JP2004017096A - 電磁溶接機のコンデンサ充電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】短時間でコンデンサの充電をすることができ、充電終了後コンデンサの電圧を一定に保つことができる電磁溶接機のコンデンサ充電装置を提供する。
【解決手段】商用電源を整流する第１の整流回路１と、第１の整流回路１の出力を交流電力に変換する単相インバータ３と、単相インバータ３の出力を昇圧する昇圧トランス４と、昇圧トランス４の２次出力を整流して電磁溶接機のコンデンサ９を充電する第２の整流回路５とから構成し、コンデンサ９の充電電流及び端子電圧を計測する計測手段を設けてコンデンサ９の端子電圧が設定値になるまでの間コンデンサ９の充電電流が一定になるように単相インバータ３を制御するようにした。
【選択図】図１
【解決手段】商用電源を整流する第１の整流回路１と、第１の整流回路１の出力を交流電力に変換する単相インバータ３と、単相インバータ３の出力を昇圧する昇圧トランス４と、昇圧トランス４の２次出力を整流して電磁溶接機のコンデンサ９を充電する第２の整流回路５とから構成し、コンデンサ９の充電電流及び端子電圧を計測する計測手段を設けてコンデンサ９の端子電圧が設定値になるまでの間コンデンサ９の充電電流が一定になるように単相インバータ３を制御するようにした。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁力によって金属薄板を溶接する電磁溶接機に組み込まれたコンデンサを充電するコンデンサ充電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
製品の軽量化、高機能化の要請に対してアルミニウム等の軽金属が多用されるようになり、アルミニウム等の軽金属同士、あるいはアルミニウムと鉄のような異種金属の溶接が求められるようになってきている。本願発明者の１名はこのような溶接ができる特開平１１−１９２５６２のような金属薄板の電磁溶接法を考え、実用化を進めているところである。この特開平１１−１９２５６２の金属薄板の電磁溶接法は、溶接しようとする金属薄板を重ねて平板状コイルの間におき、平板状コイルに大電流を流して溶接するものである。平板状コイルの少なくとも上下のいずれかには電流が集中して流れる電流集中部が設けられており、上下の平板状コイル間に重ねて挟まれた被溶接物である金属薄板は電流集中部に対向する位置で溶接される。
【０００３】
この平板状コイルに流す大電流はコンデンサを充電しておき、コンデンサに蓄えられた電荷を直列に設けられたスイッチを閉路して瞬間的に平板状コイルに放電することにより流すようにしていた。従来、このコンデンサの充電装置としては図２に示すような昇圧トランス、整流回路、充電スイッチ、電流制限抵抗から構成したものが使用されていた。すなわち、昇圧トランスと整流素子からなる直流高圧電源装置から制限抵抗を介してコンデンサを充電していた。そのため、コンデンサの充電初期には大きな充電電流が流れるのに対し、コンデンサの充電が進んでコンデンサの電圧が直流高圧電源装置の出力電圧に近づくと充電電流が減少してコンデンサの電圧の上昇速度が遅くなり、充電完了までに長大な時間を要するという問題があった。このため次の溶接までに長い待ち時間が生ずるという不都合があった。
【０００４】
コンデンサの充電電圧は具体的には例えば５〜１５ｋＶであり、直流高圧電源装置はこれより定格出力電圧が若干高いものが使用される。このようなコンデンサの充電装置により充電した場合、数分という長い充電時間を要していた。また、充電初期には直流高圧電源装置の出力電圧の殆どが制限抵抗に加わることから制限抵抗で大きな損失を発生し、エネルギー効率が良くないだけでなく発熱も問題になっていた。さらに、コンデンサの充電電圧の制御が困難で一定電圧まで充電した後においても充電が進んで電圧が上昇し、放電時のコンデンサの電圧がばらついて溶接条件もばらつくという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点を解決し、短時間でコンデンサの充電をすることができ、充電終了後コンデンサの電圧を一定に保つことができるコンデンサ充電装置を提供するためになされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するためになされた本発明の電磁溶接機のコンデンサ充電装置は、幅の狭い電流集中部を備えたコイルにコンデンサに蓄積した電荷をスイッチを通して放電することにより大電流を流し、コイルに近接させて重ねて置いた金属薄板を溶接する電磁溶接機のコンデンサを充電する電磁溶接機のコンデンサ充電装置において、商用電源を整流する第１の整流回路と、第１の整流回路の出力を交流電力に変換する単相インバータと、単相インバータの出力を昇圧する昇圧トランスと、昇圧トランスの２次出力を整流して電磁溶接機のコンデンサを充電する第２の整流回路とから構成し、コンデンサの充電電流及び端子電圧を計測する計測手段を設けてコンデンサの端子電圧が設定値になるまでの間コンデンサの充電電流が一定になるように単相インバータを制御することを特徴とするものである。ここで、単相インバータは周波数変調方式（ＰＦＭ）で制御することが好ましく、また、単相インバータは共振型とすることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図を参照しながら具体的に説明する。
図１は本発明の電磁溶接機のコンデンサ充電装置の構成を示すブロック図であって、商用電源を整流する第１の整流回路１の出力側にはフィルターコンデンサ２が接続してあり、該フィルターコンデンサ２には単相インバータ３が接続してある。単相インバータ３としては例えばトランジスタ４個を１組とするブリッジインバータが使用可能である。単相インバータ３の出力は昇圧トランス４に導いてあり、昇圧トランス４で所要の電圧に昇圧したうえ第２の整流回路５により整流するようにしてある。
【０００８】
第２の整流回路５の出力側には電流センサー６及び電圧センサー７が設けてあり、電流センサー６及び電圧センサー７の検出信号はそれぞれ制御装置８に与えるようにしてある。電流センサー６は第２の整流回路５の出力電流すなわち電磁溶接機のコンデンサ９の充電電流を計測するものであり、電圧センサー７は第２の整流回路５の出力電圧すなわちンデンサ９の充電電圧を計測するものである。図１において１０は放電スイッチ、１１はコイルであって、コンデンサ９とともに電磁溶接機が構成されている。
【０００９】
制御装置８にはコンデンサ９の充電電圧の設定値と充電電流の目標値とが与えてある。制御装置８は電流センサー６の検出信号と充電電流の目標値を比較して電流センサー６の検出信号が充電電流の目標値に一致するようにインバータを制御する機能と、電圧センサー７の検出信号と充電電圧の設定値を比較して電圧センサー７の検出信号が充電電圧の設定値に一致するようにインバータを制御する機能とを備えたものとしてある。このインバータを制御する方式は周波数変調方式（ＰＦＭ）とし、最高周波数は数ｋＨｚ乃至数十ｋＨｚとすることが好ましい。
【００１０】
前記のように構成したコンデンサの充電装置においては被溶接物の溶接条件からコンデンサ９の充電電圧を設定する。また、充電電流の目標値は、使用するコンデンサ９の仕様、第１の整流回路１、単相インバータ３、第２の整流回路５等を構成するダイオード、トランジスタ等の定格、昇圧トランス４の容量等から制限される値により定める。したがって充電電流の目標値はコンデンサ充電装置の最大能力となるわけである。商用電源に接続すると供給される交流電力は第１の整流回路１により整流され、フィルターコンデンサ２の両端に平滑な直流が得られる。
【００１１】
フィルターコンデンサ２の両端に得られた直流は単相インバータ３によって高周波の交流に変換され、昇圧トランス４によって高電圧に昇圧された後第２の整流回路５により整流され、コンデンサ９を充電することになる。このとき、制御装置８は電流センサー６の検出信号を充電電流の目標値に一致させるように単相インバータ３を制御するものであり、電圧センサー７の検出信号が充電電圧の設定値より低い間は電圧センサー７の検出信号を充電電圧の設定値に一致させるように制御する機能が働くことはない。
【００１２】
このようにコンデンサ９はコンデンサ充電装置の能力からすれば最高速度で充電されることとなり、端子電圧が上昇して充電電圧の設定値に到達すれば制御装置８は電圧センサー７の検出信号を充電電圧の設定値に一致させるように単相インバータ３を制御することになる。このとき、電流センサー６の検出信号を充電電流の目標値に一致させるように制御する機能は停止し、漏れ電流等によりコンデンサ９の端子電圧が低下した場合には僅かな充電電流でコンデンサ９の端子電圧を一定に維持する。
【００１３】
単相インバータ３をＰＦＭ方式で制御するようにした場合には、単相インバータ３を構成するトランジスタの損失が少ない利点がある。特に、充電完了後コンデンサ９の端子電圧を一定に維持する状態では、トランジスタの導通率が極めて低くなるが、ＰＦＭ方式では１回の導通時間は一定でその間隔が長くなるだけであり、このような状態でもトランジスタの損失を増すことなく安定に制御できる。また、主回路を共振型にする場合にも対応が容易であり、主回路を共振型にした場合にはトランジスタのスイッチング損失がさらに少なくなる利点がある。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、コンデンサを一定の電流で充電するので短時間で充電できる利点があり、充電終了後コンデンサの電圧を一定に保つことができるので溶接条件が一定になる利点がある。また、商用電源を第１の整流回路により整流しているので交流電源は単相、３相のどちらでも使用することができ、昇圧トランスは単相インバータにより変換された周波数の高い交流を昇圧するので小型化することができる利点がある。したがって、従来の問題点を解決し実用性を増した電磁溶接機のコンデンサ充電装置を提供するものとして業界に寄与するところ極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示すブロック図である。
【図２】従来のコンデンサ充電装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 第１の整流回路
２ フィルターコンデンサ
３ 単相インバータ
４ 昇圧トランス
５ 第２の整流回路
６ 電流センサー
７ 電圧センサー
８ 制御装置
９ コンデンサ
１０ 放電スイッチ
１１ コイル
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁力によって金属薄板を溶接する電磁溶接機に組み込まれたコンデンサを充電するコンデンサ充電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
製品の軽量化、高機能化の要請に対してアルミニウム等の軽金属が多用されるようになり、アルミニウム等の軽金属同士、あるいはアルミニウムと鉄のような異種金属の溶接が求められるようになってきている。本願発明者の１名はこのような溶接ができる特開平１１−１９２５６２のような金属薄板の電磁溶接法を考え、実用化を進めているところである。この特開平１１−１９２５６２の金属薄板の電磁溶接法は、溶接しようとする金属薄板を重ねて平板状コイルの間におき、平板状コイルに大電流を流して溶接するものである。平板状コイルの少なくとも上下のいずれかには電流が集中して流れる電流集中部が設けられており、上下の平板状コイル間に重ねて挟まれた被溶接物である金属薄板は電流集中部に対向する位置で溶接される。
【０００３】
この平板状コイルに流す大電流はコンデンサを充電しておき、コンデンサに蓄えられた電荷を直列に設けられたスイッチを閉路して瞬間的に平板状コイルに放電することにより流すようにしていた。従来、このコンデンサの充電装置としては図２に示すような昇圧トランス、整流回路、充電スイッチ、電流制限抵抗から構成したものが使用されていた。すなわち、昇圧トランスと整流素子からなる直流高圧電源装置から制限抵抗を介してコンデンサを充電していた。そのため、コンデンサの充電初期には大きな充電電流が流れるのに対し、コンデンサの充電が進んでコンデンサの電圧が直流高圧電源装置の出力電圧に近づくと充電電流が減少してコンデンサの電圧の上昇速度が遅くなり、充電完了までに長大な時間を要するという問題があった。このため次の溶接までに長い待ち時間が生ずるという不都合があった。
【０００４】
コンデンサの充電電圧は具体的には例えば５〜１５ｋＶであり、直流高圧電源装置はこれより定格出力電圧が若干高いものが使用される。このようなコンデンサの充電装置により充電した場合、数分という長い充電時間を要していた。また、充電初期には直流高圧電源装置の出力電圧の殆どが制限抵抗に加わることから制限抵抗で大きな損失を発生し、エネルギー効率が良くないだけでなく発熱も問題になっていた。さらに、コンデンサの充電電圧の制御が困難で一定電圧まで充電した後においても充電が進んで電圧が上昇し、放電時のコンデンサの電圧がばらついて溶接条件もばらつくという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点を解決し、短時間でコンデンサの充電をすることができ、充電終了後コンデンサの電圧を一定に保つことができるコンデンサ充電装置を提供するためになされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するためになされた本発明の電磁溶接機のコンデンサ充電装置は、幅の狭い電流集中部を備えたコイルにコンデンサに蓄積した電荷をスイッチを通して放電することにより大電流を流し、コイルに近接させて重ねて置いた金属薄板を溶接する電磁溶接機のコンデンサを充電する電磁溶接機のコンデンサ充電装置において、商用電源を整流する第１の整流回路と、第１の整流回路の出力を交流電力に変換する単相インバータと、単相インバータの出力を昇圧する昇圧トランスと、昇圧トランスの２次出力を整流して電磁溶接機のコンデンサを充電する第２の整流回路とから構成し、コンデンサの充電電流及び端子電圧を計測する計測手段を設けてコンデンサの端子電圧が設定値になるまでの間コンデンサの充電電流が一定になるように単相インバータを制御することを特徴とするものである。ここで、単相インバータは周波数変調方式（ＰＦＭ）で制御することが好ましく、また、単相インバータは共振型とすることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図を参照しながら具体的に説明する。
図１は本発明の電磁溶接機のコンデンサ充電装置の構成を示すブロック図であって、商用電源を整流する第１の整流回路１の出力側にはフィルターコンデンサ２が接続してあり、該フィルターコンデンサ２には単相インバータ３が接続してある。単相インバータ３としては例えばトランジスタ４個を１組とするブリッジインバータが使用可能である。単相インバータ３の出力は昇圧トランス４に導いてあり、昇圧トランス４で所要の電圧に昇圧したうえ第２の整流回路５により整流するようにしてある。
【０００８】
第２の整流回路５の出力側には電流センサー６及び電圧センサー７が設けてあり、電流センサー６及び電圧センサー７の検出信号はそれぞれ制御装置８に与えるようにしてある。電流センサー６は第２の整流回路５の出力電流すなわち電磁溶接機のコンデンサ９の充電電流を計測するものであり、電圧センサー７は第２の整流回路５の出力電圧すなわちンデンサ９の充電電圧を計測するものである。図１において１０は放電スイッチ、１１はコイルであって、コンデンサ９とともに電磁溶接機が構成されている。
【０００９】
制御装置８にはコンデンサ９の充電電圧の設定値と充電電流の目標値とが与えてある。制御装置８は電流センサー６の検出信号と充電電流の目標値を比較して電流センサー６の検出信号が充電電流の目標値に一致するようにインバータを制御する機能と、電圧センサー７の検出信号と充電電圧の設定値を比較して電圧センサー７の検出信号が充電電圧の設定値に一致するようにインバータを制御する機能とを備えたものとしてある。このインバータを制御する方式は周波数変調方式（ＰＦＭ）とし、最高周波数は数ｋＨｚ乃至数十ｋＨｚとすることが好ましい。
【００１０】
前記のように構成したコンデンサの充電装置においては被溶接物の溶接条件からコンデンサ９の充電電圧を設定する。また、充電電流の目標値は、使用するコンデンサ９の仕様、第１の整流回路１、単相インバータ３、第２の整流回路５等を構成するダイオード、トランジスタ等の定格、昇圧トランス４の容量等から制限される値により定める。したがって充電電流の目標値はコンデンサ充電装置の最大能力となるわけである。商用電源に接続すると供給される交流電力は第１の整流回路１により整流され、フィルターコンデンサ２の両端に平滑な直流が得られる。
【００１１】
フィルターコンデンサ２の両端に得られた直流は単相インバータ３によって高周波の交流に変換され、昇圧トランス４によって高電圧に昇圧された後第２の整流回路５により整流され、コンデンサ９を充電することになる。このとき、制御装置８は電流センサー６の検出信号を充電電流の目標値に一致させるように単相インバータ３を制御するものであり、電圧センサー７の検出信号が充電電圧の設定値より低い間は電圧センサー７の検出信号を充電電圧の設定値に一致させるように制御する機能が働くことはない。
【００１２】
このようにコンデンサ９はコンデンサ充電装置の能力からすれば最高速度で充電されることとなり、端子電圧が上昇して充電電圧の設定値に到達すれば制御装置８は電圧センサー７の検出信号を充電電圧の設定値に一致させるように単相インバータ３を制御することになる。このとき、電流センサー６の検出信号を充電電流の目標値に一致させるように制御する機能は停止し、漏れ電流等によりコンデンサ９の端子電圧が低下した場合には僅かな充電電流でコンデンサ９の端子電圧を一定に維持する。
【００１３】
単相インバータ３をＰＦＭ方式で制御するようにした場合には、単相インバータ３を構成するトランジスタの損失が少ない利点がある。特に、充電完了後コンデンサ９の端子電圧を一定に維持する状態では、トランジスタの導通率が極めて低くなるが、ＰＦＭ方式では１回の導通時間は一定でその間隔が長くなるだけであり、このような状態でもトランジスタの損失を増すことなく安定に制御できる。また、主回路を共振型にする場合にも対応が容易であり、主回路を共振型にした場合にはトランジスタのスイッチング損失がさらに少なくなる利点がある。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、コンデンサを一定の電流で充電するので短時間で充電できる利点があり、充電終了後コンデンサの電圧を一定に保つことができるので溶接条件が一定になる利点がある。また、商用電源を第１の整流回路により整流しているので交流電源は単相、３相のどちらでも使用することができ、昇圧トランスは単相インバータにより変換された周波数の高い交流を昇圧するので小型化することができる利点がある。したがって、従来の問題点を解決し実用性を増した電磁溶接機のコンデンサ充電装置を提供するものとして業界に寄与するところ極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示すブロック図である。
【図２】従来のコンデンサ充電装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 第１の整流回路
２ フィルターコンデンサ
３ 単相インバータ
４ 昇圧トランス
５ 第２の整流回路
６ 電流センサー
７ 電圧センサー
８ 制御装置
９ コンデンサ
１０ 放電スイッチ
１１ コイル
Claims (3)
- 幅の狭い電流集中部を備えたコイルにコンデンサに蓄積した電荷をスイッチを通して放電することにより大電流を流し、コイルに近接させて重ねて置いた金属薄板を溶接する電磁溶接機のコンデンサを充電する電磁溶接機のコンデンサ充電装置において、商用電源を整流する第１の整流回路と、第１の整流回路の出力を交流電力に変換する単相インバータと、単相インバータの出力を昇圧する昇圧トランスと、昇圧トランスの２次出力を整流して電磁溶接機のコンデンサを充電する第２の整流回路とから構成し、コンデンサの充電電流及び端子電圧を計測する計測手段を設けてコンデンサの端子電圧が設定値になるまでの間コンデンサの充電電流が一定になるように単相インバータを制御することを特徴とする電磁溶接機のコンデンサ充電装置。
- 単相インバータを周波数変調方式（ＰＦＭ）で制御することを特徴とする請求項１に記載の電磁溶接機のコンデンサ充電装置。
- 単相インバータを共振型としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁溶接機のコンデンサ充電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002175752A JP2004017096A (ja) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | 電磁溶接機のコンデンサ充電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002175752A JP2004017096A (ja) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | 電磁溶接機のコンデンサ充電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004017096A true JP2004017096A (ja) | 2004-01-22 |
Family
ID=31174315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002175752A Pending JP2004017096A (ja) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | 電磁溶接機のコンデンサ充電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004017096A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012509045A (ja) * | 2008-10-01 | 2012-04-12 | レステック リミテッド | 共鳴誘導性負荷に電気エネルギーを結合する回路及び方法 |
| JP2014205186A (ja) * | 2013-04-16 | 2014-10-30 | 矢崎総業株式会社 | 電磁圧接装置用電流測定装置 |
| CN113369738A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-09-10 | 重庆大学 | 一种模块化高功率脉冲放电焊接装置 |
-
2002
- 2002-06-17 JP JP2002175752A patent/JP2004017096A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012509045A (ja) * | 2008-10-01 | 2012-04-12 | レステック リミテッド | 共鳴誘導性負荷に電気エネルギーを結合する回路及び方法 |
| JP2014205186A (ja) * | 2013-04-16 | 2014-10-30 | 矢崎総業株式会社 | 電磁圧接装置用電流測定装置 |
| CN113369738A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-09-10 | 重庆大学 | 一种模块化高功率脉冲放电焊接装置 |
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Legal Events
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