JP2001517368A - 変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、変圧器鉄芯（２４）の肢が挿通されている１次コイルと同心的に重ねられた円筒状巻線として形成された２次コイルとを含む、特に溶接用変圧器として抵抗溶接に使用される中間周波高出力変圧器（１０）に関する。１次コイル（３６，３８）の巻き線は、比較的厚さの薄い導電性金属細長片材料の複数の螺旋状に巻かれた層で形成され、２次コイル（４０）の巻き線は、１次コイルと２次コイルの間の所望の降圧比により選定された厚さのより厚い導電性金属細長片材料の適当な数だけ螺旋状に巻かれた層で形成されている。長手方向に対し直角の方向に測った金属細長片材料の巻き層の幅は、コイルに挿通された変圧器鉄芯（２４）の肢（２６）の長さと実質上同じか又はそれよりも僅かに短く、且つ２次コイル上の細長片（４４，４６）は、２次コイル（４０）の細長片の巻きの前面端縁に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】 変圧器 本発明は、特に変圧器鉄芯の一肢に巻かれた少なくとも一つの１次コイルと、 重ねて巻かれた同心の円筒状巻線として構成された２次コイルとを有する、抵抗 溶接用変圧器として使用される中間周波高出力変圧器に関する。 現在、金属板の加工片を一体に結合するには抵抗溶接により行うのが一般的で あり、大量生産では、好ましくは、所望の作業位置へ動かすことの出来る作業ア ームの自由端に、例えば車体金属板のスポット溶接用工具を担持させた溶接ロボ ットが使用される。溶接電流は、一般に低インピーダンスである溶接火箸に調和 した電圧の溶接用変圧器により供給される。即ち、溶接用変圧器は出力端におい て比較的低い二次電圧で極めて大きな電流を供給する。この溶接用変圧器は溶接 される車体等の近くに置かれるべきであり、ロボットの作業アームと共に動かさ れるべきである。このための必要条件は、ロボットアームが重量負荷の結果非常 に大きく且つ重い構造となるのを防ぎ且つ作業アームの正確な運動に必要な力が 出来るだけ小さくて済むようにするため、溶接用変圧器の重量を出来る限り小さ くすることである。 抵抗溶接の場合には、５０または６０Ｈｚの周波数を有する主利用交流電圧が 、従来は、単相の変圧器により必要な低溶接電圧に変圧される。大きい溶接電流 が必要な場合または軽い溶接電流源が要求される場合には、低周波数の結果とし て比較的大きな変圧器鉄芯が必要なため、主周波数の変圧器は不適当である。そ のため、３００Ｈｚ乃至約５ＫＨｚの作動周波数をもった所謂中間周波溶接装置 が開発されて来た。この場合、高い周波数であると変圧器鉄芯の大きさを可成り 縮小することができ、それに関連して重量も可成り軽減することが出来る。従来 、中間周波変圧器は、周波数と共に増大する溶接火箸における誘導損失を補償す るために、殆どもっぱらその出口側に整流器を接続して運転されて来た。この種 の変圧器は一般に水冷であるため、通常平べったいコイル構造が採用される。２ 次コイルは殆どの場合中空の方形横断面の外形をなすように構成され、その内部 へ冷却媒体が導かれるようになっている。他方、１次コイルの冷却は、平べった いコ イルが扁平な銅製の細長い一片から複数の層に巻かれて２次コイルの近傍に配置 されると云う点で、間接的に行なわれる。従来提案されて来た円筒状コイルを有 する中間周波溶接用変圧器については、１次と２次のコイル間に画成された冷却 用通路に導かれる冷却用媒体を１次と２次のコイルに対して流すことにより生じ る熱損失を排除するようにするため、多くの試みがなされて来た（ドイツ特許公 開第２５４９３２７号参照）。一次回路と二次回路との間の磁気結合及び各コイ ルにおける出来る限りの均一な電流密度の達成に関して云えば、平べったいコイ ルを使用する場合でも、高い作動周波数は特に変圧器においては高い損失を招き 且つ効率の低下を招くので、この構造では最良の結果は達成されない。 このような実情に鑑み、本発明の目的は、抵抗溶接または抵抗加熱用に使用で き且つ軽量であることから溶接火箸で作業する溶接ロボットのための溶接用変圧 器としても使用でき、それによって、抵抗溶接の場合に望ましい或いは必要な二 次電流の調整に必要な構成要素を簡単な方法で変圧器ユニット内に統合し得る、 低い二次電圧を有する高出力変圧器を提供することである。 上記形式の変圧器から出発して、この目的は、本発明によれば、１次コイルが 重ねて螺旋状に巻かれた比較的厚さの薄い導電性金属材料細長片の複数の層によ り構成され、２次コイルが重ねて巻かれた厚さの厚い導電性金属材料細長片の二 次電圧に対する一次電圧の所望の降圧比により選択された少数の層により構成さ れ、長手方向に直角に測った前記細長片の幅が巻線に挿通された変圧器鉄芯の肢 の長さと略等しいか又はそれよりも短く且つ二次側の接続線が２次コイルの前記 細長片の巻きの端縁に接続されていれば、達成される。かくして、１次コイルは 、−２次コイルと同様に−重ねて巻かれた細長片材料例えば銅板の細長片状バン ドの螺旋層により構成されると共に薄い細長片材料の複数の層により構成され、 ２次コイルは、出来るだけ小さい抵抗により低電圧で大きい二次電流を導き出す ために二次電圧に対する一次電圧の所望の降圧比に従って選択された比較的大き い横断面面積を持つ厚い細長片材料のより少数の層によって構成される。 本発明の好適実施例によれば、変圧器は、互いに間隔を置いて配置されていて 両端が各ウエブにより連結されている三つの平行な肢を有する変圧器鉄芯を含み 、その中央肢には、先ず内側の１次コイルを同心的に取り囲む２次コイルに半径 方 向で隣接する第一の内側１次コイルが、次に２次コイルに半径方向で隣接する同 心の外側の第二の１次コイルが好適に設けられた、シエル型の単相変圧器として 構成されている。 二次側での変圧器の接続は、２次コイルの巻き層の端縁に一体に取り付けられ 且つ関連した各端縁から半径方向へ直角に而も変圧器コイルの関連した各端面を 覆うシエル鉄芯の三肢により限定される中央平面に対し半径方向へ直角に略外方 に折り曲げられた導電性金属材料細長片の形で好都合に構成され得る。従って、 これら接続要素の形状は、鉄芯の外側に延びる磁力線の方向に略配列される。 二次側での変圧器の接続は、２次コイルの巻き層の対向端縁に取り付けられ且 つ関連した各端縁から略直角に而も変圧器鉄芯の三肢により限定される平面に対 し半径方向へ直角に変圧器コイルの関連した各端面を覆って外側に折り曲げられ た導電性金属材料の各二つの細長片を持つことができ、それにより、同一の巻線 に接続された細長片の各対のコイルから離れている自由端は、変圧器鉄芯の中央 肢に実質上平行なコイルを覆って延びる導電材料より成る各共通の接続板により 一緒に接続されるのが便利である。 本発明の好適実施例においては、２次コイルは、その半径方向最も内側と半径 方向最も外側と中央の巻き層（中央タツプ）に連結された合計三つのコネクター 即ち接続板を有している。 そして、２次コイルの半径方向最も内側の巻き層に接続された接続細長片に接 続され且つ２次コイルの半径方向最も外側の巻き層に接続された接続板は互いに 横方向へ片寄せられた平面内に配置されており、一方、中央の巻き層に接続され た接続細長片に接続された接続板はそれに対して片寄せられた平行な平面内に好 適に配置されている。 従って、２次コイルの半径方向最も内側の巻き層に関連した接続板のコイルか ら離れていて２次コイルの半径方向最も内側の巻き層の平坦面に、他方の電気的 接続部が２次コイルの共通の電気的接続部へ共に延びている少なくとも一つの各 半導体整流素子のコネクター接点が接続されていれば、変圧器内へ二次電流の整 流に必要な整流回路を統合することが可能である。 整流素子が対向する平坦面上に設けられた各コネクター接点表面を有する円盤 状の高出力半導体ダイオードの形で構成されているならば、半導体ダイオードは ２次コイルの平行な接続板の一方の、コイルから離れた面上にあるコネクター接 点表面と電気的に接触しており、一方、各他方のコネクター接点表面は共通のコ ネクターを構成する平行な片寄せられた接続板のその方向に向けられた平坦面と 電気的に接触するように構成され得る。 可能な限り低抵抗の接点を構成するために、半導体ダイオードは、電気接続板 と共通なコネクター接点表面との間に、この目的のために好都合に使用される予 め押圧されたばね要素を締結せしめるのが好都合である。 熱損失を排除するために、変圧器は、内部が変圧器の外形と実質上対応するよ うに構成されていてその壁に液状またはガス状の冷却媒体を流すための通路を設 けたハウジング内に収納されるのが良い。 本発明は、図面と共に記述される下記実施例により詳細に説明される。図面に おいて： 図１は二次側に組み込まれた整流回路を有する単相変圧器の概略回路図を示す ； 図２は単相のシエル型変圧器の形をなす本発明による溶接用変圧器の一実施例 の斜視図である； 図３は図２に示された変圧器の正面図である；そして 図４は図３の矢印４方向に見た変圧器の図である。 図１は、３００Ｈｚ乃至５ＫＨｚの周波数の高電圧の交流を低電圧高アンペ数 の直流に変換するための、溶接用変圧器として提供される単相変圧器１０の回路 図を概略的に示している。この目的のために、変圧器１０は、鉄芯１２上に設け られた高巻き数の１次コイル１４と低巻き数の２次コイル１６とを有している。 １次コイル１４は、接続配線１８ａ，１８ｂにより、高圧で上記周波数範囲内の 交流を提供する電圧源に接続され得る。２次コイル１６は、所謂中央タップ即ち コイル巻線の外方端に接続された接続配線２０ａ，２０ｂに加えて、２次コイル 巻線の中間に接続された第三の接続配線２０ｃを持っている。二次側接続配線２ ０ａ及び２０ｂ内には、２次コイル１６内に誘起される交流電流の半波を通過せ しめる整流素子１６が接続されている。接続配線２０ａ及び２０ｂは、共通の接 続配線２０に整流素子２２の後方で電気的に接続されている。従って、１次コイ ル１４へ供給される交流電流は、接続配線２０と２０ｃから取り出される１次コ イルと２次コイルの巻き数比に対応した高アンペア数で低電圧の直流電流に変換 される。 二次電流のための完全な整流作用を持った単相シエル型変圧器の形に構成され たかかる溶接用変圧器１０の一実施例の内部構造が、図２−４にハウジング無し に示されている。対向する端面がヨークまたはウエブにより一体的に連結された 間隔を置いて配置された三つの平行な鉄芯肢により構成された変圧器鉄芯の中央 肢には、重ねて螺旋状に巻かれていてその幅がコイルに挿通された変圧器鉄芯の 肢の長さと実質上等しいか又はそれより僅かに短い細長い一片状の銅バンドの巻 き層によって各々が構成されている円筒状または管状の形状をなす１次及び２次 コイル１４及び１６が用いられている。図２−４において全体が符号２４で指示 されている変圧器鉄芯は、互いに絶縁された金属細長片により従来方法で構成す ることができ、コイルを担持する中央肢は図中符号２６で指示されており、ヨー ク２８により中央肢２６に連結された二つの外側肢は符号３２と３４により指示 されている。図１の概略回路図において符号１４で指示された１次コイルは、二 つの成分コイル即ち第一の内側１次コイル３６と第二の外側１次コイル３８に分 割されている。細長片材料の個々の巻き層は図面には示されていない。内側１次 コイル３６と外側１次コイル３８の間には、比較的厚い細長片材料の少数の巻き 層のみを含む２次コイル４０が配置されている。 ２次コイル４０の二つの巻き端への電気的な接続は、２次コイルの細長片材料 の各巻き層の外側の層の端面の縁に取り付けられた電気コネクターにより構成さ れて、接続されるべき巻き層の二つの端面の各々に、コイル３６，３８及び４０ の関連した端面を覆って外方へ弓形に移行する領域で鉄芯２４の三つの肢３２， ２６及び３４により限定される中央平面に対し直角に且つ関連した端縁に対し略 直角に伸びる層内へ折り曲げられた各細長片即ち導電性細長片材料から成る合計 二つの細長片の対４４及び４６が取り付けられるようになっている。同じ巻き層 に接続された接続用細長片の各対４４，４６のコイルから離れている自由端は、 コイル３６，３８及び４０を覆って鉄芯２４の中央肢２６と夫々実質上平行に延 びた各共通の接続板４８及び５０により一緒に接続されている。これらの接続板 ４８及び５０は互いに側方に片寄せられて同一平面上にある。２次コイル４０も 、該コイル４０の中央巻線の対向端から同様に折り曲げられた（図示しない）各 接続用細長片が設けられ、該コイルから離れたその外方端に、接続板４８及び５ ０と平行に僅かな間隔を置いて夫々設けられていて該接続板４８及び５０と平行 に且つその上に間隔を置いて延びている接続板５２が接続された、同様に構成さ れた中央コネクターを持っている。接続板４８と５０の上面とそれらに対向する 接続板５２の下面の間には、コネクターとして構成されたその対向平坦面が接続 板４８，５２及び５０，５２間に夫々締め付けられた少なくとも一つずつの円盤 状の半導体ダイオード５４，５６が介置されている。この円盤状半導体ダイオー ド５４，５６は、一方の接触面は共通の接続板５２に対しまた他方の接触面は各 関連した接続板４８または５０に対して電気的に導通状態に当接した十分に高出 力の整流素子として動作する。半導体ダイオード５４，５６は接続板５２と各関 連した接続板４８及び５０との間に弾力的に締め付けられているため、例えば加 熱の結果変圧器の構成要素が膨張したとしても、接続板とダイオードの接触面と の間の電気的な接触が損なわれることはない。適用されるべき弾力は、例えばダ イオードから離れている接続板５２の上面と図示しない変圧器ハウジングとの間 に介置された（非導電性の）弾性ばね要素５８，６０により生成され得る。 実際の変圧器を収容する図示しない上記ハウジングは、内部が変圧器の上記構 成要素の外形に実質上対応するように構成され、ハウジングの壁には、ガス状ま たは液状の冷却用媒体を流す通路が設けられるのが好ましい。 本発明概念の範囲内で上記実施例の修正または展開を行うことが可能であるこ とは明らかであり、１次及び２次コイルが金属細長片材料で円筒状または管状に 構成され、２次コイルを構成する細長片材料の巻線の端面縁には少なくとも二次 側接続配線が接続されて、その形は変圧器鉄芯の外側に延びる外部配線の方向へ 実質上続くように指向されるのが重要である。１次コイルが厚さの薄い銅細長片 の巻き層で構成され且つ２次コイルが比較的厚さの厚い細長片または板状の材料 の少ない巻き層で構成されている結果、電流は変圧器鉄芯の外側の同一強度の磁 場の複数の点により限定される平面内にほぼ導かれる。従って、不均一な電流分 布の結果観察される高周波交流電流による抵抗の増加の影響は低減されて、この ように構成された溶接用変圧器は軽量且つ小型であるにも拘わらず出力の増大が 可能ならしめられる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 特に鉄芯の一肢に巻かれた少なくとも一つの１次コイルと、同心的に重ね て巻かれた円筒状巻線として構成された２次コイルとを有する、抵抗溶接用変圧 器として使用される中間周波高出力変圧器において、１次コイル１４，３６，３ ８は重ねて螺旋状に巻かれた比較的厚さの薄い導電性金属材料細長片の複数の層 により構成され、２次コイル１６，４０は重ねて巻かれた厚さの厚い導電性金属 材料細長片の、二次電圧に対する一次電圧の所望の降圧比により選択された少数 の層により構成され、長手方向に直角に測った前記細長片の幅は巻線に挿通され ている変圧器鉄芯１２，２４の肢２６の長さと略等しいか又はそれよりも僅かに 短く、二次側の接続線２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，４４，４６が２次コイル１６， ４０の前記細長片の巻き端縁に接続されており、変圧器が、内部が変圧器１０の 外形と略対応するように構成され且つ壁に冷却用媒体の流れのための通路が設け られたハウジング内に納められていることを特徴とする中間周波高出力変圧器。 2. 互いに間隔を置いて配置されていて両端が各ウエブにより連結されている 、請求の範囲１に請求した如き、三つの平行な肢を有する変圧器鉄芯を含むシエ ル型の単相変圧器において、変圧器鉄芯２４の中央肢２６には、最初に半径方向 内側の１次コイル３６を同心的に取り囲む２次コイル４０に半径方向で隣接する 第一の内側１次コイル３６が、次に２次コイル４０に半径方向で隣接する同心の 外側の第二の１次コイル３８が設けられていることを特徴とするシエル型単相変 圧器。 3. 二次側での変圧器１０の接続は、２次コイル４０の巻き層の端縁に一体に 取り付けられていて、関連した各端縁から半径方向へ直角に而も変圧器コイル３ ６，３８，４０の関連した各端面を覆うシエル鉄芯の三肢３２，２６，３４によ り限定された中央平面に対し半径方向へ直角に略外方に折り曲げられた導電性金 属材料細長片４４，４６の形で構成されていることを特徴とする請求の範囲２に 記載の変圧器。 4. 二次側での変圧器１０の接続は、２次コイル４０の巻き層の対向端縁に取 付けられていて、関連した各端縁から略直角に而も変圧器鉄芯２４の三肢５２， ２６，３４により限定される平面に対し半径方向へ直角に変圧器コイルの関連し た各端面を覆って外側に折り曲げられた導電性金属材料の各二つの細長片４４， ４６を有し、且つ同一の巻き層に連結された細長片の各対４４，４６のコイルか ら離れている自由端は、変圧器鉄芯２４の中央肢２６に実質上平行なコイルを覆 って延びる導電材料より成る各共通の接続板４８，５０により一緒に結合されて いることを特徴とする請求の範囲３に記載の変圧器。 5. ２次コイル４０は、その半径方向最も内側と半径方向最も外側と中央の巻 き層に接続された合計三つのコネクター即ち接続板４８，５７，５２を有してい ることを特徴とする請求の範囲３または４に記載の変圧器。 6. ２次コイル４０の半径方向最も内側の巻き層に接続された接続細長片４４ ，４６に接続され且つ２次コイル４０の半径方向最も外側の巻き層に接続された 接続板４８，５０は互いに横方向に片寄せられた平面内に配置されており、一方 、中央の巻き層に接続された接続細長片に接続された接続板５２はそれに対して 片寄せられた平行な平面内に配置されていることを特徴とする請求の範囲４また は５に記載の変圧器。 7. ２次コイルの半径方向最も内側の巻き層に関連した接続板４８，５０のコ イルから離れていて２次コイルの半径方向最も外側の巻き層の平坦面には、他方 の電気的接続部が２次コイル４０の共通の電気的接続部（接続板５２）へ共に延 びている少なくとも一つの各半導体整流素子のコネクター接点が接続されている ことを特徴とする請求の範囲６に記載の変圧器。 8. 整流素子は、各コネクター接点表面が対向する平坦面上に設けられている 円盤状の高出力半導体ダイオード５４，５６の形に構成され、該半導体ダイオー ド５４，５６は２次コイル４０の平行な接続板４８，５０の一方のコイルから離 れた面上にあるコネクター接点表面と電気的に接触しており、一方、各他方のコ ネクター接点表面は共通のコネクターを構成する接続板５２のその方向に向けら れた平坦面と電気的に接触していることを特徴とする請求の範囲７に記載の変圧 器。 9. 半導体ダイオード５４，５６は、平行な電気的接続板４８，５０と共通の 接続板５２との間に締結されていることを特徴とする請求の範囲８に記載の変圧 器。 10． 平行な接続板４０，５０と共通の接続板５２は、半導体ダイオード５４， ５６の各対向する接点表面に対し予め圧接されたばね要素５８，６０により弾圧 されていることを特徴とする請求の範囲９に記載の変圧器。