这样充电电流开始急剧增大时，线圈以及第2断续器的电压降从此前的低值一口气上升到与充电电流的增大变化率对应的值，因此，监视部可以容易并且准确地检测出该状况。另外，控制部根据来自监视部的准确的、高精度的监视结果来控制第I以及第2断续器的接通、断开，因此可以提前防止充电电流的异常增大、即突入电流的发生，并且还可以不受当前的交流电源电压的电压电平影响地，顺利地完成电容器充电动作。在本实用新型的一个优选方式中，在将电容器从实质的无充电状态充电到预定电压的时候，当从监视部输出了线圈以及电阻的电压降低于第2基准值的监视结果时，控制部使第2断续器接通。在另一优选方式中，在将电容器从实质的无充电状态充电到预定电压后，在从监视部输出线圈以及第2断续器的电压降小于第I基准值的监视结果的期间，控制部使第I以及第2断续器保持接通，在从监视部输出线圈以及第2断续器的电压降超过了第I基准值的监视结果时，控制部使第I以及第2断续器中至少一个断开。在这种情况下，优选在从监视部持续预定时间地输出了线圈以及第2断续器的电压降超过第I基准值的监视结果时，控制部使第I以及第2断续器中至少一个断开。本实用新型的第2观点的激光电源装置用于向激励灯供给电力，所述激励灯对固体激光介质照射激光振荡用的激励光，所述激光电源装置具有整流电路，其对工业用电频率的交流进行整流来变换为直流；电容器，其积蓄从所述整流电路输出的直流电力；在所述整流电路和所述电容器之间串联连接的线圈以及电阻；设置在所述交流的电路中的，或者在所述整流电路和所述电容器之间与所述电阻串联连接的第I断续器；与所述电阻并联连接的第2断续器；灯驱动电路，其将所述电容器中积蓄的电能向所述激励灯侧释放，使所述激励灯中流过灯电流；监视部，其监视在所述线圈中产生的电压降；以及控制部，其根据从所述监视部输出的监视结果，控制所述第I以及第2断续器的接通、断开。在上述第2观点的装置结构中，在将电容器从实质的无充电状态充电到设定电压的时候，当电容器的充电电压接近设定电压时，充电电流的电流值缓慢地接近零，线圈的电压降在负极性的方向上接近零，因此，监视部可以容易并且准确地检测出该状况。另外，在激励灯的点亮中灯电流急剧增大时或者交流电压急剧增大时，由此，从整流电路向电容器流动的充电电流开始急剧增大。当这样充电电流开始急剧增大时，线圈的电压降从此前的低值一口气上升到与充电电流的增大变化率对应的值，因此，监视部可以容易并且准确地检测出该状况。控制部根据来自监视部的准确的、高精度的监视结果，控制第I以及第2断续器的接通、断开，因此可以提前防止充电电流的异常增大、即突入电流的发生，并且，还可以不受当前的交流电源电压的电压电平影响地，始终较好地完成电容器充电动作。在本实用新型的一个优选方式中，在将电容器从实质的无充电状态充电到预定电压的时候，在从监视部输出线圈的电压降为正极性的监视结果、或者线圈的电压降从正极性转换为负极性后也不在正方向上超过负极性的第2基准值的监视结果的期间，控制部使第I断续器保持接通，同时使第2断续器保持断开，在从监视部输出线圈的电压降在正方向上超过了第2基准值的监视结果时，控制部使第2断续器接通。在另一优选方式中，在将电容器从实质的无充电状态充电到预定电压后，在从监视部输出线圈的电压降小于第I基准值的监视结果的期间，控制部使第I以及第2断续器
保持接通，在从监视部输出了线圈的电压降超过了第I基准值的监视结果时，控制部使第I以及第2断续器中至少一个断开。在这种情况下，优选在从监视部持续预定时间地输出了线圈的电压降超过第I基准值的监视结果时，控制部使第I以及第2断续器中至少一个断开。本实用新型的第3观点的激光电源装置用于向激励灯供给电力，所述激励灯对固体激光介质照射激光振荡用的激励光，所述激光电源装置具有整流电路，其对工业用电频率的交流进行整流来变换为直流；电容器，其积蓄从所述整流电路输出的直流电力；在所述整流电路和所述电容器之间串联连接的线圈以及电阻；设置在所述交流的电路中的，或者在所述整流电路和所述电容器之间与所述电阻串联连接的第I断续器；与所述电阻并联连接的第2断续器；灯驱动电路，其将所述电容器中积蓄的电能向所述激励灯侧释放，使所述激励灯中流过灯电流；监视部，其监视在所述线圈中流过的电流的随时间的变化率；以及控制部，其根据从所述监视部输出的监视结果，控制所述第I以及第2断续器的接通、断开。在上述第3观点的装置结构中，当将电容器从实质的无充电状态充电到设定电压的时候，当电容器的充电电压接近设定电压时，充电电流的电流值缓慢接近零，在线圈中流动的电流的随时间的变化率在负极性的方向上接近零，因此，监视部可以容易并且准确地检测出该状况。另外，在激励灯的点亮中灯电流急剧增大时或者交流电压急剧增大时，由此，从整流电路向电容器流动的充电电流开始急剧增大。当这样充电电流开始急剧增大时，在线圈中流动的电流(充电电流)随时间的变化率从此前的低值一口气上升到与充电电流的增大变化率对应的值，因此，监视部可以容易并且准确地检测出该状况。控制部根据来自监视部的准确的、高精度的监视结果控制第I以及第2断续器的接通、断开，因此可以提前防止充电电流的异常增大、即突入电流的发生，并且还可以不受当前的交流电源电压的电压电平影响地，始终较好地完成电容器充电动作。在本实用新型的一个优选方式中，在将电容器从实质的无充电状态充电到预定电压的时候，在从监视部输出在线圈中流过的电流的变化率为正极性的监视结果、或者在线圈中流过的电流的变化率从正极性转换为负极性后也不在正方向上超过负极性的第2基准值的监视结果的期间，控制部使第I断续器保持接通，同时使第2断续器保持断开，在从监视部输出在线圈中流过的电流的变化率在正方向上超过了第2基准值的监视结果时，控制部使第2断续器接通。在另一优选方式中，在将电容器从实质的无充电状态充电到预定电压后，在从监视部输出在线圈中流过的电流的变化率小于第I基准值的监视结果的期间，控制部使第I以及第2断续器保持接通，在从监视部输出在线圈中流过的电流的变化率超过了第I基准值的监视结果时，控制部使第I以及第2断续器中至少一个断开。在这种情况下，在从监视部持续预定时间地输出了在线圈中流过的电流的变化率超过第I基准值的监视结果时，控制部使第I以及第2断续器中至少一个断开。根据本实用新型的激光电源装置，通过上述结构以及作用，针对负载的变化或交流电源电压的变化，可以提前防止充电电流的异常增大(突入电流的发生)，提高安全性以及可靠性。另外，还可以不受当前的交流电源电压的电压电平影响地，始终较好地完成电容器充电动作。
·[0031]图I是表示第I实施方式中的激光电源装置的结构的电路图。图2是用于说明在图I的激光电源装置中，将电容器从实质的无充电状态充电到设定电压时的作用的各部的波形图。图3是用于说明在图I的激光电源装置中，假定在激光加工中根据负载的变化电容器的充电电压急剧降低的情况下的作用的各部的波形图。图4是用于说明在图I的激光电源装置中，在激光加工中根据负载的变化电容器的充电电压暂时缓慢降低的情况下的作用的各部的波形图。图5是表示第2实施方式中的激光电源装置的结构的电路图。图6是用于说明在图5的激光电源装置中，将电容器从实质的无充电状态充电到设定电压时的作用的各部的波形图。图7是表示第3实施方式中的激光电源装置的结构的电路图。图8是表示一个变形例中的激光电源装置的结构的电路图。图9是表示在图8的激光电源装置中包含的开关变压器电路的结构的电路图。图10是表示现有的简易型激光电源装置的结构的电路图。符号说明10三相整流电路12电容器14充电电路16激励灯18灯驱动电路20控制部24第I断续器26 线圈28限流电阻30第2断续器[0052]32开关元件38激光振荡部40开关控制部70监视部72A、72B、72C 电压检测线74隔离放大器76监视值发生电路78 开关80比较器82电流传感器84电流微分值测定电路
具体实施方式
以下，参照图I 图9说明本实用新型的优选实施方式。[实施方式I]图I表示本实用新型的第I实施方式中的激光电源装置的结构。该激光电源装置能够适用于固体激光装置、例如YAG激光加工装置，还能够应对高输出的激光加工。该激光电源装置作为基本结构而具备对工业用电频率的三相电流进行整流来变换为直流的三相整流电路10 ;积蓄来自该整流电路10的电力或电能的电容器12 ;从整流电路10向电容器12送出充电电流I。的充电电路14 ;使电容器12中积蓄的电能放电，向激励灯16提供灯电流即驱动电流Id的灯驱动电路18 ;控制装置内的各部的动作的控制部20。三相整流电路10例如由二极管的三相桥电路构成，对来自三相交流电源端子[S，T，U]的工业用电频率的三相交流进行整流来变换为直流。在三相交流电源端子[S，T，U]和三相整流电路10之间串联地插入(连接)熔丝22以及电磁式的第I断续器24。在三相整流电路10和电容器12之间，作为充电电路14而串联连接线圈26以及限流电阻28，并且与电阻28并联地连接了电磁式的第2断续器30。输出端子[0UTa、0UTb]与激励灯16的两端子连接。在电容器12和输出端子[0UTA、OUTJ之间串联连接灯驱动用的开关元件32以及扼流线圈34，并且与扼流线圈34以及激励灯16并联地连接了续流二极管36。当开关元件32接通时，电容器12放电，其放电电流作为灯电流Id，在电容器12、开关元件32、扼流线圈34以及激励灯16的闭合电路中流动。当开关元件32断开时，电容器12的放电中断，但是回流电流作为灯电流Id在扼流线圈34、激励灯16以及续流二极管36的闭合电路中流动。由此，不中断地持续流过灯电流Id，使激励灯16连续点亮，可以从激光振荡部38得到连续振荡的激光LB。开关元件32例如由IGBT或FET构成，通过开关控制电路40的开关控制以一定的高频率例如20kHz进行接通、断开。在该实施方式中，例如通过由霍尔元件构成的电流传感器42以及电流测定电路44测定灯驱动电流Id的电流值，将其电流测定值MId反馈到开关控制电路40，开关控制电路40进行PWM(脉宽调制)方式的开关控制。激光振荡部38具有配置在腔体46内的激励灯16以及YAG棒48 ;在腔体46之外配置在YAG棒48的光轴上的一对光共振器反射镜50、52。在腔体46内，通过从腔体外的冷却部(未图示)循环供给的冷却介质例如冷却水对激励灯16以及YAG棒48进行温度调节。当激励灯16点亮而发出激励光时，通过该激励光的能量激励YAG棒48。从YAG棒48的两端面在光轴上发出的光在光共振器反射镜50、52间反复反射并被放大后,作为激光LB从输出反射镜52射出。从输出反射镜52射出的激光LB被送到激光光学系统54的入射单元56。激光光学系统54将从激光振荡部38获取到入射单元56中的激光LB经由光纤58传输到出射单元60，从出射单元60会聚照射到加工台62上的被加工材料W。与电容器12并联地连接了电磁式的第3断续器64以及限流电阻66。在使该激光电源装置停止时，出于安全上的理由，控制部20将第3断续器64接通，暂且从电容器12放 出电能。控制部20具有微型计算机以及必要的接口电路，还连接了操作面板上的键盘或显示器等周边装置(未图示)以及工件搬运装置等外部装置(未图示)，一边通过后述的监视电路70监视在充电电路14的线圈26以及电阻28中产生的电压降Vui或者在线圈26以及第2断续器30中产生的电压降Vw —边控制装置内的各部、特别是第I以及第2断续器24、30的接通、断开以及开关控制部(32、40)的开关动作。本实施方式中的监视电路70具有用于检测线圈26以及电阻28的电压降Vui或线圈26以及第2断续器30的电压降V15的隔离放大器(isolation amplifier) 74 ;发生异常时停止用和充电完成用的两种监视值MVm1、MVm2的监视值发生电路76 ;用于选择监视值MVM1、MVm2W某一方的开关78;将隔离放大器74的输出、即(线圈+电阻)电压降测定值MVle或(线圈+第2断续器)电压降测定值MVu与通过开关78选择的监视值MVmi (MVm2)进行比较的比较器80。在此，隔离放大器74的一个(正极性)输入端子经由电压检测线72A与三相整流电路10的输出端子和线圈26之间的节点Na相连，另一个(负极性)输入端子经由电压检测线72C与电阻28以及第2断续器30和电容器12之间的节点Nc相连。比较器80的输出被提供给控制部20。在该监视电路70中，异常时停止用的监视值MVmi是正极性的设定值。比较器80在稳定动作模式下，当M's < MVmi时产生低(L)电平的输出信号(比较结果信号)CO，在M's> MVmi时产生高(H)电平的输出信号CO。另一方面，充电完成用的监视值MVm2也是正极性的设定值。比较器80在充电动作模式下，当MVuiC MVm2时产生低电平的输出信号(比较结果信号)CO，在MVui > MVm2时产生高电平的输出信号CO。该激光电源装置，通过上述的装置结构，特别是通过监视电路70的监视功能和控制部20的控制功能，即使在激光加工中发生负载(灯电流Id)的急剧变化或者交流电源电压的急剧变化，也不在充电电路14中流过突入电流，保护线圈26、第2断续器30以及电容器12免受突入电流的影响。因此，尽量增大线圈26的电感以及电容器12的静电容量，以便可以应对大容量、高输出的激光加工。此外，电容器12优选由电解电容器构成,适合使用将多个电容器串联、并联或者串联且并联地连接的阵列型的电容器。接着，针对图2说明在该激光电源装置中将电容器12从实质的无充电状态充电到设定电压时的作用。[0080]控制部20为了进行电容器12的充电，在停止开关元件32的开关动作的状态下，将第2断续器30保持断开状态，在时刻h将第I断续器24接通。于是，直流的充电电流Ic从三相整流电路10的输出端子经由线圈26以及限流电阻28流入电容器12，电容器12的端子间电压、即充电电压V。上升。在这种情况下，在充电电流Ic开始流动时其随时间的变化率最大，因此，在线圈26中产生相当于三相整流电路10的输出电压的较大的值Vuj的电压降\。此后，随着充电电流I。的电流值增大，电容器12的充电电压V。以及电阻28的电压降R I。(其中，R是电阻28的电阻值)增大，另一方面，充电电流I。的变化率减小，线圈26的电压降'变小。此外，若将线圈26的电感设为L，则电压降 '为' =L dle/dt。然后，在时刻h充电电流I。达到极大值Iep后，伴随充电电流I。的减小，电容器12的充电电压V。的上升速度降低，另一方面，在线圈26的电压降\变为负极性的同时，电阻28的电压降R *1。也开始减小，线圈26以及电阻28的电压降、SP (线圈+电阻)电压降Vui进一步降低。控制部20在电容器充电动作的时候通过开关78从监视值发生电路76选择充电完成用的监视值MVm2，提供给比较器80。比较器80将来自隔离放大器74的(线圈+电阻) 电压降测定值MVui与监视值MVm2进行比较，从充电开始后立即持续输出高⑶电平的比较结果号CO。然后，在时刻t2 (线圈+电阻)电压降Vui低于监视值Vm2时，比较器80的输出信号(比较结果信号)CO从此前的高(H)电平变为低(L)电平。控制部20在该定时(时刻t2)立即将第2断续器30接通，或者(更理想)在经过一定的延迟时间后的时刻t3将第2断续器30接通。当第2断续器30接通时，线圈26和电容器12经由第2断续器30被短路，在线圈26中残留的电磁能量迅速地放出到电容器12中。由此，充电电流Ic瞬间增大，电容器12的充电电压V。立即达到设定电压Vs，因此充电动作完成(时刻t4)。该实施方式中的上述设定电压Vs不是预先被固定的值，而是在当前的工业用电频率交流电源电压下能够得到的最大充电电压，比如目标值。因此，例如若当前的工业用电频率交流电源电压有效值为400伏特，则设定电压Vs成为400 ^伏特附近，若当前的工业用电频率交流电源电压为380V，则设定电压Vs成为380士伏特附近。无论哪种情况，在本实施方式中，在线圈26以及电阻28的电压降Vui低于监视值MVm2的时刻，即电容器12的充电电压\接近设定电压Vs的时刻，都可以可靠地将第2断续器30从断开状态切换为接通状态。在这一点，现有的激光电源装置(图10)是监视电容器12的充电电压Vc的方式。因此，例如将设定电压Vs设定为400士伏特，将监视值设为390 ^伏特的情况下，当前的工业用电频率交流电源电压的有效值为380伏特时，不管经过多久都无法将第2断续器110从断开状态切换为接通状态。在这种情况下，若使开关控制电路118工作(即，使激励灯发光)来实施激光加工，则充电电流通过电阻108持续流动，结果产生大量的电力损失。接着，针对图3说明在本激光电源装置中在激光加工中根据负载的变化电容器12的充电电压\急剧降低的情况下的作用。激光加工中，隔离放大器74通过电压检测线72A、72C检测(测定)线圈26以及第2断续器30的电压降、S卩(线圈+第2断续器)电压降I。控制部20通过开关78从监视值发生电路76选择异常时停止用的监视值MVmi,提供给比较器80。比较器80将来自隔离放大器74的(线圈+第2断续器)电压降测定值Mt与监视值MVmi进行比较，在正常时M's < MVmi,因此持续输出低(L)电平的比较结果信号CO。控制部20在比较器80的输出信号CO变为低(L)电平的期间，将断续器24、30保持为接通状态。在图3中，例如假定在时刻t1(l发生负载(灯电流Id)的急剧增大。于是，从该时刻t1(l起，电容器12的充电电压V。开始从此前的稳定的值Vaj急剧降低，由此，充电电流Ic开始从此前的大致一定的值I 急剧增大。当充电电流Ic这样急剧增大时，(线圈+第2断续器)电压降L从此前的零附近的值开始急剧上升。并且，当充电电流Ic的增大变化率相当大时，(线圈+第2断续器)电压降Vu上升到超过异常时停止用的监视值Vmi的电平。于是，比较器80的输出(比较结果信号)C0从此前的低(L)电平变换为高⑶电平。控制部20在该定时(时刻t1(l)立即将断续器24、30断开，或者(更理想)在确认比较器80的输出CO持续了预定时间Ts后在 时刻tn将断续器24、30断开，并且通过开关控制电路40使开关元件32的开关动作停止。当断续器24、30断开时，在线圈26中残留的电磁能量通过限流电阻28放出到电容器12中，充电电流Ic迅速减少后停止。此外，将断续器24、30断开的定时以及使开关元件32的开关动作停止的定时可以为同时，也可以稍有不同。这样，在激光振荡中或激光加工中，当电容器12的充电电压V。急剧降低，充电电流Ic急剧增大时，线圈26以及第2断续器30的电压降很快超过异常时停止用的监视值Vmi，因此在充电电流I。异常增大前，并且在线圈26中残留大量的电磁能量前，控制部20可以使断续器24、30断开。由此，可以提前防止在充电电路14内发生突入电流，并且还可以提前防止在断续器30中发生火花。接着，针对图4说明在该激光电源装置中，在激光加工中根据负载的变化，电容器12的充电电压V。暂时缓慢降低的情况下的作用。在图4中，例如假定在时刻t2(l发生负载(灯电流Id)的比较缓慢的增大。于是，从该时刻t2(l起，电容器12的充电电压V。开始从此前的稳定的值以同样的缓慢程度降低，由此，充电电流I。开始从此前的大致一定的值Iro以同样的缓慢程度增大。在这种情况下，充电电流Ic的随时间的变化率不是很大，因此线圈26以及第2断续器30的电压降L不上升到超过异常时停止用的监视值Vmi的电平。因此，比较器80的输出(比较结果信号)CO保持低(L)电平，控制部20将断续器24、30保持接通状态。这样，若即使发生负载的变化(特别是负载的增大)，只要不在充电电路14中发生突入电流，则也可以不随便停止装置而稳定地继续激光加工。当工业用电频率交流电源电压变化时也与上述情况相同。在这种情况下,充电电流Ic也根据工业用电频率交流电源电压的变化而随时间变化。特别是当工业用电频率交流电源电压上升时，充电电流Ic向增大的方向变化，当该电流变化速度以及变化量非常大时，充电电流I。成为突入电流。但是，在该实施方式中，通过监视部70以及控制部20的作用，在充电电流Ic异常增大之前使断续器24、30可靠地断开，因此可以提前防止突入电流的发生。此外，即使工业用电频率交流电源电压向降低的方向变化，三相整流电路10的输出电压变得比电容器12的充电电压^低，由于三相整流电路10具有整流功能，因此不从电容器12经由第2断续器30以及线圈26向三相整流电路10流过电流。即，充电电流1。不逆向流动。[实施方式2]图5表示本实用新型的第2实施方式中的激光电源装置的结构。对于具有与图I的实施方式(图I)相同的结构或功能的部分赋予相同的符号。该第2实施方式中的监视电路70具有用于检测线圈26的电压降\的隔离放大器74 ;发生异常时停止用和充电完成用的两种监视值MVm1、-MVm2的监视值发生电路76 ;用于选择监视值某一方的开关78;比较隔离放大器74的输出即线圈电压降测定值MVl和通过开关78选择的监视值MVmi (-MVm2)的比较器80。在此，隔离放大器74的一个(正极性)输入端子经由电压检测线72A连接到三相整流电路10的输出端子和线圈26之间的节点乂，另一方(负极性)输入端子经由电压检测线72B连接到电阻28以及第2断续 器30和线圈26之间的节点Nb。比较器80的输出被提供给控制部20。在此，异常时停止用的监视值MVmi是正极性的设定值。比较器80在稳定动作模式下，当MVl < MVmi时发生低(L)电平的输出信号(比较结果信号)CO，当MVl > MVm时发生高⑶电平的输出信号CO。另一方面，充电完成用的监视值-MVm2是负极性的设定值。比较器80在充电动作模式下，当MVl < -MVm2时发生低(L)电平的输出信号(比较结果信号)CO，在M' > -MVm2时发生高⑶电平的输出信号CO。针对图6说明在本第2实施方式的激光电源装置中，将电容器12从实质的无充电状态充电到设定电压时的作用。控制部20为了进行电容器12的充电，在停止开关元件32的开关动作的状态下，将第2断续器30保持断开状态，在时刻h将第I断续器24接通。于是，直流的充电电流Ic从三相整流电路10的输出端子经由线圈26以及限流电阻28流入电容器12，电容器12的端子间电压即充电电压V。上升。与上述相同，充电电流I。开始流动时，其随时间的变化率最大，因此在线圈26中发生相当于三相整流电路10的输出电压的较大的值Vm的电压降\。此后，随着充电电流I。的电流值增大，电容器12的充电电压V。以及电阻28的电压降R I。(其中，R为电阻28的电阻值)增大，另一方面，充电电流I。的变化率减小，线圈26的电压降'减小。然后，在时刻h充电电流I。达到极大值Iep后，伴随充电电流I。的减小，电容器12的充电电压\的上升速度降低，并且，电阻28的电压降R Ic开始减小，线圈26的电压降'变为负极性。控制部20在电容器充电动作的时候通过开关78从监视值发生电路76选择充电完成用的监视值-MVm2，提供给比较器80。比较器80将来自隔离放大器74的线圈电压降测定值与监视值-MVm2进行比较，在充电开始后立即持续输出高⑶电平的比较结果信号CO。并且，当线圈26的电压降\变为负极性、并比监视值-Vm2低时，比较结果信号CO从此前的高⑶电平变为低(L)电平。控制部20在比较器80的输出信号CO处于高⑶电平的期间中，当然即使从高(H)电平变为低(L)电平，也保持第2断续器30以及开关元件32的断开状态。这样，随着电容器12的充电电压V。接近设定电压Vs，充电电流I。的电流值接近零，线圈26的电压降'在负极性的方向减小。然后，在时刻丨2，当线圈26的电压降'上升，从\ < -Vm2变为\ > -Vm2时(在正方向上超过-Vm2时)，比较器80的输出信号CO从此前的低(L)电平变为高⑶电平。控制部20在该定时(时刻t2)立即将第2断续器30接通，或者在(更理想)经过一定的延迟时间后的时刻丨3将第2断续器30接通。当第2断续器30接通时，线圈26和电容器12经由第2断续器30被短路，线圈26中残留的电磁能量迅速放出到电容器12中。由此，充电电流Ic瞬间增大，电容器12的充电电压V。立即达到设定电压Vs，因此，充电动作完成(时刻t4)。在本第2实施方式中，在激光加工中根据负载的变化、电容器12的充电电压V。急剧降低的情况下的作用以及电容器12的充电电压V。暂时缓慢降低时的作用与上述的第I实施方式完全相同。因此，在本第2实施方式中也不会在充电电路14中流过突入电流，保护线圈26、第 2断续器30以及电容器12免于突入电流的影响。因此，可以尽量增大线圈26的电感以及电容器12的静电容量，来应对大容量、高输出的激光加工。[其它实施方式或变形例]以上，说明了本实用新型的较佳实施方式，但是上述的第I以及第2实施方式不限定本实用新型。对于本领域技术人员来说，在具体的实施方式中，在不脱离本实用新型的技术思想以及技术范围的情况下能够添加其它实施方式或者各种变形、变更。例如，作为第3实施方式，如图7所示，在监视部70中代替监视线圈26的电压降'，还可以监视在线圈26中流过的电流即充电电流Ic的随时间的变化率dlc/dt (以下称为VIc) o在本实施方式中，在充电电路14的电路中安装的电流传感器82例如霍尔元件那样检测充电电流Ic的电流值(瞬时值)的情况下，设置对电流传感器82的输出信号进行微分，发生电流变化率测定值MVIc的电流微分值测定电路84。在电流传感器82例如环形线圈(toroidal coil)那样输出充电电流I。的微分值Vlc的情况下,将电流微分值测定电路84替换为放大器即可。监视值发生电路76发生与充电电流I。的微分值对应的异常时停止用的监视值MV Vmi以及充电完成用的监视值-MV Vm2。另外，如图7所示，在激光驱动电路18中还可以通过功率反馈控制驱动激励灯16。在图示的结构例中，通过半反射镜86、光传感器88以及激光输出测定电路90测定激光LB的功率(激光输出)Pi^将激光输出测定值MPw反馈到开关控制电路40，开关控制电路40进行PWM(脉冲宽度调制)方式的开关控制。另外，作为一个变形例，如图8以及图9所示，在用于积蓄灯激励用的激光电能的第I电容器12和第2电容器15之间具备开关变压器电路92的激光电源装置中也可以应用本实用新型。将变换器(inverter)电路94、升压变压器95、整流电路96以及扼流线圈98级联(cascade)连接而构成该开关变压器电路92。还设置用于对构成变换器电路94的开关元件进行开关控制的控制电路(未图示)。另外，虽然省略图示，但还可以是将第I断续器24设置在充电电路14内的电路中的结构。例如还可以是与电阻28串联，与第2断续器30并联地连接第I断续器24的结构、或者在三相整流电路10的输出端子和节点Nb之间与线圈26串联地连接第I断续器24的结构。监视部70以及控制部20的结构还可以进行各种变形。例如还可以是由控制部20具有监视值发生电路76以及比较器80的功能的结构。[0116]另外，上述实施方式的激光电源装置从三相交流电源输入了三相交流，但是本实 用新型还可以应用于从单相交流电源输入单相交流的类型的激光电源装置。
权利要求1.ー种激光电源装置，用于向激励灯供给电力，所述激励灯对固体激光介质照射激光振荡用的激励光，所述激光电源装置的特征在于，具有 整流电路，其对エ业用电频率的交流进行整流来变换为直流； 电容器，其积蓄从所述整流电路输出的直流电カ； 在所述整流电路和所述电容器之间串联连接的线圈以及电阻； 设置在所述交流的电路中的，或者在所述整流电路和所述电容器之间与所述电阻串联连接的第I断续器； 与所述电阻并联连接的第2断续器； 灯驱动电路，其将在所述电容器中积蓄的电能向所述激励灯侧释放，使所述激励灯中流过灯电流； 监视部，其监视所述线圈以及所述电阻中产生的电压降、或所述线圈以及所述第2断续器中产生的电压降；以及 控制部，其根据从所述监视部输出的监视结果，控制所述第I以及第2断续器的接通、断开。
2.根据权利要求I所述的激光电源装置，其特征在干， 在将所述电容器从实质的无充电状态充电到预定电压的时候，当从所述监视部输出了所述线圈以及所述电阻的电压降低于第2基准值的监视结果时，所述控制部使所述第2断续器接通。
3.根据权利要求I或2所述的激光电源装置，其特征在干， 在将所述电容器从实质的无充电状态充电到预定电压后，在从所述监视部输出所述线圈以及所述第2断续器的电压降小于第I基准值的监视结果的期间，所述控制部使所述第I以及第2断续器保持接通，在从所述监视部输出所述线圈以及所述第2断续器的电压降超过了所述第I基准值的监视结果时，所述控制部使所述第I以及第2断续器中至少ー个断开。
4.根据权利要求3所述的激光电源装置，其特征在干， 在从所述监视部持续预定时间地输出了所述线圈以及所述第2断续器的电压降超过所述第I基准值的监视结果时，所述控制部使所述第I以及第2断续器中至少ー个断开。
5.ー种激光电源装置，用于向激励灯供给电力，所述激励灯对固体激光介质照射激光振荡用的激励光，所述激光电源装置的特征在于，具有 整流电路，其对エ业用电频率的交流进行整流来变换为直流； 电容器，其积蓄从所述整流电路输出的直流电カ； 在所述整流电路和所述电容器之间串联连接的线圈以及电阻； 设置在所述交流的电路中的，或者在所述整流电路和所述电容器之间与所述电阻串联连接的第I断续器； 与所述电阻并联连接的第2断续器； 灯驱动电路，其将所述电容器中积蓄的电能向所述激励灯侧释放，使所述激励灯中流过灯电流； 监视部，其监视在所述线圈中产生的电压降；以及 控制部，其根据从所述监视部输出的监视结果，控制所述第I以及第2断续器的接通、断开。
6.根据权利要求5所述的激光电源装置，其特征在干， 在将所述电容器从实质的无充电状态充电到预定电压的时候，在从所述监视部输出所述线圈的电压降为正极性的监视结果、或者所述线圈的电压降从正极性转换为负极性后也不在正方向上超过负极性的第2基准值的监视结果的期间，所述控制部使所述第I断续器保持接通，同时使所述第2断续器保持断开，在从所述监视部输出所述线圈的电压降在正方向上超过了所述第2基准值的监视结果时，所述控制部使所述第2断续器接通。
7.根据权利要求5或6所述的激光电源装置，其特征在干， 在将所述电容器从实质的无充电状态充电到预定电压后，在从所述监视部输出所述线圈的电压降小于第I基准值的监视结果的期间，所述控制部使所述第I以及第2断续器保持接通，在从所述监视部输出了所述线圈的电压降超过了所述第I基准值的监视结果吋，所述控制部使所述第I以及第2断续器中至少ー个断开。
8.根据权利要求7所述的激光电源装置，其特征在干， 在从所述监视部持续预定时间地输出了所述线圈的电压降超过所述第I基准值的监视结果时，所述控制部使所述第I以及第2断续器中至少ー个断开。
9.ー种激光电源装置，用于向激励灯供给电力，所述激励灯对固体激光介质照射激光振荡用的激励光，所述激光电源装置的特征在于，具有 整流电路，其对エ业用电频率的交流进行整流来变换为直流； 电容器，其积蓄从所述整流电路输出的直流电カ； 在所述整流电路和所述电容器之间串联连接的线圈以及电阻； 设置在所述交流的电路中的，或者在所述整流电路和所述电容器之间与所述电阻串联连接的第I断续器； 与所述电阻并联连接的第2断续器； 灯驱动电路，其将所述电容器中积蓄的电能向所述激励灯侧释放，使所述激励灯中流过灯电流； 监视部，其监视在所述线圈中流过的电流的随时间的变化率；以及 控制部，其根据从所述监视部输出的监视结果，控制所述第I以及第2断续器的接通、断开。
10.根据权利要求9所述的激光电源装置，其特征在干， 在将所述电容器从实质的无充电状态充电到预定电压的时候，在从所述监视部输出在所述线圈中流过的电流的变化率为正极性的监视结果、或者在所述线圈中流过的电流的变化率从正极性转换为负极性后也不在正方向上超过负极性的第2基准值的监视结果的期间，所述控制部使所述第I断续器保持接通，同时使所述第2断续器保持断开，在从所述监视部输出在所述线圈中流过的电流的变化率在正方向上超过了所述第2基准值的监视结果时，所述控制部使所述第2断续器接通。
11.根据权利要求9或10所述的激光电源装置，其特征在干， 在将所述电容器从实质的无充电状态充电到预定电压后，在从所述监视部输出在所述线圈中流过的电流的变化率小于第I基准值的监视结果的期间，所述控制部使所述第I以及第2断续器保持接通，在从所述监视部输出在所述线圈中流过的电流的变化率超过了所述第I基准值的监视结果时，所述控制部使所述第I以及第2断续器中至少ー个断开。
12.根据权利要求11所述的激光电源装置，其特征在干， 在从所述监视部持续预定时间地输出了在所述线圈中流过的电流的变化率超过所述第I基准值的监视结果时，所述控制部使所述第I以及第2断续器中至少ー个断开。
13.根据权利要求1、5、9中任意一项所述的激光电源装置，其特征在干， 所述灯驱动电路具有 在所述线圈和所述激励灯之间连接的开关元件；以及 以比エ业用电频率高的一定频率对所述开关元件进行开关控制的开关控制部。
14.根据权利要求1、5、9中任意一项所述的激光电源装置，其特征在干， 所述灯驱动电路在所述第I以及第2断续器都为接通状态下，进行所述开关元件的开关动作，在所述第I以及第2断续器的某一个从接通状态切换为断开状态时，与之连动地停止所述开关元件的开关动作。
专利摘要本实用新型提供一种激光电源装置，其针对负载的变化或交流电源电压的变化，提前防止充电电流的异常增大(突入电流的发生)，以提高安全性以及可靠性。监视电路(70)具有用于测定充电电路(14)内的线圈(26)以及电阻(28)的电压降VLR或线圈(26)以及第2断续器(30)的电压降VLS的电压检测线(72)以及隔离放大器(74)；发生异常时停止用和充电完成用的两种监视值MVM1、MVM2的监视值发生电路(76)；用于选择监视值MVM1、MVM2的某一方的开关(78)；比较来自隔离放大器(74)的线圈电压降测定值MVLR(MVLS)和监视值MVM1(MVM2)的比较器(80)。控制器(20)根据比较器(80)的输出信号(比较结果信号)CO控制第1以及第2断续器(24、30)的接通、断开。
文档编号H01S3/0915GK202586071SQ20122015138
公开日2012年12月5日 申请日期2012年4月11日 优先权日2011年11月2日
发明者日下部和人 申请人:米亚基株式会社