JP2000141038A - 直流溶接機用出力チョ―クおよび該出力チョ―クの使用方法 - Google Patents
直流溶接機用出力チョ―クおよび該出力チョ―クの使用方法Info
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- H01F38/08—High-leakage transformers or inductances
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶接機用の高性能の直流アーク出力チョーク
を提供する。 【解決手段】 互いに対向し、中間領域をもってそれぞ
れ２つの間隔のあいた端をもつ第１及び第２面に終わる
第１及び第２極片によって区切られたインダクタンスを
制御するための空気ギャップをもつ高透磁率コアからな
り、前記第１及び第２面が中間領域から各端に向かって
収束して空気ギャップ用の特定の断面形状を与える直流
アーク溶接機用出力チョークで、該チョークは少なくと
も約１００Ａの溶接電流を流すのに十分な大きさであ
る。
を提供する。 【解決手段】 互いに対向し、中間領域をもってそれぞ
れ２つの間隔のあいた端をもつ第１及び第２面に終わる
第１及び第２極片によって区切られたインダクタンスを
制御するための空気ギャップをもつ高透磁率コアからな
り、前記第１及び第２面が中間領域から各端に向かって
収束して空気ギャップ用の特定の断面形状を与える直流
アーク溶接機用出力チョークで、該チョークは少なくと
も約１００Ａの溶接電流を流すのに十分な大きさであ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は直流アーク溶接機用
出力チョークおよび該チョークを用いる直流溶接機の出
力回路におけるインダクタンスを制御する方法に関する
ものである。
出力チョークおよび該チョークを用いる直流溶接機の出
力回路におけるインダクタンスを制御する方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来技術とその問題点】直流アーク溶接機において、
出力回路は通常電極と工作物に並列にキャパシタを有
し、該キャパシタは整流器あるいは電源が直流電流を供
給するとき、キャパシタを充電するための比較的小さな
インダクタンスを有している。該インダクタンスによ
り、溶接電流からリップルが除かれる。溶接機のアーク
・ギャップと直列に、約５０Ａ以上の高電流を扱うこと
ができ、アークを安定化するための電流を制御するため
に使われる大きなチョークが設けられている。工作物に
向かう電極の供給速度とアークの長さが変化すると、溶
接電流は変動する。従来、アークと直列の大きな出力チ
ョークは電流が変動するときある一定値にインダクタン
スを制御するために、コア内に固定された空気ギャップ
（以下空隙と称する）をもっていた。しかし、チョーク
に高溶接電流が流れると、コアが飽和し、インダクタン
スを大幅に減小した。このため、コア内の空隙の幅は溶
接機の動作電流範囲にわたる一定インダクタンスを供給
するため、拡張された。該チョークは特定動作電流範囲
に対して選定された。しかし、この範囲は異なる溶接作
業に対して変動するものだった。こうして、チョークの
空隙は大多数の溶接作業用に選定された。標準チョーク
において、小さな空隙は高インダクタンスを与えたが、
比較的低電流で飽和するものだった。チョークの電流容
量を増大させるため、空隙が拡張されてチョークの特定
サイズに対するインダクタンス量を減小させた。このた
め、チョークは溶接電流を流す大きなワイヤと、飽和を
防ぐ大きな断面積のコアを有して、非常に大きく作られ
た。空隙は広範囲の溶接電流を流すために大きかった。
このようなチョークは高価で溶接機の重量を大幅に増や
した。さらに、溶接電流に反比例するインダクタンスを
もつ理想的なアーク溶接が実現したとしても、飽和点ま
でチョークが一定インダクタンスを生じた。これらの問
題を軽減するため、空隙が２ないし３の異なる幅を有す
ることが提案されてきている。この提案は小さな空隙が
飽和するまで高インダクタンスを生じた。その後、大き
な空隙が飽和するまでより低いインダクタンスが実現さ
れる。２ないし３の段階を踏んだ空隙というこの概念を
使うことにより、チョークの大きさが小さくなり、チョ
ークによって制御される電流の範囲が増す。さらに、イ
ンダクタンスに対する電流の関係が逆だった。出力チョ
ークのコア内で段階的な空隙を使うという概念によりチ
ョークは小さくなったが、１以上の屈曲点または膝が存
在した。屈曲点のエリア内で作動するために電極の供給
速度あるいはアーク長さが変動すると、直流溶接機は飽
和または屈曲点の回りで振動し、動作を不安定にさせ
る。標準揺動チョークは、溶接電流が変動しすぎて飽和
点で作動できないため、解決手段にはならなかった。加
えて、揺動チョークは小電流用途のためのものだった。
出力回路は通常電極と工作物に並列にキャパシタを有
し、該キャパシタは整流器あるいは電源が直流電流を供
給するとき、キャパシタを充電するための比較的小さな
インダクタンスを有している。該インダクタンスによ
り、溶接電流からリップルが除かれる。溶接機のアーク
・ギャップと直列に、約５０Ａ以上の高電流を扱うこと
ができ、アークを安定化するための電流を制御するため
に使われる大きなチョークが設けられている。工作物に
向かう電極の供給速度とアークの長さが変化すると、溶
接電流は変動する。従来、アークと直列の大きな出力チ
ョークは電流が変動するときある一定値にインダクタン
スを制御するために、コア内に固定された空気ギャップ
（以下空隙と称する）をもっていた。しかし、チョーク
に高溶接電流が流れると、コアが飽和し、インダクタン
スを大幅に減小した。このため、コア内の空隙の幅は溶
接機の動作電流範囲にわたる一定インダクタンスを供給
するため、拡張された。該チョークは特定動作電流範囲
に対して選定された。しかし、この範囲は異なる溶接作
業に対して変動するものだった。こうして、チョークの
空隙は大多数の溶接作業用に選定された。標準チョーク
において、小さな空隙は高インダクタンスを与えたが、
比較的低電流で飽和するものだった。チョークの電流容
量を増大させるため、空隙が拡張されてチョークの特定
サイズに対するインダクタンス量を減小させた。このた
め、チョークは溶接電流を流す大きなワイヤと、飽和を
防ぐ大きな断面積のコアを有して、非常に大きく作られ
た。空隙は広範囲の溶接電流を流すために大きかった。
このようなチョークは高価で溶接機の重量を大幅に増や
した。さらに、溶接電流に反比例するインダクタンスを
もつ理想的なアーク溶接が実現したとしても、飽和点ま
でチョークが一定インダクタンスを生じた。これらの問
題を軽減するため、空隙が２ないし３の異なる幅を有す
ることが提案されてきている。この提案は小さな空隙が
飽和するまで高インダクタンスを生じた。その後、大き
な空隙が飽和するまでより低いインダクタンスが実現さ
れる。２ないし３の段階を踏んだ空隙というこの概念を
使うことにより、チョークの大きさが小さくなり、チョ
ークによって制御される電流の範囲が増す。さらに、イ
ンダクタンスに対する電流の関係が逆だった。出力チョ
ークのコア内で段階的な空隙を使うという概念によりチ
ョークは小さくなったが、１以上の屈曲点または膝が存
在した。屈曲点のエリア内で作動するために電極の供給
速度あるいはアーク長さが変動すると、直流溶接機は飽
和または屈曲点の回りで振動し、動作を不安定にさせ
る。標準揺動チョークは、溶接電流が変動しすぎて飽和
点で作動できないため、解決手段にはならなかった。加
えて、揺動チョークは小電流用途のためのものだった。
【０００３】直流アーク溶接機用に固定出力チョークを
使うことが現在の標準である。このようなチョークは大
きく、作動点がインダクタンスの線形部にあって、溶接
機の出力インダクタンスの大幅な減小を妨げている。こ
のようなチョークは高価で重い。段階的な空隙をもつ手
続きによってチョークの大きさは小さくでき、電流動作
範囲は増すが、１つの空隙の飽和における屈曲点により
溶接機が弱くなり、あるアーク長さと供給速度における
振動を受けやすくなる。したがって、この提案された改
良は実用化できなかった。
使うことが現在の標準である。このようなチョークは大
きく、作動点がインダクタンスの線形部にあって、溶接
機の出力インダクタンスの大幅な減小を妨げている。こ
のようなチョークは高価で重い。段階的な空隙をもつ手
続きによってチョークの大きさは小さくでき、電流動作
範囲は増すが、１つの空隙の飽和における屈曲点により
溶接機が弱くなり、あるアーク長さと供給速度における
振動を受けやすくなる。したがって、この提案された改
良は実用化できなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、固定空隙をも
つ大きなチョークあるいは段階的な空隙をもつ小さなチ
ョークによる重量、コストおよび溶接不調和の問題を解
決した直流アーク溶接機用出力チョークに関するもので
ある。本発明によれば、該出力チョークは、２つの離れ
た端をもつ断面形状の領域を有する高透磁率（パーモア
ビリティ）コアおよび空隙（即ち空気ギャップ）からな
り、該空隙が該２つの端の間の距離の少なくとも一部に
対して徐々に収束する幅をもっている。こうして、空隙
は徐々に端から増す。実施例において、空隙はダイヤモ
ンド形状で、端からコア中心部に徐々に増している。こ
のダイヤモンド・コア技術により出力回路内にインダク
タンスを生じ、該インダクタンスは溶接電流に反比例し
て電流範囲にわたって徐々に変化する。溶接電流が増す
と、インダクタンスは不連続や段階的でなく連続して減
小する。こうして、溶接電流は出力チョークあるいは飽
和膝上の作動に対して、けっして飽和点にない。溶接電
力は振動しない。本発明はアークを不安定にさせること
なく、５〜１０Ｖまでアーク長さの変動を扱うことので
きる強力な溶接機を提供する。こうして、振動させるこ
となく、あるいは大きな出力チョークを使う必要なく、
本発明のチョークは広範囲の溶接電流に対する制御を与
える。
つ大きなチョークあるいは段階的な空隙をもつ小さなチ
ョークによる重量、コストおよび溶接不調和の問題を解
決した直流アーク溶接機用出力チョークに関するもので
ある。本発明によれば、該出力チョークは、２つの離れ
た端をもつ断面形状の領域を有する高透磁率（パーモア
ビリティ）コアおよび空隙（即ち空気ギャップ）からな
り、該空隙が該２つの端の間の距離の少なくとも一部に
対して徐々に収束する幅をもっている。こうして、空隙
は徐々に端から増す。実施例において、空隙はダイヤモ
ンド形状で、端からコア中心部に徐々に増している。こ
のダイヤモンド・コア技術により出力回路内にインダク
タンスを生じ、該インダクタンスは溶接電流に反比例し
て電流範囲にわたって徐々に変化する。溶接電流が増す
と、インダクタンスは不連続や段階的でなく連続して減
小する。こうして、溶接電流は出力チョークあるいは飽
和膝上の作動に対して、けっして飽和点にない。溶接電
力は振動しない。本発明はアークを不安定にさせること
なく、５〜１０Ｖまでアーク長さの変動を扱うことので
きる強力な溶接機を提供する。こうして、振動させるこ
となく、あるいは大きな出力チョークを使う必要なく、
本発明のチョークは広範囲の溶接電流に対する制御を与
える。
【０００５】本発明の他の面によれば、出力チョークは
互いに対面している第１・第２面に終わる第１・第２極
片によって区切られている空隙をもつ高透磁率コアを有
している。各面は中間領域をもつ２つの離れた端を有
し、該中間領域はそこから各端に向かって収束する対向
面をもち、空隙に対して特定の断面形状を与えている。
この断面形状はダイヤモンド形状（正８面体）が好まし
いが、溶接電流の変化に対しインダクタンスが徐々に変
化する限り、卵形あるいは他の曲直線状形状でもよい。
好ましいダイヤモンド状空隙において、中間領域は極片
の中心にあるが、対向面の１つの端の近くにあってもよ
い。これは非均側面ダイヤモンド形状を与える。本発明
の他の面によれば、空隙は対向面の１つの端から他の端
に向かって収束する形状をもつ。これは三角形状をもつ
空隙を与える。これらすべての形状により、あるワイヤ
速度およびアーク長さで溶接機を振動させることになる
屈曲点を生じさせる隣接領域間の飽和を起こすことな
く、チョークのインダクタンスが溶接機の出力電流に対
して徐々に変化するようになる。
互いに対面している第１・第２面に終わる第１・第２極
片によって区切られている空隙をもつ高透磁率コアを有
している。各面は中間領域をもつ２つの離れた端を有
し、該中間領域はそこから各端に向かって収束する対向
面をもち、空隙に対して特定の断面形状を与えている。
この断面形状はダイヤモンド形状（正８面体）が好まし
いが、溶接電流の変化に対しインダクタンスが徐々に変
化する限り、卵形あるいは他の曲直線状形状でもよい。
好ましいダイヤモンド状空隙において、中間領域は極片
の中心にあるが、対向面の１つの端の近くにあってもよ
い。これは非均側面ダイヤモンド形状を与える。本発明
の他の面によれば、空隙は対向面の１つの端から他の端
に向かって収束する形状をもつ。これは三角形状をもつ
空隙を与える。これらすべての形状により、あるワイヤ
速度およびアーク長さで溶接機を振動させることになる
屈曲点を生じさせる隣接領域間の飽和を起こすことな
く、チョークのインダクタンスが溶接機の出力電流に対
して徐々に変化するようになる。
【０００６】本発明の他の面によれば、電極と工作物と
の間の空隙に溶接電流を流すことにより溶接するための
ある電流範囲で作動する直流アーク溶接機の出力回路に
おけるインダクタンスを制御する方法を与える。この方
法は、溶接空隙またはアークと並列のキャパシタを充電
するため電流範囲にわたって一般に一定のインダクタン
スをもつインダクタを設け、該電流範囲にわたって徐々
に変化するインダクタンスをもつ出力チョークを設け、
および該チョークを空隙またはアークと直列にかつアー
クとキャパシタの間に接続する工程からなる。この方法
において、インダクタンスは溶接電流に対し反比例して
一般に直線状に変化するので、電流が増すとインダクタ
ンスは該直線に沿って徐々に減小する。これはアーク溶
接に対する最適の関係である。段階的な空隙によって生
じるように曲線に沿う屈曲点がない限り、一般に直線は
凹または凸の線形関係を有している。
の間の空隙に溶接電流を流すことにより溶接するための
ある電流範囲で作動する直流アーク溶接機の出力回路に
おけるインダクタンスを制御する方法を与える。この方
法は、溶接空隙またはアークと並列のキャパシタを充電
するため電流範囲にわたって一般に一定のインダクタン
スをもつインダクタを設け、該電流範囲にわたって徐々
に変化するインダクタンスをもつ出力チョークを設け、
および該チョークを空隙またはアークと直列にかつアー
クとキャパシタの間に接続する工程からなる。この方法
において、インダクタンスは溶接電流に対し反比例して
一般に直線状に変化するので、電流が増すとインダクタ
ンスは該直線に沿って徐々に減小する。これはアーク溶
接に対する最適の関係である。段階的な空隙によって生
じるように曲線に沿う屈曲点がない限り、一般に直線は
凹または凸の線形関係を有している。
【０００７】本発明は比較的大きな出力チョークを要す
るアーク溶接機に関するものである。この分野は照明・
音響・ビデオ設備のような低電力装置に対して使われる
電源とは区別される。このような装置用の小電源は、ア
ーク溶接に要する大電流または広範囲の電流をもたな
い。溶接機は５０Ａを超える電流を使う。実際、本発明
のチョークは不飽和コアをまだ保ちながら１００〜５０
０Ａの電流を扱うことができる。本発明では少なくとも
約１００Ａの電流を扱う。これは明らかに、他の電源に
使われるインダクタとは本発明の出力チョークを区別す
るものである。
るアーク溶接機に関するものである。この分野は照明・
音響・ビデオ設備のような低電力装置に対して使われる
電源とは区別される。このような装置用の小電源は、ア
ーク溶接に要する大電流または広範囲の電流をもたな
い。溶接機は５０Ａを超える電流を使う。実際、本発明
のチョークは不飽和コアをまだ保ちながら１００〜５０
０Ａの電流を扱うことができる。本発明では少なくとも
約１００Ａの電流を扱う。これは明らかに、他の電源に
使われるインダクタとは本発明の出力チョークを区別す
るものである。
【０００８】本発明は最適作動がインダクタンスと溶接
電流の間の反比例関係を伴うアーク溶接分野に関するも
のである。小インダクタは通常、電流とインダクタンス
の間の最適動作特性が線形であるところで使われる。電
流とインダクタンスの間に反比例関係の動作を与えるた
め、小インダクタが飽和曲線の膝で使われる。これは小
電流に対して最大のインダクタンスを与え、電流が増す
ときより低い値に対して揺動する。このようなインダク
タは「揺動リアクタ」と呼ばれるが、それらは磁気飽和
曲線の膝で比較的小電流範囲で動作し、通常１０Ａ未満
の小電流を扱う大きさである。このような小揺動リアク
タは、電流範囲が極めて広く、溶接電流が約５０Ａより
も大きな直流溶接機の出力チョークとしては使うことが
できなかった。
電流の間の反比例関係を伴うアーク溶接分野に関するも
のである。小インダクタは通常、電流とインダクタンス
の間の最適動作特性が線形であるところで使われる。電
流とインダクタンスの間に反比例関係の動作を与えるた
め、小インダクタが飽和曲線の膝で使われる。これは小
電流に対して最大のインダクタンスを与え、電流が増す
ときより低い値に対して揺動する。このようなインダク
タは「揺動リアクタ」と呼ばれるが、それらは磁気飽和
曲線の膝で比較的小電流範囲で動作し、通常１０Ａ未満
の小電流を扱う大きさである。このような小揺動リアク
タは、電流範囲が極めて広く、溶接電流が約５０Ａより
も大きな直流溶接機の出力チョークとしては使うことが
できなかった。
【０００９】本発明の主な目的は、直流アーク溶接機用
出力チョークを提供することで、該チョークは広範囲な
電流に対して徐々に変化するインダクタンスをもち、約
５０Ａを超える電流、通常は１００〜５００Ａの範囲の
電流を扱うことができる。
出力チョークを提供することで、該チョークは広範囲な
電流に対して徐々に変化するインダクタンスをもち、約
５０Ａを超える電流、通常は１００〜５００Ａの範囲の
電流を扱うことができる。
【００１０】本発明の他の目的は、ワイヤ供給速度が変
動するときあるいはアーク長さが変動するとき屈曲点を
生じず、電源を発振させない上記直流アーク溶接機用出
力チョークを提供することにある。
動するときあるいはアーク長さが変動するとき屈曲点を
生じず、電源を発振させない上記直流アーク溶接機用出
力チョークを提供することにある。
【００１１】さらに他の目的は、非線形エリアをもた
ず、飽和せずに広い溶接電流範囲にわたって作動できる
上記直流アーク溶接機用出力チョークを提供することに
ある。
ず、飽和せずに広い溶接電流範囲にわたって作動できる
上記直流アーク溶接機用出力チョークを提供することに
ある。
【００１２】さらに別の目的は、広範囲の溶接電流に対
して電流をインダクタンスの間に一般に直線関係をもつ
直流アーク溶接機用出力チョークを提供し、および該チ
ョークを使う直流アーク溶接機の出力回路におけるイン
ダクタンスを制御する方法を提供することにある。
して電流をインダクタンスの間に一般に直線関係をもつ
直流アーク溶接機用出力チョークを提供し、および該チ
ョークを使う直流アーク溶接機の出力回路におけるイン
ダクタンスを制御する方法を提供することにある。
【００１３】さらに他の目的は、チョークに対する一つ
の飽和曲線から他の飽和曲線に移ることなく、低いワイ
ヤ供給速度での高インダクタンスと高いワイヤ供給速度
での低インダクタンスを許す上記直流アーク溶接機用出
力チョークおよび該チョークを使う方法を提供すること
にある。
の飽和曲線から他の飽和曲線に移ることなく、低いワイ
ヤ供給速度での高インダクタンスと高いワイヤ供給速度
での低インダクタンスを許す上記直流アーク溶接機用出
力チョークおよび該チョークを使う方法を提供すること
にある。
【００１４】本発明の他の目的は、電流−インダクタン
ス関係を制御するためダイヤモンド形状の空隙をもつ直
流アーク溶接機用出力チョークを提供することにある。
ス関係を制御するためダイヤモンド形状の空隙をもつ直
流アーク溶接機用出力チョークを提供することにある。
【００１５】これらおよび他の目的と効果は添付図面を
用いて行われる以下の説明によって明らかになるであろ
う。
用いて行われる以下の説明によって明らかになるであろ
う。
【００１６】
【実施例】以下、図面を用いて説明するが、これらは本
発明の実施例を説明する目的のためだけであり、本発明
をそれらに限定する目的のものではない。図１は少なく
とも約５０Ａ、多ければ２００〜１０００Ａまで溶接電
流を作ることのできる直流アーク溶接機１０を示す。単
相線電圧として示される電源１２が変圧器１４を通して
整流器１６につながれている。もちろん、整流器は３相
電源によっても駆動されて直流電圧を発生できる。標準
実務によれば、約２０ｋ〜１５０ｋμＦの大きさのキャ
パシタ２０が約２０ｍＨの大きさのインダクタ２２によ
って充電される。整流器１６はインダクタ２２を通して
キャパシタ２０を充電し、該インダクタは変圧器のイン
ダクタンスによって代替され得る。端子２４・２６での
整流器１６からの出力電圧は、ワイヤ・フィーダ３２か
らの電極３０と工作物３４の間のアーク・ギャップａに
かかる電圧を維持するキャパシタ２０にかかる電圧であ
る。アークａにかかる電流を平滑に保つため、キャパシ
タ２０とギャップ・アークａとの間の出力回路に比較的
大きな出力チョーク５０が設けられている。本発明は電
流制御出力チョーク５０の組立と動作を含みそれを図６
に示す。従来、出力チョークは図２に示すような大きな
チョークで、チョーク１００は２つの対向面１０４・１
０６の間に設けられた空隙ｇをもつ高信頼性コア１０２
を有している。高電流が巻回（コイル）１１０のための
大ワイヤを必要とする。高インダクタンスを得るため、
巻回数は高い。飽和を防ぐため、コア１０２の断面積は
大きい。こうして、チョーク１００は大きくて重く、高
価である。対向面１０４・１０６の間の空隙ｇの幅を変
えることにより、図３のグラフに示すような飽和曲線に
よって、コア１０２は巻回１１０の高溶接電流によって
飽和する。与えられたチョークに対して空隙ｇが比較的
小さいと高インダクタンスが生じるが、低い溶接電流で
コアが飽和する。これを図３の飽和曲線２０で示す。空
隙ｇの幅が増すと、インダクタンスは減小し、飽和電流
が増す。この増大する空隙の大きさの関係が飽和曲線１
２２・１２４・１２６に示されている。各飽和曲線はそ
れぞれ飽和膝すなわち飽和点１２０ａ・１２２ａ・１２
４ａおよび１２６ａをもっている。図２のような固定空
隙をもつアーク溶接機１０を作動させると、所定の溶接
電流を受け入れるため、ある飽和曲線が選定されねばな
らない。高インダクタンスおよび大電流範囲を生じさせ
るため、巻回１１０の回数を増やし、コアを大きくしな
ければならない。これにより、チョークの大きさと重さ
が大幅に増す。チョークの重さと大きさを減らすことに
より、飽和曲線は直流溶接機の不安定な作動をひきおこ
す減小した飽和電流をもつ。このような固定空隙をもつ
出力チョークに伴う問題を解決するため、図４に示すよ
うなチョークを使うことが提案されてきた。チョーク２
００は空隙２１０をもつ高透磁率コア２０２を有してい
る。このチョークで、空隙は大ギャップ２１２と、小極
片２１６を付加して作られた小ギャップ２１４とで段階
的になっている。１００〜５００Ａを超える電流が巻回
（コイル）２２０を通って流れると、インダクタンスは
図５のように２つの部分飽和曲線に従う。この非線形曲
線は小ギャップ２１４が飽和するまでの第１部分２３０
と、大ギャップ２１２が飽和するまでの第２部分２３２
を有している。これらの２つの部分によって、破線２４
０に示すような効果的な電流−インダクタンス関係が得
られる。この反比例する電流−インダクタンス関係は電
気アーク溶接において有利である。これら２つの部分を
もつ曲線が低電流作動と高電流作動の双方を受け入れ
る。しかし、屈曲点２４２を生じる突然の飽和膝２３２
ａがある。アーク溶接機が破線２４０に沿って作動する
とき、ワイヤ供給速度が変動し、アーク長さあるいはア
ーク電圧が変動すると屈曲点２４０が発振をひきおこ
す。こうして、屈曲点２４２のエリアにハンチングは存
在し、図４に示す段階的な空隙の効果を減殺する。
発明の実施例を説明する目的のためだけであり、本発明
をそれらに限定する目的のものではない。図１は少なく
とも約５０Ａ、多ければ２００〜１０００Ａまで溶接電
流を作ることのできる直流アーク溶接機１０を示す。単
相線電圧として示される電源１２が変圧器１４を通して
整流器１６につながれている。もちろん、整流器は３相
電源によっても駆動されて直流電圧を発生できる。標準
実務によれば、約２０ｋ〜１５０ｋμＦの大きさのキャ
パシタ２０が約２０ｍＨの大きさのインダクタ２２によ
って充電される。整流器１６はインダクタ２２を通して
キャパシタ２０を充電し、該インダクタは変圧器のイン
ダクタンスによって代替され得る。端子２４・２６での
整流器１６からの出力電圧は、ワイヤ・フィーダ３２か
らの電極３０と工作物３４の間のアーク・ギャップａに
かかる電圧を維持するキャパシタ２０にかかる電圧であ
る。アークａにかかる電流を平滑に保つため、キャパシ
タ２０とギャップ・アークａとの間の出力回路に比較的
大きな出力チョーク５０が設けられている。本発明は電
流制御出力チョーク５０の組立と動作を含みそれを図６
に示す。従来、出力チョークは図２に示すような大きな
チョークで、チョーク１００は２つの対向面１０４・１
０６の間に設けられた空隙ｇをもつ高信頼性コア１０２
を有している。高電流が巻回（コイル）１１０のための
大ワイヤを必要とする。高インダクタンスを得るため、
巻回数は高い。飽和を防ぐため、コア１０２の断面積は
大きい。こうして、チョーク１００は大きくて重く、高
価である。対向面１０４・１０６の間の空隙ｇの幅を変
えることにより、図３のグラフに示すような飽和曲線に
よって、コア１０２は巻回１１０の高溶接電流によって
飽和する。与えられたチョークに対して空隙ｇが比較的
小さいと高インダクタンスが生じるが、低い溶接電流で
コアが飽和する。これを図３の飽和曲線２０で示す。空
隙ｇの幅が増すと、インダクタンスは減小し、飽和電流
が増す。この増大する空隙の大きさの関係が飽和曲線１
２２・１２４・１２６に示されている。各飽和曲線はそ
れぞれ飽和膝すなわち飽和点１２０ａ・１２２ａ・１２
４ａおよび１２６ａをもっている。図２のような固定空
隙をもつアーク溶接機１０を作動させると、所定の溶接
電流を受け入れるため、ある飽和曲線が選定されねばな
らない。高インダクタンスおよび大電流範囲を生じさせ
るため、巻回１１０の回数を増やし、コアを大きくしな
ければならない。これにより、チョークの大きさと重さ
が大幅に増す。チョークの重さと大きさを減らすことに
より、飽和曲線は直流溶接機の不安定な作動をひきおこ
す減小した飽和電流をもつ。このような固定空隙をもつ
出力チョークに伴う問題を解決するため、図４に示すよ
うなチョークを使うことが提案されてきた。チョーク２
００は空隙２１０をもつ高透磁率コア２０２を有してい
る。このチョークで、空隙は大ギャップ２１２と、小極
片２１６を付加して作られた小ギャップ２１４とで段階
的になっている。１００〜５００Ａを超える電流が巻回
（コイル）２２０を通って流れると、インダクタンスは
図５のように２つの部分飽和曲線に従う。この非線形曲
線は小ギャップ２１４が飽和するまでの第１部分２３０
と、大ギャップ２１２が飽和するまでの第２部分２３２
を有している。これらの２つの部分によって、破線２４
０に示すような効果的な電流−インダクタンス関係が得
られる。この反比例する電流−インダクタンス関係は電
気アーク溶接において有利である。これら２つの部分を
もつ曲線が低電流作動と高電流作動の双方を受け入れ
る。しかし、屈曲点２４２を生じる突然の飽和膝２３２
ａがある。アーク溶接機が破線２４０に沿って作動する
とき、ワイヤ供給速度が変動し、アーク長さあるいはア
ーク電圧が変動すると屈曲点２４０が発振をひきおこ
す。こうして、屈曲点２４２のエリアにハンチングは存
在し、図４に示す段階的な空隙の効果を減殺する。
【００１７】図１のチョーク５０は、図６〜８に示す本
発明の実施例に具体化されている。高透磁率材料のコア
５２は５０Ａ以上、好ましくは１００〜５００Ａ以上で
飽和を防ぐのに十分な大きさの断面積を有している。コ
ア５２の対向面５４・５６は間隔のあいた端５４ａ・５
４ｂおよび５６ａ・５６ｂの間にある。これらの端はそ
れぞれ互いに対向し、比較的小さな空隙を与えている。
対向面５４・５６の間にある中央部５８は大きな空隙を
作っている。このダイヤモンド形状空隙は、対向面５４
・５６の間隔のあいた端の間にあり、面５４の部分５４
ｃ・５４ｄおよび面５６の部分５６ｃ・５６ｄによって
区切られている。これらの部分は、ダイヤモンド形状空
隙の頂５４ｅ・５６ｅで最大になる空隙から分岐してい
る。溶接電流を流す大きさをもち所定のインダクタンス
を得る巻き数をもつ巻回（コイル）６０は、コア５２の
回りに溶接電流を流す。選定されたコアの大きさと巻回
数を伴って、図６のようなダイヤモンド形状の空隙を使
うことによって、図７のような電流−インダクタンス曲
線７０が得られる。曲線７０は電気アーク溶接に対する
理想的な電流−インダクタンス関係を表し、電流が２０
Ａから約２００Ａまで、時には５００〜１０００Ａを超
える高電流に増えるときのものである。図８のように、
端５４ａ・５６ａおよび５４ｂ・５６ｂでの小さな空隙
は低電流で飽和しやすい。電流が増すと、チョーク５０
のダイヤモンド形状空隙は飽和しない。高電流レベルで
は、チョークは極めて大きな空隙で飽和しようとする。
矢印で示したように、ダイヤモンド形状空隙を通る磁束
によるコアの飽和は位置ａでより小さな空隙を飽和させ
るが、点ｂ・ｃ・ｄから上には進まない。ダイヤモンド
形状空隙の頂は最大溶接電流のときでさえ飽和を防ぐよ
うに選ばれている。こうして、電流とインダクタンスの
間には直線関係が存在し、この関係はダイヤモンド形状
空隙を使用することによってゆるやかで連続的である。
発明の実施例に具体化されている。高透磁率材料のコア
５２は５０Ａ以上、好ましくは１００〜５００Ａ以上で
飽和を防ぐのに十分な大きさの断面積を有している。コ
ア５２の対向面５４・５６は間隔のあいた端５４ａ・５
４ｂおよび５６ａ・５６ｂの間にある。これらの端はそ
れぞれ互いに対向し、比較的小さな空隙を与えている。
対向面５４・５６の間にある中央部５８は大きな空隙を
作っている。このダイヤモンド形状空隙は、対向面５４
・５６の間隔のあいた端の間にあり、面５４の部分５４
ｃ・５４ｄおよび面５６の部分５６ｃ・５６ｄによって
区切られている。これらの部分は、ダイヤモンド形状空
隙の頂５４ｅ・５６ｅで最大になる空隙から分岐してい
る。溶接電流を流す大きさをもち所定のインダクタンス
を得る巻き数をもつ巻回（コイル）６０は、コア５２の
回りに溶接電流を流す。選定されたコアの大きさと巻回
数を伴って、図６のようなダイヤモンド形状の空隙を使
うことによって、図７のような電流−インダクタンス曲
線７０が得られる。曲線７０は電気アーク溶接に対する
理想的な電流−インダクタンス関係を表し、電流が２０
Ａから約２００Ａまで、時には５００〜１０００Ａを超
える高電流に増えるときのものである。図８のように、
端５４ａ・５６ａおよび５４ｂ・５６ｂでの小さな空隙
は低電流で飽和しやすい。電流が増すと、チョーク５０
のダイヤモンド形状空隙は飽和しない。高電流レベルで
は、チョークは極めて大きな空隙で飽和しようとする。
矢印で示したように、ダイヤモンド形状空隙を通る磁束
によるコアの飽和は位置ａでより小さな空隙を飽和させ
るが、点ｂ・ｃ・ｄから上には進まない。ダイヤモンド
形状空隙の頂は最大溶接電流のときでさえ飽和を防ぐよ
うに選ばれている。こうして、電流とインダクタンスの
間には直線関係が存在し、この関係はダイヤモンド形状
空隙を使用することによってゆるやかで連続的である。
【００１８】ダイヤモンド形状空隙概念を用いる他の２
つの実施例を図９・１０に示す。図９において、コア５
２の極片３００・３０２は、弓状形状で卵形あるいは楕
円形空隙を作る対向面３０４・３０６を有している。こ
の空隙は小さな空隙３１０・３１２と大きな中央空隙を
３１４にもっている。本発明のこの実施例は図１１のよ
うにわずかに凹の線形曲線７２を与える。図１１で概略
線形であるが凸の曲線７４は図１０のような本発明の実
施例によって得られる。ここでコア５２はそれぞれ対向
面３２４・３２６をもつ極片３２０・３２２を有してい
る。これらの対向面は中央部３３４での大きな空隙によ
って分離された小さな空隙３３０・３３２２をもつ曲直
線状である。この実施例はコアの中央部からコアの外端
に向かって空隙の幅が徐々に変わっている。実施例の最
適適用はダイヤモンド形状空隙で、図６・８に最も良く
示されている。図９の卵形空隙と図１０の曲直線状空隙
も、図１の直流アーク溶接機に使われるチョーク５０に
よって制御される大電流の電流−インダクタンス間の比
較的線形な反比例関係の曲線を与える。
つの実施例を図９・１０に示す。図９において、コア５
２の極片３００・３０２は、弓状形状で卵形あるいは楕
円形空隙を作る対向面３０４・３０６を有している。こ
の空隙は小さな空隙３１０・３１２と大きな中央空隙を
３１４にもっている。本発明のこの実施例は図１１のよ
うにわずかに凹の線形曲線７２を与える。図１１で概略
線形であるが凸の曲線７４は図１０のような本発明の実
施例によって得られる。ここでコア５２はそれぞれ対向
面３２４・３２６をもつ極片３２０・３２２を有してい
る。これらの対向面は中央部３３４での大きな空隙によ
って分離された小さな空隙３３０・３３２２をもつ曲直
線状である。この実施例はコアの中央部からコアの外端
に向かって空隙の幅が徐々に変わっている。実施例の最
適適用はダイヤモンド形状空隙で、図６・８に最も良く
示されている。図９の卵形空隙と図１０の曲直線状空隙
も、図１の直流アーク溶接機に使われるチョーク５０に
よって制御される大電流の電流−インダクタンス間の比
較的線形な反比例関係の曲線を与える。
【００１９】実施例において、空隙はコアに対して徐々
に収束して対称である。図１２・１３のような非対称形
状の空隙を与えることができる。図１２で、チョーク５
０のコア５２ａは極片３５０・３５２を有し、収束部３
６０・３６２および３６４・３６６をもつ対向面を有し
ている。これらの収束部は大空隙部３３８を区切り、こ
の大空隙部はコア中央からわずかに外れている。他の非
対称空隙形状を図１３に示す。ここでコア５２６は極片
３７０・３７２を有し、傾斜面３７４と直平面３７６を
もっている。図１３の空隙もフラットだが極片３７２に
対して傾斜している面をもつ極片３７０を形成すること
によって達成される。これらの構造により、左側に小さ
く右側に大きな部分をもつ空隙が作られる。これら２つ
の非対称空隙は図４の段階的な空隙２１０よりも良い結
果を与えるが、図８〜１０の実施例の対称空隙によって
達成される図１１の望ましい効果を得られない。
に収束して対称である。図１２・１３のような非対称形
状の空隙を与えることができる。図１２で、チョーク５
０のコア５２ａは極片３５０・３５２を有し、収束部３
６０・３６２および３６４・３６６をもつ対向面を有し
ている。これらの収束部は大空隙部３３８を区切り、こ
の大空隙部はコア中央からわずかに外れている。他の非
対称空隙形状を図１３に示す。ここでコア５２６は極片
３７０・３７２を有し、傾斜面３７４と直平面３７６を
もっている。図１３の空隙もフラットだが極片３７２に
対して傾斜している面をもつ極片３７０を形成すること
によって達成される。これらの構造により、左側に小さ
く右側に大きな部分をもつ空隙が作られる。これら２つ
の非対称空隙は図４の段階的な空隙２１０よりも良い結
果を与えるが、図８〜１０の実施例の対称空隙によって
達成される図１１の望ましい効果を得られない。
【００２０】実際には、チョーク５０は図１４のような
コア５２ｃを有している。ダイヤモンド形状対称空隙４
００が極片４０２・４０４の間に設けられ、極片４０２
・４０４は互いに接触して中間空隙４００を区切る隣接
端部４０６・４０８を有し、中間空隙４００は小さな空
隙部４１０・４１２をもちそれらが徐々に増大して大空
隙部４１４を有している。極片４０２・４０４は適当な
ピン４２２・４２４を使ってストラップ４２０によって
接合されている。空隙４００はダイヤモンド形状で、頂
または中心で大きく、コアの両端に向かって小さくな
る。このダイヤモンド形状空隙は概略線形で反比例関係
を電流とインダクタンスの間に与え、該関係は電気アー
ク溶接に対して最適である。チョークが現場で使用され
るためパッケージされるとき、低透磁率ポンティング材
料が空隙４００を埋められる。
コア５２ｃを有している。ダイヤモンド形状対称空隙４
００が極片４０２・４０４の間に設けられ、極片４０２
・４０４は互いに接触して中間空隙４００を区切る隣接
端部４０６・４０８を有し、中間空隙４００は小さな空
隙部４１０・４１２をもちそれらが徐々に増大して大空
隙部４１４を有している。極片４０２・４０４は適当な
ピン４２２・４２４を使ってストラップ４２０によって
接合されている。空隙４００はダイヤモンド形状で、頂
または中心で大きく、コアの両端に向かって小さくな
る。このダイヤモンド形状空隙は概略線形で反比例関係
を電流とインダクタンスの間に与え、該関係は電気アー
ク溶接に対して最適である。チョークが現場で使用され
るためパッケージされるとき、低透磁率ポンティング材
料が空隙４００を埋められる。
【図１】本発明の出力チョークを用いる直流アーク溶接
機の回路図。
機の回路図。
【図２】従来の出力チョークの斜視図。
【図３】図２の出力チョークに使われる空隙に対する電
流−インダクタンス曲線。
流−インダクタンス曲線。
【図４】図２の出力チョークの欠点を修正するために提
案された出力チョークの斜視図。
案された出力チョークの斜視図。
【図５】図４の出力チョークに対する電流−インダクタ
ンス曲線。
ンス曲線。
【図６】本発明の実施例よりなる出力チョークの斜視
図。
図。
【図７】図６の出力チョークに対する電流−インダクタ
ンス曲線。
ンス曲線。
【図８】本発明の他の実施例よりなる出力チョークの部
分拡大図。
分拡大図。
【図９】本発明の他の実施例よりなる出力チョークの部
分拡大図。
分拡大図。
【図１０】本発明の他の実施例よりなる出力チョークの
部分拡大図。
部分拡大図。
【図１１】図８〜１０の出力チョークに対する電流−イ
ンダクタンス曲線。
ンダクタンス曲線。
【図１２】図８〜１０の出力チョークの変形よりなる出
力チョークの部分拡大図。
力チョークの部分拡大図。
【図１３】図８〜１０の出力チョークの変形よりなる出
力チョークの部分拡大図。
力チョークの部分拡大図。
【図１４】本発明の実施例よりなる出力チョークの部分
拡大図。
拡大図。
１０： 直流アーク溶接機 ５０： 出力チョーク ５２： コア ６０： 巻回（コイル） ７０，７２，７４： 電流−インダクタンス曲線 ４００： 空隙 ４１０，４１２： 小空隙部 ４１４： 大空隙部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブライアン ケイス ハウサー アメリカ合衆国オハイオ州 44024 チャ ードン チャードン−ウインザー ロード 15016
Claims (20)
- 【請求項１】 互いに対向し、中間領域をもってそれぞ
れ２つの間隔のあいた端をもつ第１及び第２面に終わる
第１及び第２極片によって区切られたインダクタンス制
御用空気ギャップをもつ高透磁率コアからなると共に、
前記第１及び第２面が中間領域から各端に向かって収束
して前記ギャップ用の特定の断面形状を与えていること
を特徴とする直流アーク溶接機用出力チョーク。 - 【請求項２】 前記断面形状が対称である請求項１の出
力チョーク。 - 【請求項３】 断面形状がダイヤモンド形状である請求
項１の出力チョーク。 - 【請求項４】 断面形状が卵形である請求項１の出力チ
ョーク。 - 【請求項５】 断面形状が曲直線状である請求項１の出
力チョーク。 - 【請求項６】 中間領域が１つの端の方により近い請求
項１の出力チョーク。 - 【請求項７】 断面形状がダイヤモンド形状である請求
項６の出力チョーク。 - 【請求項８】 第１面の両端が第２面の両端と接触する
請求項１の出力チョーク。 - 【請求項９】 断面形状がダイヤモンド形状である請求
項８の出力チョーク。 - 【請求項１０】 断面形状が卵形である請求項９の出力
チョーク。 - 【請求項１１】 断面形状が曲直線状である請求項８の
出力チョーク。 - 【請求項１２】 中間領域が１つの端の方により近い請
求項８の出力チョーク。 - 【請求項１３】 ギャップが低透磁率材料で埋められる
請求項１の出力チョーク。 - 【請求項１４】 出力チョークが溶接電流を導くための
巻回コイルを有し、コイルとコアが少なくとも約１００
Ａの溶接電流で飽和を防ぐ大きさをもつ請求項１の出力
チョーク。 - 【請求項１５】 ギャップと並列に接続されたキャパシ
タを充電するため電流範囲にわたってほぼ一定のインダ
クタンスをもつインダクタを設け、該電流範囲にわたっ
て徐々に変化するインダクタンスをもつチョークを設
け、そして該チョークをギャップと直列にかつギャップ
とキャパシタの間に接続することを特徴とする電極と工
作物の間のギャップに溶接電流を流すことにより溶接す
るための与えられた電流範囲にわたって作動する直流電
気アーク溶接機の出力回路でインダクタンスを制御する
方法。 - 【請求項１６】 前記インダクタンスが溶接電流に対し
て概して直線で反比例して変化する請求項１５の方法。 - 【請求項１７】 チョークが巻回コイルを有し、そして
該コイルを通してギャップを横切って少なくとも約５０
Ａの溶接電流を導く工程を含む請求項１５の方法。 - 【請求項１８】 ２つの間隔のあいた端をもつ断面形状
をもつ領域を有する高透磁率コアと該領域内の空気ギャ
ップからなり、該ギャップが前記両端の間の距離の少な
くとも一部に対して徐々に変わる幅をもつ直流アーク溶
接機用出力チョーク。 - 【請求項１９】 ギャップが間隔のあいた端の間にほぼ
ダイヤモンド形状断面をもつ請求項１８の出力チョー
ク。 - 【請求項２０】 チョークが溶接電流を導くためのコイ
ルを有し、そしてコイルとコアが少なくとも約１００Ａ
の溶接電流で飽和を防ぐ大きさをもつ請求項１９の出力
チョーク。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US18414998A | 1998-11-02 | 1998-11-02 | |
| US184149 | 1998-11-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000141038A true JP2000141038A (ja) | 2000-05-23 |
| JP3151619B2 JP3151619B2 (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=22675766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29342899A Expired - Fee Related JP3151619B2 (ja) | 1998-11-02 | 1999-10-15 | 直流溶接機用出力チョークおよび該出力チョークの使用方法 |
Country Status (20)
| Country | Link |
|---|---|
| US (5) | US6859128B1 (ja) |
| EP (1) | EP0999564B1 (ja) |
| JP (1) | JP3151619B2 (ja) |
| KR (1) | KR100336721B1 (ja) |
| CN (1) | CN1202935C (ja) |
| AT (1) | ATE244450T1 (ja) |
| AU (1) | AU727969B2 (ja) |
| CA (1) | CA2284958C (ja) |
| DE (1) | DE59906171D1 (ja) |
| DK (1) | DK0999564T3 (ja) |
| ES (1) | ES2202982T3 (ja) |
| HU (1) | HUP9903995A3 (ja) |
| MY (1) | MY130731A (ja) |
| NO (1) | NO318789B1 (ja) |
| PL (1) | PL192456B1 (ja) |
| SG (1) | SG80076A1 (ja) |
| SI (1) | SI0999564T1 (ja) |
| SK (1) | SK286966B6 (ja) |
| TR (1) | TR199902411A3 (ja) |
| TW (1) | TW445467B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014185935A (ja) * | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Aisin Seiki Co Ltd | 電流センサ |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TR199902411A3 (tr) | 1998-11-02 | 2000-06-21 | Lincoln Global, Inc. | Dogru akim kaynak makinasi için çikis bobini ve kullanma yöntemi |
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| JP2003343677A (ja) * | 2002-05-27 | 2003-12-03 | Smc Corp | 電動アクチュエータ |
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