JP2003136240A - 蓄電池式溶接機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】蓄電池とトランスの効率の低さを解決し、小型
軽量でかつ溶接性能の高い蓄電池式溶接機を実現するこ
と。 【解決手段】蓄電池と充放電機能とを有する可搬式の溶
接機であって、蓄電池には純鉛極板を使用した鉛シール
型蓄電池を、充電用トランスには断面が略円形のラウン
ドネスコアを用いて相対向するコイル間を空気の流通路
としたラウンドネスコア型トランスをそれぞれ用い、少
なくとも放電電流制御用抵抗と充電用トランスとを同一
部位に上下の位置関係で配すると共に、容器部材をアル
ミニウムによって構成すること。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【本発明の属する技術分野】本発明は、蓄電池式の溶接
機に関するものであり、蓄電池を用いて小型で且つ高性
能の溶接機を実現するための設計的技術の分野に属する
ものである。 【０００２】 【従来の技術】本発明の対象となる蓄電池式の溶接機
は、主としてマンションや商業ビルなどの屋内工事用と
して広く用いられている。このため、マンション等の高
層階などの工事場所に運搬しなければならず、また電源
ケーブルの引き回しに煩わされることなくあらゆる部位
での使用を可能とするよう、小型軽量化が要求されるこ
とになる。図１には、一般的な蓄電池式溶接機の構成図
を表している。搬送用車輪１が取り付けられた金属シャ
ーシ３内に蓄電池５が収納され、この金属シャーシ３上
に、電気回路部７が設けられた構造が一般的である。電
気回路部７は制御基板９、トランス１１、放電用抵抗１
３、冷却ファン１５、溶接電流安定用リアクター１６な
どからなり、通常は図示したような配置で取り付けられ
ている。このような蓄電池式溶接機の使用方法は、概ね
次のようになる。 【０００３】電源ケーブル（図示せず）をＡＣコンセン
トに差込み、蓄電池５を充電する。このときには、制御
基板９およびトランス１１によって所定の電圧に制御さ
れ、蓄電池５に供給される。充電が完了するとＡＣ電源
から切り離され、使用ポイントに搬送して使用に供され
る。出力線には溶接棒（いずれも図示せず）が取り付け
られ、鉄骨などの被溶接材との間に電流を流すことで溶
接が行われる。 【０００４】このような蓄電池式の溶接機は主として屋
内作業であり、対象となる被溶接材も細いことから、ほ
とんどが、直径１．６ｍｍから３．２ｍｍの溶接棒を使
用される。１．６ｍｍと３．２ｍｍでは、溶接時に必要
となる最適電流が異なり、１．６ｍｍの溶接棒の方を、
低い電流値に調整しなければならない。しかし溶接機と
しては、３．２ｍｍの溶接棒の場合に安定的な電流が取
り出せるよう設計されるため、１．６ｍｍの溶接棒の時
には、電流値を抑える必要がある。溶接棒は非常に抵抗
が低く、また効率的な溶接作業を可能とするため、この
機能は放電用抵抗１３によってなされることになる。 【０００５】溶接時の電力は蓄電池５から供給され、溶
接作業とともに蓄電池５の容量は低下する。そして蓄電
池５の端子電圧が放電終止電圧まで低下すると溶接作業
を一旦停止し、再び充電が行われる。このように、充電
→溶接作業→充電を繰り返しながら使用されるので、必
要に応じて簡便に搬送できるよう、小型軽量化が要求さ
れるのである。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】このような従来の溶接
機には、次のような問題点が有った。先ず大きさと重量
が嵩むという点が挙げられる。これは蓄電池５およびト
ランス１１の大型化に起因している。本発明の対象とな
る溶接機の大きさの場合、溶接のためには平均で８０〜
１６０Ａの電流が必要であり、大きな放電電流が得られ
る蓄電池が必要となる。蓄電池の放電電流はその内部抵
抗で決まり、一般に極板面積の大きい、すなわち容量が
大きい蓄電池ほどその内部抵抗は低く、放電電流も大き
くなる。このような溶接機では一般的な鉛蓄電池が用い
られるが、鉛蓄電池の場合は、そのほとんどの極板にカ
ルシウム−鉛合金が用いられている。カルシウム−鉛極
板では内部抵抗の低減に限界があり、大きな電流を取り
出そうとするとどうしてもより大容量の蓄電池を使わざ
るを得ない。加えて、溶接の際には溶接棒が溶融してい
くが、溶接棒の消耗に伴う抵抗変化と共に必要となる電
流値が変化する。従って溶接棒を全長にわたって使い切
るためには、安定した大電流放電特性および、取り出せ
る電流範囲の向上が要求されることになる。しかしこれ
まで用いられていた蓄電池では、これらの性能を得るこ
とが出来ない。これは蓄電池の内部抵抗が高いためであ
り、溶接作業と共に蓄電池の電圧が低下したときに必要
な電流が取り出せないからである。従って、従来の蓄電
池では溶接棒のロスも発生することになる。さらにカル
シウム−鉛極板はサイクル寿命が短いため、溶接機のよ
うな過酷な使用条件では、蓄電池の寿命が極めて短くな
る。加えて、従来の蓄電池ではその内部抵抗が高いこと
から急速充電も出来ず、作業性が低下する。またトラン
スについては、充電時の電流容量を出来るだけ高くする
必要性から大型化する。このような溶接機は、使用現場
において充電と放電を繰り返すため、急速充電を行うこ
とが望ましい。急速充電のためには少しでも大きい充電
電流を流さなければならず、トランスを構成するコアが
大型化するからである。一般的なトランスは図２のよう
にＥＩコアトランス呼ばれ、Ｅ型のコア１７とＩ型のコ
ア１９を組合せ、Ｅ型コア１７の部分にコイル２１を巻
回したものである。コイル２１は、効率を高めるために
一次側と二次側を重畳して巻回するのが一般的である。
このようなＥＩコアトランスでは、Ｅ型コア１７とＩ型
コア１９とを完全に密着させることは出来ず、境界２３
にわずかな空気層が形成される。このため、透磁損失が
発生し、トランスが大型化し、損失分が熱となって発生
する。すなわち、効率の低さからコイルの線径と線長が
嵩む結果、大型化してしまうのである。これにより、コ
イル体積が嵩み、図示するようにコイルの内側までにわ
たって全体を直接冷却することが不可能であり、設置部
の周辺に自然冷却のためのスペースを確保しなければな
らない。この結果、機器が大型化してしまうことにな
る。 【０００７】このような蓄電池やトランスの大型化ゆえ
に更なる問題点も発生している。これらが大型化すると
当然ながらその重量が増大する。これらのパーツはシャ
ーシ等に対してネジ止めされるため、ネジ止め強度を確
保するためには、シャーシ等に強度が高く廉価な鉄系の
金属を使わなければならない。このため漏れ磁束による
「唸り音」が発生し、作業環境を損ねてしまうことにな
る。 【０００８】このように従来の蓄電池式溶接機において
は、主として蓄電池とトランスの効率の低さから、機器
の大型化が著しく、その使用実態から可搬式であること
が不可欠ながら、大きさおよび重量ともに満足できるも
のはなかった。 【０００９】 【課題を解決するための手段】以上のような現状の下、
小型軽量化でかつ溶接性能の高い蓄電池式溶接機を案出
するに至った。本発明は、蓄電池と充放電機能とを有す
る可搬式の溶接機であって、蓄電池には純鉛極板を使用
した鉛シール型蓄電池を、充電用トランスには断面が略
円形のラウンドネスコアを用いて相対向するコイル間を
空気の流通路としたラウンドネスコア型トランスをそれ
ぞれ用い、少なくとも放電電流制御用抵抗と充電用トラ
ンスとを同一部位に上下の位置関係で配すると共に、容
器部材をアルミニウムによって構成したことを特徴とす
る蓄電池式溶接機とすることで実現できる。 【００１０】次に本発明の作用について説明する。蓄電
池に純鉛極板を用いると、その内部抵抗が低下し、大電
流の放電が可能となる。またサルフェーションが発生し
にくくなるため、サイクル寿命も長くなる。充電用トラ
ンスにラウンドネスコア型トランスを用いると、透磁損
失が少なくなり、その体積を小型化できる。さらにトラ
ンスの相対向するコイル間を空気の流通路とすると、直
接的にトランスを冷却することが出来る。さらに、放電
電流制御用抵抗と充電用トランスとを同一部位に上下の
位置関係で配すると、機器レイアウト上のロススペース
がなくなる。このレイアウトは、トランスが強制冷却可
能となることから、従来のようにトランス周囲にスペー
スを確保する必要がなくなるからである。このような構
成から蓄電池やトランスが軽量化され、容器部材にアル
ミニウムを使用しても、ネジ等による螺着強度が確保で
きる。そして、アルミニウムは鉄系の材料に比べて透磁
率が低く、唸り音も低減される。 【００１１】 【発明の実施の形態】次に図面に基づいて本発明の実施
形態を説明する。図３は、本発明の技術思想を表現する
ための説明図面である。図は、純鉛極板を使用した鉛シ
ール型蓄電池２５を容器部材のうちの下部金属シャーシ
２７内に寝かした状態で収納し、放電電流制御用抵抗２
９と充電用トランス３１とを同一部位に上下の位置関係
で配したものである。放電電流制御用抵抗２９、充電用
トランス３１、制御基板３３、冷却ファン３５が下部金
属シャーシ２７の上に収納され、電気回路部３７を構成
している。この電気回路部３７は上部の容器部材に該当
し、これら上下の容器部材によって、溶接機全体の筐体
を構成している。なお３８は搬送用車輪、３９は溶接電
流安定用リアクター、４０は搬送用把手である。本発明
では、上下の容器部材の両方をアルミニウムによって構
成することに加え、上下のいずれか一方をアルミニウム
としても、目的とする効果を得ることが出来る。これ
は、蓄電池２５と充電用トランス３１の小型軽量化が実
現できたからである。軽量であるため、アルミニウムの
螺着強度でも十分これらパーツを固定できるのである。
さらにアルミニウムは従来の鉄系鋼板に比べると熱伝導
率が高いため、放熱効率が向上することになる。また、
冷却ファン３５は放電電流制御用抵抗２９と充電用トラ
ンス３１との隣接部位に、金具３６によって取り付けら
れ、これらに冷却用の風を送れるようになっている。充
電用トランス３１には断面が略円形のラウンドネスコア
を用い、その相対向するコイル間を空気の流通路として
いる。従って冷却ファン３５により、放電電流制御用抵
抗２９と充電用トランス３１が同時に強制冷却される。 【００１２】従来技術のように充電用トランスの周囲に
スペースを設けず、冷却ファン３５による強制冷却を可
能としたのは、ラウンドネスコアとしつつ相対向するコ
イル間を空気の流通路としたからである。これを図４、
図５によって説明する。図４は、本発明に用いるラウン
ドネスコア型トランスの構造例を表したものである。図
示するように、断面が略円形のコア４１の対向位置に、
コイル４３ａ、４３ｂを巻回し、相対向するこれら２つ
のコイル４３ａ、４３ｂ間に、空隙が設けられ、空気の
流通路４５となっている。このようなコアは、図５に示
すような形状のコア用鋼板（ケイ素鋼板など）４７を断
面形状が四角形の芯に巻回したものである。従って、巻
回後の断面形状を円形に仕上げることが出来る。コア用
鋼板４７の曲率などの形状要素は、鋼板４７の厚さと巻
回後の直径によって個別に設計されるものである。この
ような構造により、従来のＥＩコアのようにコア材料の
不連続面がなく、透磁効率が大きく向上するのである。
またＥＩコアは、Ｅ型、Ｉ型の薄板を積層したものなの
で、その断面は四角形になり、そこにコイルを巻くため
にコイルとコアの間に空隙が生じ、これもトランスの効
率を低下する要因として働いている。しかしラウンドネ
スコアではコアの断面形状は円形であり、そこにコイル
を巻回するためコイルとコアとの間の空隙は生じない。
このことも本発明に用いるトランスが高効率たる所以の
一つの要因である。 【００１３】透磁効率が高くなる結果、コイルの線径も
小さく出来ることから、全体としてトランスが小さく出
来る。本発明で用いた充電用トランスは、同じ容量で従
来品と比べて、その重量を約３分の１にまで低減するこ
とが出来た。そして図示するように、相対向するコイル
４３ａ、４３ｂの間には空気の流通路４５が形成され、
先に説明した冷却ファン３５からの風が通り抜けるよう
になっている。このような独自形状のラウンドネスコア
を用いることでコイル４３ａ、４３ｂの体積が小さくな
り、冷却ファン３５からの風でコイルの内部から外部に
わたって全体を効率的に冷却することが出来る。 【００１４】このような充電用トランス３１や放電電流
制御用抵抗２９などの発熱部品を一箇所にまとめて強制
冷却できるので、全体として高い冷却効率を得ることが
出来る。そして機器の小型化が達成できるのである。 【００１５】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、次のよ
うな優れた効果を得ることができる。蓄電池に純鉛極板
を用いると、その内部抵抗が低下し、大電流の充放電が
可能となることから、より小さな体積で従来と同等また
はそれ以上の性能を得ることが出来る。また内部抵抗の
低下は、溶接棒を安定して全て使い切ることにも寄与で
き、経済性が高まる。さらにサルフェーションが発生し
にくくなるため、サイクル寿命も長くなり、このことも
溶接機の経済性を大きく高めることになる。充電用トラ
ンスにラウンドネスコア型トランスを用いると、透磁損
失が少なくなり、その体積を小型化できるので、重量も
軽くすることが出来る。さらにトランスの相対向するコ
イル間を空気の流通路とすると、直接的にトランスを冷
却することが出来るので、レイアウト上、トランスの周
囲にスペースを確保する必要がなく、溶接機全体の小型
化に寄与できる。さらに、放電電流制御用抵抗と充電用
トランスとを同一部位に上下の位置関係で配すると、機
器レイアウト上のロススペースがなくなり、この点も溶
接機全体の小型化に寄与する。蓄電池やトランスの軽量
化は、容器部材としてアルミニウムを使用することを可
能にし、アルミニウムというやわらかい金属を使用して
もネジ等による螺着強度が確保でき、鉄系の材料に比べ
て透磁率が低いことから唸り音も低減され、優れた作業
環境を実現できる。唸り音の低減は、ラウンドネスコア
による高効率化による漏れ磁束の低減に加え、アルミニ
ウムという材料による低透磁率の相乗効果として得られ
るものである。さらにアルミニウムを使用できることか
ら放熱効果が向上し、蓄電池の寿命も延びることにな
る。 【００１６】このように本発明の蓄電池式溶接機は、屋
内使用を想定した可搬式の溶接機に要求される「軽
い」、「小さい」、「静か」といった諸要素を全て満足
できる優れたものであり、蓄電池の長寿命化のあわせて
実現できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】従来の一般的な蓄電池式溶接機の構成図 【図２】ＥＩコアトランスの構造説明図 【図３】本発明の蓄電池式溶接機の技術思想を表現する
ための説明用図面 【図４】本発明に用いるラウンドネスコア型トランスの
構造例の説明図 【図５】本発明に用いるラウンドネスコア型トランスに
用いるコア用鋼板の形状例を表す説明図 【符号の説明】 １ 搬送用車輪 ３ 金属シャーシ ５ 蓄電池 ７ 電気回路部 ９ 制御基板 １１ トランス １３ 放電用抵抗 １５ 冷却ファン １６ 溶接電流安定用リアクター １７ Ｅ型のコア １９ Ｉ型のコア ２１ コイル ２３ コアの境界 ２５ 純鉛極板を使用した鉛シール型蓄電池 ２７ 下部金属シャーシ ２９ 放電電流制御用抵抗 ３１ 充電用トランス ３３ 制御基板 ３５ 冷却ファン ３７ 下部金属シャーシ ３９ 溶接電流安定用リアクター ４０ 搬送用把手 ４１ 断面が略円形のコア ４３ａ、４３ｂ コイル ４５ 空気の流通路 ４７ コア用鋼板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】蓄電池と充放電機能とを有する可搬式の溶
   接機であって、蓄電池には純鉛極板を使用した鉛シール
   型蓄電池を、充電用トランスには断面が略円形のラウン
   ドネスコアを用いて相対向するコイル間を空気の流通路
   としたラウンドネスコア型トランスをそれぞれ用い、少
   なくとも放電電流制御用抵抗と充電用トランスとを同一
   部位に上下の位置関係で配すると共に、容器部材をアル
   ミニウムによって構成したことを特徴とする蓄電池式溶
   接機。