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技術 ハイブリッド溶接電源

出願人 リンカーングローバル,インコーポレイテッド
発明者 エドワードファーマンアンドリューメックラー
出願日 2016年4月13日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2016-080079
公開日 2016年12月8日 (4年2ヶ月経過) 公開番号 2016-208823
状態 特許登録済
技術分野 アーク溶接の制御 電池等の充放電回路 直流の給配電
主要キーワード 補助コンポーネント デシベルレベル 電力供給条件 有線入力 単相交流発電機 DC発電機 バッテリバンク バックレギュレータ
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図面 (6)

課題

ハイブリッド溶接電源を提供する。

解決手段

溶接または切削作業を実行するために使用される装置の電源において、この電源は、発電機112と、発電機に電気的に接続されて発電機により供給される交流電流直流電流に変換するようになされた整流器120と、を含むエンジンコンポーネント115であって、オン状態オフ状態との間で切り換え可能なエンジンコンポーネントと、エンジンコンポーネントおよび少なくとも1つのバッテリチョッパバスに電気的に接続される少なくとも1つのバッテリ118と、発電機、チョッパバス130、作業チョッパ125、および充電スイッチ通信するコントローラ200と、DC−ACおよびDC−DC変換器404、403のうちの少なくとも一方を含む、作業チョッパおよび少なくとも1つのバッテリに電気的に接続された補助電力変換器400と、を含む。

概要

背景

概要

ハイブリッド溶接電源を提供する。溶接または切削作業を実行するために使用される装置の電源において、この電源は、発電機112と、発電機に電気的に接続されて発電機により供給される交流電流直流電流に変換するようになされた整流器120と、を含むエンジンコンポーネント115であって、オン状態オフ状態との間で切り換え可能なエンジンコンポーネントと、エンジンコンポーネントおよび少なくとも1つのバッテリチョッパバスに電気的に接続される少なくとも1つのバッテリ118と、発電機、チョッパバス130、作業チョッパ125、および充電スイッチ通信するコントローラ200と、DC−ACおよびDC−DC変換器404、403のうちの少なくとも一方を含む、作業チョッパおよび少なくとも1つのバッテリに電気的に接続された補助電力変換器400と、を含む。

目的

以下の概要は、本明細書中に記載されているシステムと方法のある態様の基本的理解を提供する

効果

実績

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請求項1

溶接または切削作業を実行するために使用される装置の電源において、発電機と、前記発電機に電気的に接続されて前記発電機により供給される交流電流直流電流に変換するようになされた整流器と、を含むエンジンコンポーネントであって、オン状態オフ状態との間で切り換え可能なエンジンコンポーネントと、少なくとも1つのバッテリであって、前記エンジンコンポーネントおよび少なくとも1つのバッテリがチョッパバスに電気的に接続される少なくとも1つのバッテリと、前記発電機、チョッパバス、作業チョッパ、および充電スイッチ通信するコントローラと、DC−ACおよびDC−DC変換器のうちの少なくとも一方を含む補助電力変換器であって、前記作業チョッパおよび前記少なくとも1つのバッテリに電気的に接続された補助電力変換器と、を含むことを特徴とする電源。

請求項2

請求項1に記載の電源において、前記補助電力変換器は周辺機器に接続され、前記補助電力変換器は、前記エンジンコンポーネントが前記オフ状態にある時に前記周辺機器に電力を供給することを特徴とする電源。

請求項3

請求項2に記載の電源において、前記周辺機器はインタフェースであり、前記インタフェースはオン状態を有し、前記インタフェースは、前記エンジンコンポーネントが前記オフ状態にある間に選択的に前記オン状態であることを特徴とする電源。

請求項4

請求項3に記載の電源において、前記インタフェースは出力を含み、前記出力はディスプレイを含むことを特徴とする電源。

請求項5

請求項4に記載の電源において、前記インタフェースは入力をさらに含むことを特徴とする電源。

請求項6

請求項2に記載の電源において、前記周辺機器が研磨機であることを特徴とする電源。

請求項7

請求項2に記載の電源において、前記補助電力変換器は、DC−DC電源およびDC−AC電源のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする電源。

請求項8

請求項7に記載の電源において、アウトレットをさらに含み、前記アウトレットは前記補助電力変換器に電気的に接続されることを特徴とする電源。

請求項9

請求項1に記載の電源において、前記少なくとも1つのバッテリは、前記エンジンコンポーネントが前記オフ状態にある時、前記作業を実行するのに十分な電力出力を供給するようになされていることを特徴とする電源。

請求項10

請求項1に記載の電源において、前記発電機および前記バッテリに電気的に接続された充電チョッパであって、前記少なくとも1つのバッテリに選択された充電電圧を供給するバックレギュレータを含む充電チョッパと、前記充電チョッパと前記バッテリとの間の充電スイッチであって、前記充電スイッチが作動されると、前記発電機からの電力が、前記充電チョッパを通じて前記少なくとも1つのバッテリへと送られ、前記コントローラは前記充電スイッチを選択的に閉じて前記充電チョッパを前記少なくとも1つのバッテリに接続する充電スイッチと、をさらに含むことを特徴とする電源。

請求項11

請求項10に記載の電源において、前記コントローラは、前記充電チョッパが前記バッテリに接続されると、前記装置への電力出力を無効にすることを特徴とする電源。

請求項12

請求項10に記載の電源において、前記コントローラおよび前記バッテリと通信するバッテリモニタをさらに含み、前記バッテリモニタは、前記バッテリの充電レベルを測定して、前記充電レベルを前記コントローラに報告するようになされていることを特徴とする電源。

請求項13

請求項1に記載の電源において、前記バッテリに接続されたブースト変換器をさらに含み、ブースト回路は、前記エンジンコンポーネントによって供給される電力を前記バッテリからの電力で増大させるように動作可能であることを特徴とする電源。

請求項14

請求項1に記載の電源において、前記エンジンコンポーネントは静音モードで動作可能であり、前記エンジンコンポーネントは選択された騒音レベルを生成するように動作することを特徴とする電源。

請求項15

請求項13に記載の電源において、前記選択された騒音レベルは90dB未満であることを特徴とする電源。

請求項16

請求項13に記載の電源において、前記選択された騒音レベルは、前記エンジンコンポーネントを選択された1分あたりの回転数で動作させることに対応することを特徴とする電源。

請求項17

溶接または切削作業を実行するための装置の電源において、発電機と、前記発電機に電気的に接続されて前記発電機により供給される交流電流を直流電流に変換するようになされた整流器と、を含むエンジンコンポーネントであって、オン状態とオフ状態との間で切り換え可能なエンジンコンポーネントと、少なくとも1つのバッテリであって、前記エンジンコンポーネントおよび少なくとも1つのバッテリがチョッパバスに電気的に接続される少なくとも1つのバッテリと、前記発電機および前記バッテリに電気的に接続された充電チョッパであって、前記少なくとも1つのバッテリに選択された電力を供給する充電チョッパと、前記充電チョッパと前記バッテリとの間の充電スイッチであって、前記充電スイッチが作動されると、前記発電機からの電力が、前記充電チョッパを通じて前記少なくとも1つのバッテリへと送られる充電スイッチと、前記少なくとも1つのバッテリに電気的に接続されたバッテリブースト変換器と、前記チョッパバスに電気的に接続された補助電力変換器であって、DC−ACおよびDC−DC変換器のうちの少なくとも一方を含む補助電源変換器と、前記発電機、チョッパバス、補助電力変換器、および前記充電スイッチと通信するコントローラであって、前記エンジンコンポーネントおよびバッテリからの電力出力を、前記チョッパパスおよびバッテリブースト変換器を介して選択的に変化させて、前記作業を実行するのに十分な電力を供給するコントローラと、を含むことを特徴とする電源。

請求項18

請求項17に記載の電源において、筐体をさらに含み、前記補助電力変換器は前記筐体上に支持される少なくとも1つのアウトレットに電気的に接続されることを特徴とする電源。

請求項19

請求項17に記載の電源において、インタフェースをさらに含み、前記インタフェースは前記コントローラと通信し、前記インタフェースは入力および出力を含むことを特徴とする電源。

請求項20

請求項19に記載の電源において、前記インタフェースはタッチスクリーンディスプレイを含むことを特徴とする電源。

請求項21

請求項20に記載の電源において、前記入力は少なくとも1つのボタンを含み、前記出力はディスプレイを含むことを特徴とする電源。

請求項22

請求項19に記載の電源において、前記出力は、前記エンジンコンポーネントおよび前記バッテリの相対的貢献度視覚的に表示する貢献度ディスプレイを含むことを特徴とする電源。

請求項23

請求項19に記載の電源において、前記入力は前記コントローラに前記エンジンコンポーネントの前記バッテリに関する前記貢献度を変えるようにとの信号を送る貢献度入力を含むことを特徴とする電源。

技術分野

0001

本発明は一般に、装置に電源を供給するためにエンジンコンポーネントバッテリコンポーネントの両方を有するハイブリット電源に関する。より詳しくは、本発明は、エンジンコンポーネントとバッテリコンポーネントの少なくとも一方から電力を受け取るチョッパバスと、各コンポーネント貢献度を変えて、装置に選択された電力出力を供給することのできるコントローラと、を含むハイブリッド電源に関する。

0002

以下の概要は、本明細書中に記載されているシステムと方法のある態様の基本的理解を提供する。概要は、システムと方法の詳細な説明でもなければ、このようなシステムと方法の重要な要素を特定し、またはその範囲を画定しようとするものでもない。

0003

1つの態様によれば、エンジン駆動コンポーネントとバッテリコンポーネントを有するハイブリッド電源のためのトポロジが提供される。このトポロジは三相ダイオードブリッジを含み、これはエンジンコンポーネントまたは発電機からの交流電流直流電流に変換する。チョッパコンポーネントがダイオードブリッジに接続されて、発電機からDC電流を受け取る。バッテリがチョッパに接続される。他の態様によれば、バッテリ用のブースト回路が提供されて、バッテリからチョッパバスに電力を供給する。他の態様によれば、バッテリモニタが提供されて、バッテリパックからの出力をモニタし、そこからの出力を制御する。他の態様によれば、バッテリチャージャが提供されて、溶接していない時にバッテリを充電する。他の態様によれば、コントローラが提供されて、発電機、チョッパバス、溶接チョッパ、およびバッテリと相互作用し、ブーストコンバータとバッテリチャージャを制御する。

0004

他の実施形態によれば、溶接または切削作業を実行するために使用される装置の電源が提供される。この電源は、発電機と、発電機と電気的に接続されて発電機により供給される交流電流を直流電流に変換するようになされた整流器を含むエンジンコンポーネントであって、オン状態オフ状態との間で切り換え可能なエンジンコンポーネントと、少なくとも1つのバッテリであって、エンジンコンポーネントおよび少なくとも1つのバッテリがチョッパバスに電気的に接続される少なくとも1つのバッテリと、発電機、チョッパバス、作業チョッパ、および充電スイッチ通信するコントローラと、DC−ACおよびDC−DC変換器のうちの少なくとも一方を含む補助電力変換器であって、作業チョッパおよび少なくとも1つのバッテリに電気的に接続された補助電力変換器と、を含む。

0005

他の実施形態によれば、電源が提供され、発電機を含むエンジンコンポーネントであって、オン状態とオフ状態との間で切り換え可能なエンジンコンポーネントと、少なくとも1つのバッテリであって、エンジンコンポーネントおよび少なくとも1つのバッテリがチョッパバスに電気的に接続される少なくとも1つのバッテリと、発電機に電気的に接続されて、発電機により供給される交流電流を直流電流に変換するようになされた整流器と、発電機およびバッテリに電気的に接続された充電チョッパであって、少なくとも1つのバッテリに選択された電力を供給する充電チョッパと、充電チョッパとバッテリとの間の充電スイッチであって、充電スイッチが作動されると発電機からの電力が充電チョッパを通じて少なくとも1つのバッテリへと送られる充電スイッチと、発電機に電気的に接続された作業チョッパであって、装置に選択された電力出力を供給するようになされた作業チョッパと、少なくとも1つのバッテリに電気的に接続されたバッテリブースト変換器と、発電機、チョッパバス、作業チョッパ、および充電スイッチと通信するコントローラと、DC−ACおよびDC−DC変換器の少なくとも一方を含む補助電力変換器であって、作業チョッパおよび少なくとも1つのバッテリに電気的に接続された補助電力変換器と、を含む。

図面の簡単な説明

0006

図1は、1つの実施形態によるハイブリッド電源の部分略図である。
図2は、1つの実施形態による回路図である。
図3は、他の実施形態による回路図である。
図4は、1つの実施形態によるハイブリッド電源の中のインタフェースの部分略図である。
図5は、1つの実施形態による電源の動作図である。

実施例

0007

本明細書中で使用されるかぎり、「電源」とは、加熱、プラズマ切断、溶接、およびガウジング用のポータブル発電機またはバックアップ発電機を含むが、これらに限定されない。電源はいずれの「作業」にも使用されてよく、これには溶接、ろう付けはんだ付けコーティング表面硬化、または加熱等の溶接作業、または機械加工、ガウジング、および切断等の切削作業が含まれていてもよいが、これらに限定されない。「装置」とは、本明細書中で使用されるかぎり、電源に電気的に接続され、そこから作業を実行するための電源を得ることを目的とする機器を意味する。装置は、トーチまたは、作業に適したアークを発生させるためのその他の機器を含んでいてもよく、これには溶接トーチプラズマカッタ、およびその他が含まれるが、これらに限定されない。電源は、携帯型の装置等の手で操作する装置に接続されても、ロボット溶接機、移動式溶接プラットフォーム、例えばローバまたはオービタル溶接プラットフォーム等の自動システムに接続されてもよい。典型的な溶接作業としては、被覆アーク溶接SMAW)、(例えば、アーク溶接)、フラックスコアドアーク溶接(FCAW)、およびその他の溶接工程、例えばガスメタルアーク溶接GMAW)、ガスタングステンアーク溶接GTAW)、およびその他が含まれるが、これらに限定されない。

0008

ある実施形態によれば、達成可能な作業用出力電力は一般に、電源からの入力電力に応じる。電源から供給可能な入力電力の量は、電源、溶接機、および/または環境に関する各種の条件および/または状況に依存しうる。したがって、供給可能な入力電力の量を可変とすることができるとすると、達成可能な溶接出力電力もまた可変である。例えば、ハイブリッド溶接システムは、溶接機と、エンジン駆動発電機バッテリシステムを含む電源と、を含むことができる。発電機が動作不能になると(例えば、エンジン燃料切れると)、供給可能な入力電力の量はバッテリシステムが提供できるだけの量に変化する。それゆえ、達成可能な溶接出力電力は、バッテリシステムだけから供給される電力から得られる数値に変化する。同様の変化は、このようなハイブリッド溶接システムにおいても、例えばバッテリシステムの電荷消費され、エンジン駆動発電機だけが入力電力を供給できる状態にされた場合に起こりうる。

0009

電源利用可能性以外の要素が、供給可能な入力電力の量と、ひいては達成可能または実現可能な溶接出力電力に影響を与える可能性がある。例えば、電源条件が入力電力の量に影響を与える。この条件は、電源の物理的条件もしくは動作条件、または電源が設置されている環境に関連する環境条件に関係する可能性がある。いくつかの例示的な電源または電力供給条件としては、燃料の種類(例えば、ガソリンディーゼル等)、燃料混合に応じて変化しうる燃料の特性(例えば、特徴、組成等)、動作温度(例えば、電源の、または電源内の温度)、冷却剤のレベルオイルもしくは潤滑剤のレベル、気流エアフィルタの状態、燃料の量、製造日(または製造されてからの期間)、動作時間(例えば、使用時間)、電源の構成部品中で利用されている材料、構成部品もしくは材料の予想寿命サイクル数(バッテリシステム用)、およびその他を含むが、これらに限定されない。例えば、ガソリンとエタノールとの混合物からなる燃料を利用するエンジン駆動発電機が供給する電力出力は、純粋なガソリン燃料から電力を得る、同じエンジン駆動発電機より少ない場合がある。他の例としては、エアフィルタが詰まると、エンジンのシリンダに到達する空気の量が制限される可能性があり、その結果、効率が低下するか、または燃料燃焼反応が減少し、これもまた供給可能な電力を縮小させる。また別の例において、供給可能な電力は、電源またはその構成部品が経年劣化し、および/または使用により損耗するにつれ、時間とともに減少しうる。例えば、エンジン駆動発電機は、経年劣化と損耗を通じて、圧縮しなくなり始めることがあり、これが供給可能な電力の減少につながる。

0010

上述のように、電源の物理的または動作条件は、出力(すなわち、供給可能な電力)に影響を与える一方で、エンジン駆動発電機の燃費またはバッテリシステムの充電/放電効率にも影響を与えうる。例えば、燃料混合物の違いによって消費される速度も異なる可能性がある。動作温度もまた効率に影響を与える場合がある。エンジン駆動発電機の動作効率は、より高い動作温度において、より低い動作温度での同じシステムより低い場合がある。そのために、使用者は効率の差を補償するために、非エンジンコンポーネントの貢献度を変化させたいと希望する場合がある。

0011

また、エンジンコンポーネントは騒音発生源である。十分な電力を発生させるために、エンジンはより高速で動作しなければならないかもしれず、これは1分あたりの回転数(RPM)で測定されることが多い。このようにエンジン速度が上昇すると、デシベル(dB)で測定される騒音のピッチとレベルが相応に増大する。特定のデシベルレベルは、囲いのない屋外等の開放状態で作業する際には許容できる場合があるが、屋内または囲まれた空間内での作業では、騒音の強度が高まるか、騒音がその空間内の他の占有者にとって迷惑になる場合がある。エンジンコンポーネントにより生成される排気ガスもまた、囲まれた空間内での作業時には問題となる。

0012

使用の柔軟性を高めるために、本発明のある態様によれば、使用者は非エンジンコンポーネントの貢献度を大きくすることによって、エンジンコンポーネントにより発生される騒音を低減させることができる。この態様によれば、使用者は非エンジコンポーネントの貢献度をエンジンコンポーネントの貢献度の少なくとも100%まで増大させ、エンジンコンポーネントを一時的にオフにして、エンジンにより発生される騒音を排除してもよい。これにより、エンジンにより生成される排気もすべて排除され、溶接機を屋外空間から屋内空間へとより柔軟に移動させることが可能になる。別の態様において、溶接システムは、電源から利用できる電力の量(および/またはある電力レベルを供給できる時間の量)を利用して、溶接電源からの溶接出力を制御することができる。本明細書中で使用されるかぎり、「溶接出力」とは、プラズマカッタとして使用された時に溶接電源により溶接または機械加工金属を生成するために発生される出力電流出力電圧、またはその両方を指す。溶接システムは、出力電流、出力電圧、またはその両方を制御して、溶接出力電力が電源から利用可能な電力の量を超えないようにする。一例において、溶接電源を直接制御してこの限度強制できる。他の例では、溶接システムはこの限度を強制するために、溶接出力プリセットの設定可能な数値を制約することができる。例えば、溶接システムは、溶接システムのユーザインタフェースを、オペレータが電源の能力を超えた溶接出力プリセットを設定できないように構成できる。理解するべき点として、溶接システムは、所定のデータを通じて、または溶接電源の物理的もしくは動作条件情報分析を通じて、溶接電源の効率を決定する。すなわち、電源により供給されるある電力レベルについて、溶接システムは対応する溶接出力電力を溶接電源の効率に基づいて決定できる。

0013

例として、溶接システムの定格または能力を、30Vで333A(すなわち、約10,000W)の溶接出力を生成可能であるようにすることができるが、条件に関する情報は、電源からの供給可能電力が9000Wの溶接出力電力に対応することを示す。したがって、溶接システムは、溶接出力の生成またはユーザインタフェースを制御して、溶接出力を例えば30Vで300Aに制限できる。

0014

ここで、図面を参照しながら例示的実施形態を説明する。例と図面は例示のためにすぎず、特許請求の範囲とその主旨により評価される本発明を限定するものではない。図面全体を通じて、同様の参照番号は同様の要素を示す。

0015

1つの実施形態による電源が図1において概して番号100で表され、概略的に示されている。電源100は、エネルギーが2つの異なる発生源から供給されるハイブリッドシステムである。電源100は、エンジン114により駆動される発電機112を含む。エンジン114は内燃機関を含んでいてもよく、これにはディーゼルエンジンガソリンエンジンLPガスエンジン、およびその他が含まれるがこれらに限定されない。発電機112は、エンジン114の動作中に電気エネルギーを生成する。発電機112は、同期三相交流発電機を含んでいてもよい。あるいは、発電機は希望に応じて単相交流発電機またはDC発電機とすることもできる。エンジンと発電機をまとめて、エンジン駆動コンポーネントまたはエンジンコンポーネント115と呼んでもよい。エンジンコンポーネント115は、筐体Hの中に格納されてもよく、筐体Hから外側に突出する排気管116を含んでいてもよい。

0016

ハイブリッド電源100は、バッテリ118をさらに含む。バッテリ118は、少なくとも1つのバッテリまたは複数のバッテリもしくはセル、例えばバッテリバンクを含んで、作業に適したDC電圧を供給してもよい。例えば、溶接応用において、AD−100(VDC)が供給されてもよい。「バッテリ」という用語は、本明細書中で使用されるかぎり、個々のバッテリとバッテリバンク、すなわち直列接続された複数のバッテリの両方を指す。発電機112だけでも、またはバッテリ118だけでも、ある作業にとって十分な電力を供給しても、または一緒に動作させられてもよく、これについては以下でより詳しく説明する。

0017

図2に最もよく示されているように、ハイブリッド電源100は、エンジン駆動コンポーネント115に電気的に接続された、概して番号120で表されるダイオードブリッジを含む。ダイオードブリッジ120は、チョッパバス130を介して出力140に電気的に接続される。出力140は、今度は、ある作業を実行するための装置Iに接続される。バッテリ118は、発電機112に並列に接続されて、出力140にも電力を供給してよい。バッテリ118は、それが発電機112とは別に、または発電機112と一緒に出力に電力を供給するように接続される。この意味で、出力140への電力は、エンジン駆動コンポーネント115および/またはバッテリ118のうちの少なくとも一方によって供給されてもよく、これによって、その作業を実行するのに十分な電力がエンジンコンポーネント115もしくはバッテリ118により個別に供給されてもよく、またはバッテリ118が発電機112からの電力を補って、発電機がドループできるようにしてもよい。あるいは、バッテリ118からの補助電力は、以下の例の中で説明するように、発電機112が定常状態の条件で動作し、バッテリ118からの電力で、出力による需要の変動に合わせるために使用されてもよい。

0018

あるいは、図の構成は、発電機112からの電力能力が出力による需要を上回ったときにバッテリ118を充電するために使用されてもよい。例えば、発電機112は、ある作業にとって十分な電力を生成するために3000rpmで動作している場合があるが、より高いrpmで動作して追加の電力を生成する能力があり、これをバッテリ118の充電に充てることができる。例えば、エンジン発電機112は3500rpmで動作して、発生される電力を増大させ、余分な電力が充電用としてバッテリ118に向けられるようにすることができる。

0019

発電機112は、チョッパバス130に電力を供給する。三相エンジン駆動発電機の出力は、整流されて、チョッパバス130に直接電源供給するために使用される。発電機112は、電界制御によって制御でき、または飽和電界の中で動作して、チョッパバス130がドループできるようにすることが可能である。補助出力がチョッパバス130から得られる場合、これらはエンジンがオフの時にバッテリパックから分岐させることができ、これについては以下でより詳しく説明する。発電機112は、電界制御を使ってチョッパバス電圧のドループを排除できる。概して150に示されているブースト回路は、バッテリ118が電力をチョッパバス130に供給するようになされている。概して170に示されているバッテリモニタコンポーネントは、バッテリ118を制御、モニタするため、または後述のようにコントローラにフィードバックを供給するために使用されてもよい。発電機112は、溶接していないときにバッテリ118を充電するために使用されてもよく、またはバッテリ118は、必要に応じて外部バッテリ充電源に接続されてもよい。

0020

図1〜3を参照すると、電源100はコントローラ200を含んでいてもよく、これは例えば、本明細書中に記載されている態様を実装するマイクロコントローラ、システム・オンチップマイクロプロセッサロジックコントローラ、またはロジック回路とすることができる。コントローラ200は、発電機112、バッテリ118、チョッパバス130、および作業チョッパ125と接続され、ブースト回路150とバッテリの充電を制御する。絶縁されたDC−DCと絶縁されたDC−ACの電源は、チョッパバス130から分岐するようになされる。エンジンがオフのとき、バッテリ118は、エンジンがオンになるまで、またはバッテリ118がその最低レベルへと放電されるまでチョッパバス130に電源供給できる。バッテリ118は、発電機112と並列で追加の電力を供給する。

0021

図3に示される実施形態によれば、バッテリ118はチョッパバス130からバックレギュレータ135を通じて充電される。何れの種類のバッテリを使用してもよく、これにはNiCd、リチウムイオン、および鉛蓄電池が含まれるが、これらに限定されない。バッテリ118の種類に応じて、バックレギュレータ135の動作は、充電が適正に行われ、過熱またはその他の問題を回避するのを確実にするように制御されてもよい。図の例において、バッテリ118はリチウムイオンバッテリである。バックレギュレータ135は、この種のバッテリ118にとって適正な充電方式を容易にするように制御され、この例において、充電は、溶接作業が実行されていない時に行われる。例えば、本発明のある実施形態によれば、装置Iを動作させていない時、発電機112により供給される90Vは、バックレギュレータ135により58Vまで逓減されて、バッテリ118を充電する。ハイブリッド電源100により実装される充電ルーチンの一例が図5に概略的に示されている。前述のように、コントローラ200は確実に、装置Iがオフになり、バッテリの貢献度を縮小させて、エンジンコンポーネントからチョッパバス130に供給される電力をバックレギュレータ135へと方向転換して、これをバッテリ118の充電のために逓減させるようにする。バッテリ118の電荷量を測定するか、または単に充電が完了したことをコントローラ200に示すためのバッテリモニタ170が提供されてもよい。

0022

電源100はまた、インタフェース300も含んでいてよく、これによって使用者またはオペレータは手動でエンジンコンポーネント115の貢献度をバッテリコンポーネント118に関して制御し、またはこれに影響を与えることができる。例えば、インタフェース300は、コントローラ200と連通して、バッテリ118に関するエンジンコンポーネント115のための少なくとも1つの所望の動作条件に関するオペレータからの入力を供給してもよい。そのために、インタフェース300は、オペレータからの情報をコントローラ200に、またはコントローラ200が使用されていなければ回路に直接伝えるための、何れの適当な装置またはコンポーネントを含んでいてもよい。インタフェースのための入力302としては、スライダノブ、スイッチ、キーパッドタッチスクリーン、ボタン、およびその他が含まれていてもよいが、これらに限定されない。入力302は、電源100と同じ筐体に設置されても、またはペンダントリモートコントローラ、または携帯電話等、遠隔的に提供されてもよく、入力302からの信号は電源100またはコントローラ200に、有線または、無線LANプロトコル、Bluetooth、Wireless USB、またはその他同様のRFプロトコル、セルラーラジオプロトコル、衛星プロトコル、赤外線プロトコルまたはその他が含まれるが、これらに限定されない無線通信によって伝えられる。図1に示されている例において、入力は、複数のボタンBを有するキーパッドKを含む。図4では、タッチパッドが入力302として機能する。これらの例は限定的ではない。インタフェース300は出力304を含んでいてもよく、これは選択された動作条件に関する情報をオペレータに提供してもよく、これには筐体上の、入力302の付近デカールまたはペイントによるインジケータデジタルディスプレイ、タッチスクリーン、LEDまたはその他の照光式ディスプレイ、およびその他が含まれていてもよいが、これらに限定されない。図1に示されている例において、出力304はデジタルディスプレイを含む。図4において、出力304はタッチパッドを含む。これらの例は限定的ではない。有線通信を容易にするために、インタフェース300は、有線入力302または出力304の構成部品を接続するための適当な通信ポート306(図2)を含んでいてもよい。通信ポート306としては、ビデオポートシリアルポートパラレルポートUSBポート、およびその他を含んでいてもよいが、これらに限定されない。当然のことながら、様々な図面に示されている実施形態の中に示される構成部品は、異なる実施形態間で交換されてもよい。図の実施形態は限定的ではない。

0023

インタフェース300は、各種の動作モードを含んでいてもよく、これによって使用者はエンジンコンポーネント115とバッテリ118の貢献度を制御できる。これらのモードは、コントローラ200が貢献度を自動的に制御するモードを含んでいてもよい。図4に示されている例において、通常モード311が選択可能であり、その場合、エンジンおよびバッテリコンポーネントがコントローラ200によって自動的に動作させられる。このモードにおいて、コントローラ200は装置Iのための出力を提供するためのそれぞれの貢献度を変えて、追加の電力が利用可能であり、充電が必要であれば、バッテリ118の充電を実行してもよい。ハイモード314は、前述のように、装置Iへの電力をブーストするために提供されてもよい。当然のことながら、インタフェース300に提供されるモードはこれより少なくても多くてもよく、図の例は限定的ではない。同様に、インタフェース300の種類は本明細書中に記載されているように異なっていてもよい。図4に示される例は、入力302と出力304の機能を1つのユニットにまとめたタッチスクリーン325を含む。図4に示されているように、インタフェース300は貢献度入力315を含んでいてもよく、これは使用者が手でエンジンコンポーネント115の貢献度をバッテリ118に関して調整できるバランスコントロールを含む。出力304は、概して320で示されている貢献度ディスプレイを含んでいてもよく、これはエンジンコンポーネント115とバッテリ118の貢献度の少なくとも一方を示す。図の例において、コンポーネントディスプレイ320はエンジンコンポーネント115とバッテリ118の両方の相対的な貢献度を表示する棒グラフ322を含む。また、この実施形態においては、貢献度入力315はディスフレイ上のスライダであり、これによって使用者はエンジンコンポーネント115とバッテリ118との間のバランスをシフトさせることができる。この例において、中心点では、エンジンコンポーネント115とバッテリコンポーネントの両方が全能力で動作している。中心から逸れるにつれて、エンジンコンポーネント115またはバッテリ118のうちの一方の貢献度が減少する。例えば、図のように、エンジンコンポーネントの貢献度は、貢献度インジケータ317をスライダのメモリバッテリ側318の方向にスライドさせることによって縮小させてもよい。同様に、バッテリ118の貢献度は、インジケータ317をエンジン側319の方向にスライドさせることによって縮小させてもよい。この例において、貢献度を手で変化させてエンジンコンポーネント115の貢献度を縮小させることは、騒音出力を減少させるか、エンジンコンポーネント115をオフにするためにも使用されてよい。あるいは、後述のように、静音モード310が提供され、これによってコントローラはエンジンコンポーネント115の貢献度を調整して所望の騒音出力を実現することができる。このモードでは、貢献度入力315が使用者に、希望に応じて貢献度をさらに微調整するための追加の微調整能力を提供してもよい。この意味で、コントローラ200は、使用者からの追加の入力を可能にするオープンシステムとして動作してもよい。あるいは、図5に示されているように、コントローラは閉システムとして動作してもよく、この場合、そのモードがインタフェース300から入力されると、コントローラ200は事前プログラムされたルーチンに従って動作する。例えば、3つのモードの選択が図5に示されている(静音310、通常311、および充電313)。前述のように、通常モードでは、コントローラ200が装置への電力の供給を直接制御し、エンジンコンポーネント115とバッテリ118の貢献度を、装置Iに対する作業用出力の生成に基づき、必要に応じて変化させてもよい。静音モードにおいて、エンジンコンポーネント115は選択された騒音レベルを実現するように動作させられる。騒音レベルは、概略的に示されているように、騒音センサ330によってモニタされるデシベルレベルであってもよく、またはコントローラ200が、試験データに基づいて選択された騒音レベルを生成するために選択されたエンジンRPMレベルを含むようにプログラムされてもよい。再び90dBのレベルを例にとると、試験データが、エンジンコンポーネントはアイドルRPMで、または略そのRPMで所望の90dBを生成すること示している場合、エンジンコンポーネント115はアイドルRPMで動作させられてもよい。バッテリ118からチョッパバス130への電力出力は、コントローラ200により、作業に必要な出力電力を選択されたエンジンコンポーネント115の貢献度に基づいて供給するように調整される。

0024

図4に示されている1つの実施形態によれば、インタフェース300は、静音モード310を含み、これは、エンジンコンポーネント115により生成される騒音レベル(デシベル)を選択されたレベルまで減少させるために選択されてもよい。例えば、静音モード310は、90dB以下のレベルにデシベルレベルを下げてもよい。このレベルは一例である。当然のことながら、他のレベルも提供されてよい。静音モード310が選択されると、エンジンコンポーネント115からチョッパバス130への貢献度が減少して、エンジンの動作rpmを下げ、所望の静音範囲内のデシベルレベルが生成されるようにする。当然のことながら、他の範囲もまた指定された静音モードにより確立されてよく、これには0dB出力も含まれ、この場合、エンジンコンポーネントの貢献度は0に減り、バッテリ118が溶接出力のすべてを供給する。そのために、インタフェース300は、エンジンコンポーネント115がオフとなるオフモード312を含んでいてもよい。

0025

静音モードの出力レベルはまた、アイドル状態のエンジンコンポーネント115のデシベル出力によって影響を受けてもよい。例えば、アイドル状態でエンジンコンポーネントは約90dBの騒音出力を生成する場合、オペレータが静音モード310を選択すると、エンジンコンポーネント115はアイドル速度で駆動され、バッテリ118からチョッパバス130への貢献度は、その作業にとって望ましい出力を供給するように調整される。エンジンコンポーネント115のデシベル出力が静音モードのために選択された出力より低い場合、エンジンコンポーネント115はアイドルレベルより高いrpmで駆動されてもよい。当然のことながら、複数の騒音出力レベルがオペレータによって入力302を通じて選択されてもよい。一例として、オペレータは、エンジンコンポーネント115がアイドル時より高いrpmで動作する作業のための特定のデシベルレベル、エンジンコンポーネント115をアイドル状態にする第二のデシベルレベル、エンジンコンポーネントがオフにされることに対応する第三のデシベルレベルを選択する能力を有していてもよい。作業環境によって騒音制約がかかる場合、入力302によって使用者は許容騒音の上限を入力でき、コントローラ200はバッテリ118に関するエンジンコンポーネント115のチョッパバス130への貢献度を変えて、設定された限度以下に保持する。

0026

図2および3に示されている本発明の他の実施形態によれば、電源100は、エンジンコンポーネントがオフ状態であっても周辺機器Pに電力を供給する。周辺機器Pは、電源を必要とする何れのコンポーネントであってもよく、内部コンポーネント、すなわち筐体H上に設置されているもの、または筐体上に設置されず、電源100に接続されている外部コンポーネントを含んでいてもよい。図2に示されている例において、周辺機器Pはインタフェース300である。この例において、コントローラ200は、エンジンコンポーネント115が動作していない時でも、インタフェース300に電力を供給する。例えば、コントローラ200は、チョッパバス130からバッテリ118からの電力を引き出し、インタフェース300に電力を供給してもよい。図の例において、エンジンコンポーネント115がオフであるときに、40 VDCの電源がバッテリ118からチョッパバス130を介して引き出されてインタフェース300に電源供給する。当然のことながら、この要求事項はインタフェース300とその入力302および出力304の構成部品の種類に応じて変化してもよい。図3に示されている実施形態によれば、周辺機器は電源100に接続された外部コンポーネントを含んでいてもよい。上述の内部コンポーネントの場合と同様に、外部コンポーネントへの電力はエンジンコンポーネント115がオン状態の時、またはエンジンコンポーネント115がオフ状態の時に提供されてもよい。

0027

他の実施形態によれば、概して400に示されている補助コンポーネントがチョッパバス130に接続される。補助コンポーネント400はアウトレット402を含んでいてもよく、これは、ポータブル研磨機ポンプエアコンプレッサ娯楽機器コーヒーメーカコンピュータ、または職場にあって電力を必要とするその他の機器が含まれていてもよいが、これらに限定されない周辺機器Pのための補助電源を供給する。図1を参照すると、周辺機器Pの一例は研磨機410である。ここで、研磨機410は電源コード412によってアウトレット402Aにおいて電源100に接続される。

0028

補助コンポーネント400は、絶縁されたDC−DC電源403とDC−AC電源404の少なくとも一方を含んでいてもよく、これはチョッパバス130から分岐する。補助コンポーネント400は、DC−AC電源のためにチョッパバス130に接続されたACチョッパ405を含んでいてもよい。ACチョッパ405は、今度は、アウトレット402(図1)に接続され、アウトレット402を介して接続された周辺機器PにAC電力を供給する。同様に、DCコンポーネントはアウトレットを介してDC−DC電源403に接続されてもよい。図のように、複数のアウトレット402が提供されてもよい。例えば、1つのアウトレット402Aは、AC電源404に接続されたACアウトレットであってもよく、第二のアウトレット402BはDC−DC電源403に接続されたDCアウトレットであってもよい。あるいは、複数のACまたは複数のDCアウトレットが提供されてもよい。補助コンポーネント400がエンジンコンポーネント115およびバッテリ118から並列に電力を受け取るチョッパバス130に接続されているため、補助コンポーネントはエンジンコンポーネント115とバッテリ118の何れか一方または両方の電力によって駆動されてもよい。これは、エンジンコンポーネント115をオフにして電力をバッテリ118から補助コンポーネント400に供給し続け、またはその逆も同様である柔軟性を提供する。前述のように、バッテリ118から補助コンポーネント400を動作させるのは、騒音または排気ガスが問題となっている時だけにすることが望ましい場合がある。あるいは、バッテリ118の再充電中には、エンジンの電力だけを使用することが望ましい場合がある。

0029

動作の原理とモードを特定の実施形態に関して説明し、図示したが、これはその主旨または範囲から逸脱することなく、具体的に説明され、図示されたものとは異なる方法で実施されてもよいことを理解しなければならない。

0030

上述のものは、本発明の例を含んでいる。もちろん、特許請求されている主旨を説明するために構成部品または方法論考えうる組合せのすべてを説明できるとは限らず、当業者であれば、本発明のその他の数多くの組合せと置換が可能であることがわかるであろう。したがって、特許請求されている主旨は、添付の特許請求項の主旨と範囲内に含まれるかかる代替、改良、および変更のすべてを包含することが意図されている。

0031

発明の具体的な実施形態を本明細書中で説明した。当業者であれば、本発明には他の環境における他の応用もあることが容易にわかるであろう。事実、多くの実施形態と実施例が可能である。以下の特許請求項は、上述の具体的な実施形態に本発明の範囲を限定するものとは一切意図されていない。これに加えて、「〜のための手段」との記述はすべて、ある要素と特許請求項のミーンズ・プラスファンクションの意味を喚起しようとするものであり、「〜のための手段」との記述を特に使用していない要素は何れも、特許請求項がそれ以外に「手段」という用語を使用しているとしても、ミーンズ・プラス・ファンクション要素として読むものとは意図されていない。

0032

本発明を特定の好ましい実施形態に関して図示し、説明したが、当業者であれば、本明細書と添付の図面を理解したところで、同等の代替と改良を着想するであろう。特に、上述の要素によって実行される各種の機能(例えば、囲み、辺、構成部品、アセンブリ等)により実行される各種の機能に関して、このような要素を説明するために使用される用語(「手段」の記述を含む)は、特にことわりがないかぎり、本明細書中で図示されている本発明の例示的実施形態の中の機能を実行する開示された構造と構造的に同等でなくても、説明された要素の明記された機能を実行する(例えば、機能的に同等の)あらゆる要素に対応することが意図される。これに加えて、本発明の特定の特徴は、いくつかの図示された実施形態のうちの1つまたはそれ以上だけに関して説明されている場合があるが、このような特徴は、ある、または特定の用途のために望ましく、有利である場合がある他の実施形態の1つまたは複数のその他の特徴と組み合わせてもよい。特定の実施形態が示され、説明されているが、当業者であれば、本明細書を読み、理解したところで、付属の特許請求項の範囲内に含まれる同等物と改良を着想するであろう。

0033

これに加えて、本発明の特定の特徴は、幾つかの実施例のうちの1つのみについて開示されている場合があるが、これらの特徴は、ある、または特定の用途にとって望ましく、有利であるその他の実施例の1つまたは複数の他の特徴と組み合わされてもよい。さらに、「〜を含む」、「〜を有する」、「〜を包含する」およびその変化形と、その他の同様の単語が詳細な説明または特許請求項の何れかで使用されているかぎり、これらの用語は追加の、または他の要素を一切除外しない、非限定的移行としての用語「〜を含む」と同様に包含的であることが意図される。

0034

100電源
112発電機
114エンジン
115エンジンコンポーネント
118バッテリ
130チョッパバス
135バックレギュレータ
140 出力
150ブースト回路
170バッテリモニタコンポーネント
200コントローラ
300インタフェース
302 入力
304 出力
310静音モード
311 通常モード
314ハイモード
320 コンポーネントディスプレイ
325タッチスクリーン
400補助コンポーネント
402アウトレット
403 DC−DC電源
404 DC−AC電源

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