JP2011082478A - 溶接トランス - Google Patents

Abstract

【課題】この発明はインバータ式抵抗溶接機用の溶接トランスにおいて、制御周波数を上げると最大電流が低下する問題を解決して、更なる小型化、省エネ化の対応可能とするインバータ式抵抗溶接機用の溶接トランスを提案する。
【解決手段】１次巻線は巻線銅板を積層した薄型構造としているため、２次巻線の冷却水通路により大きな冷却効果がある。そのため、２次巻線の上下に１次巻線を重ねることができ、２枚の２次巻線銅板が近接し、インダクタンスを極めて小さくする構造としている。また、トランス部とダイオード部を合体した構造とし、更に、折り曲げ構造の１次巻線の使用とにより、ここでのインダクタンスも小さく押さえた構造として、合わせて、溶接トランスをコンパクトにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ式抵抗溶接機用の溶接トランスに関するものである。

従来のインバータ式抵抗溶接機用の溶接トランスの構造を図５に示し、それについて説明する。

１次巻線３および２次巻線１、２は共に導電体である。１次巻線３は丸または角の銅線材からなり、冷却水通路を有した銅板の２次巻線１、２に同時に冷却される。１次巻線の冷却効果を高めるため、複数個の１次巻線３と２次巻線１、２との積み重ねの順序は、１次巻線３、２次巻線１、１次巻線３、１次巻線３、２次巻線２、１次巻線３の順でサンドイッチ状の配置としている。

前記の構造のため、２次巻線１、２の銅板間の距離Ｈ寸法が大きくなり、また、整流部はトランス部と分離しているため図５に示す距離Ｆ寸法が大きくなって、その結果、図３に示す溶接トランスの等価回路のインダクタンスＬ1a、Ｌ１bの数値が大きくなる欠点がある。

そのため周波数をあげると、図７に示す１次電流波形が（b）のように電流の立ち上がりが不完全となり、最大電流が得られない問題がある。
なお、１次巻線や２次巻線に銅板を用いて構成することは従来より知られている（例えば、特許文献１、２参照）。また、溶接トランスにおいて、１次巻線、２次巻線、２次巻線、１次巻線の順に配列し、２枚の２次巻線の上部と下部に１次巻線を配置すること、２次巻線にダイオードを配置することも従来より知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０００−２２３３２０号公報 特開２００２―１７５９２２号公報 実開昭６３−１８２６８７号公報

解決しようとする課題は、従来の構造の溶接トランスでは更なる要望の小型化および、省エネ対応ができない点である。つまり、制御周波数をあげると、図7（b）に示すように最大電流が低下する問題や、１次巻線や２次巻線の効率的な冷却対策が講じられていないという課題があることである。

以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
〈構成１〉
銅板にスリットを設けて板状コイルとされた１次巻線と、銅板にスリットを設けて板状コイルとされ、かつ前記銅板内に冷却通路が形成された２次巻線とを有し、前記１次巻線と前記２次巻線とを、１次巻線、２次巻線、２次巻線、１次巻線の順に重ね合わせてコアに組み込んだトランス部と、前記２次巻線の銅板を前記コアの外方に延長し、この延長部分の外面に直接載置されて接続されたダイオードを有する整流部とを備えた溶接トランスにおいて、 前記１次巻線を、銅板１枚で同一平面上に複数ターンの板状コイルを形成すると共に、前記板状コイルの複数枚を重ね合わせ各一端を直列に接続して構成したことを特徴とする溶接トランス。

例えば、１次巻線を、銅板１枚で同一平面上に４ターンの板状コイルを形成すると共に、板状コイルの２枚を重ね合わせ各一端を直列に接続して８ターンに構成する。

〈構成２〉
銅板にスリットを設けて板状コイルとされた１次巻線と、銅板にスリットを設けて板状コイルとされ、かつ前記銅板内に冷却通路が形成された２次巻線とを有し、前記１次巻線と前記２次巻線とを、１次巻線、２次巻線、２次巻線、１次巻線の順に重ね合わせてコアに組み込んだトランス部と、前記２次巻線の銅板を前記コアの外方に延長し、この延長部分の外面に直接載置されて接続されたダイオードを有する整流部とを備えた溶接トランスにおいて、 前記１次巻線を、銅板１枚で同一平面上に１ターンの板状コイルを複数列形成した形状とすると共に、前記複数列の板状コイル２枚を重ね合わせ、各板状コイル毎に、各一端を直列に接続して複数列の２ターンの板状コイルを構成したことを特徴とする溶接トランス。

例えば、１次巻線を、銅板１枚で同一平面上に１ターンの板状コイルを４列形成した形状とすると共に、この板状コイルの２枚を重ね合わせて、各板状コイル毎に、各一端を直列に接続して２ターンを４列形成して構成する。

〈構成３〉
前記１次巻線の各１ターンの板状コイルに各々端子を配設し、種々のターン数に切替可能に構成したことを特徴とする構成２記載の溶接トランス。

〈構成４〉
前記１次巻線の前記板状コイルをその側縁部を折り曲げた形状として重ね合わせる構成としたことを特徴とする構成１ないし３のいずれかに記載の溶接トランス。

更に詳しく説明すると、コンパクトで発熱の冷却効果を高める構造とし、インダクタンスＬ1a、Ｌ１bを小さく押さえる方法を提案する。具体的には第一に１次巻線は従来銅線材であったが、銅板材を代替に用いて表面積を広くし、冷却効果を高める。その上、１次巻線および２次巻線の重ねる順序を１次巻線、２次巻線、２次巻線、１次巻線の順とし、２次巻線銅板に冷却水通路を設け１次巻線銅板も同時に冷却しつつ、２次巻線銅板間の距離Ｈを極力小さくする配置とする。そのため１次巻線銅板を図４のように２枚重ねとすると、巻き数は多く、厚みは薄く押さえる薄型構造にできる。このようにすると１次巻線は全体の厚みが薄くなり、かつ表面積が広いので冷却効果が高まる。第二に２次巻線銅板と連結導体部材を合体し、かつ、１次巻線を図２（b）のように側縁部を折り曲げして、距離Ｆを小さくすること。この二つを実施した結果としてインダクタンスＬ1a、Ｌ１bが極めて小さくなるとともに、コンパクトな形状の溶接トランスとなる。

本発明のインバータ式抵抗溶接機用の溶接トランスは大電流での溶接トランスの巻線温度上昇を防止し、溶接電流の品質確保ができる。さらに、溶接トランスの小型化、省エネ化の促進につながる。また容量違いの巻線構成を容易にしている。

本発明の溶接トランスの実施例の説明図である。 （a）は本発明の他の実施例の分解図、（b）はこの実施例の１次巻線銅板を重ね合わせた状態を示す正面図である。 溶接トランスの等価回路図である。 本発明の８ターンを形成する１次巻線銅板の２枚重ねの説明図である。 従来の溶接トランスの説明図である。 （a）は従来の１次巻線の説明図、（b）は本発明の図1の実施例の１次巻線の説明図である。 １次電流波形を示しており、（a）は従来の溶接トランスの従来の周波数を示す図、（b）は高い周波数の１次電流波形を示す図、（c）は本発明の溶接トランスの従来の周波数を示す図、（d）は高い周波数の１次電流波形を示す図である。 本発明の２枚の２次巻線を示す図で、（a）は一方の２次巻線を示す平面図、（b）は他方の２次巻線を示すＡ-Ａ矢視での断面図、（c）はその２枚の２次巻線と絶縁板を組み立てた状態の断面図である。 本発明の他の実施例の２枚の１次巻線銅板を示す図で、（a）は一方の１次巻線銅板を示す平面図、（b）は他方の１次巻線銅板の平面図、（c）はその２枚の１次巻線銅板を重ねた状態を示す平面図である。 （a）は従来の溶接トランスの巻線の結線構成を示す結線図、（b）、（c）、（d）、（e）はそれぞれ本発明の溶接トランスの巻線の結線構成の各種実施例を示す結線図である。

冷却水通路を持った２枚の２次巻線の銅板を絶縁板を挟んで上下に配置し、２次巻線の上部と下部に１次巻線を配設し、１次巻線は薄板の銅板を積層した薄型構造とする。更に、２次巻線の銅板を延長して直接ダイオードを接続配設するよう構成する。

添付する図を用いて実施例を説明する。

図１は本発明の溶接トランスの実施例であり、インバータ制御部の整流部を包含する。

１次巻線１０は複数枚の１次巻線銅板１３を積層したものであり、２体からなり、２次巻線１１、１２を挟んで上下に配設される。4はコア、６はダイオードである。

１次巻線銅板１３の詳細を図４に示すが１枚の銅板は１mm程度のスリットで分割して、４ターンの巻線銅板として構成する。さらに図４に示すそれぞれ巻き終わり端部４１、４３と中間端部４２、４４とを有する銅板１３を、２枚重ねて一方の銅板の中間端部４２と他方の中間端部４４を溶接などで結合することにより、合計８ターンの１次巻線を構成する。つまり、２枚の銅板の厚みで８ターンの巻線が得られることになる。これは従来の特許文献１および２に記載された銅板１枚で１ターンとするのに比較すると１／４の厚みで良いこととなる。さらに、特許文献１および２では銅板の間に絶縁板を配置していたが、本発明ではこれを使用しないで銅板に絶縁性の電着塗装を施すことで、より一層１次巻線１０全体の厚みを薄くしている。また、１枚の銅板で４ターンとすることに限定せず、必要に応じて巻線数はさらに多くの数に自由に設定可能である。

図５および図６（a）に示す従来のトランスの１次巻線３は丸または角の銅線を用いている。しかし図１、図２に示す本発明の溶接トランスの１次巻線１０は先に説明したように複数枚の銅板を配設して構成する。これは１次巻線１０の表面積を広くして冷却水通路１４のある２次巻線１１、１２からの冷却効果を増すためである。

図８は２枚重ねた２次巻線１１、１２の冷却水通路などの構成の説明図であり、中央部の冷却水通路は上下で貫通し一つの水路として構成している。また、導体の２次巻線１１、１２は中央の斜線部でのみ結合し、他の間隙には絶縁板３３を挿入しサンドイッチ状として、上下でそれぞれ１ターンを形成している。冷却水通路の冷却媒体として、一般的には水を用いるが、冷却媒体は冷却効果の高いものであれば、水以外の媒体でも良い。

以上説明した１次巻線１０の薄型平板化および２次巻線１１、１２の冷却効果増強により、１次巻線１０と２次巻線１１、１２を重ねる順序を１次巻線１０、２次巻線１１、２次巻線１２、１次巻線１０の順となることを可能としている。そのため、２次巻線１１、１２の銅板間の距離Ｈが小さくなり、等価回路のＬ１a、 Ｌ１bを極めて小さくすることとなった。

本発明ではインバータ制御部の整流部とトランス部を合体させ、従来あった図５に示す連結導体８を除去し、２次巻線１１、１２の各銅板を延長し、直接ダイオードを接続配設する。こうすることと、図２、図６（c）の実施例のように各１次巻線銅板１３を折り曲げ形状として積層した構造とすることで距離Ｆが小さくなって結果として等価回路のＬ１a、 Ｌ１bを小さくしている。

先に記述したが、図２に示す実施例の１次巻線銅板１３は図1の実施例の１次巻線銅板１３の形状と異なり曲げを持った形状としている。１次巻線１０の曲げ形状の１次巻線銅板１３は図２（b）に示すように中にいく程順次、折り曲げ幅寸法は小さくなって底面で密着する構成としている。このような曲げ形状の１次巻線１０として構成することで、先の段落で記述したように図１より更に距離Ｆが小さくなって等価回路のＬ１a、 Ｌ１bを小さくすると同時に、溶接トランス全体の大きさも一層小型化するものである。

図７に１次電流波形を示す。従来の溶接トランスでは周波数が高くなると（b）のような波形の不具合がある。それは、先の段落で説明したとおり、電流の立ち上がりが不完全となって、最大電流が得られない問題である。本発明の溶接トランスの１次電流波形を（c）（d）に示すが、制御周波数を高めても（d）の波形のように最大電流は確保でき、課題は解決される。それは図３の等価回路のＬ１a、 Ｌ１bが小さくなると立ち上がりの勾配が直角に近づき、立ち上がりを良くするためである。ここで、従来の周波数とはおおよそ１０００Ｈz未満であり、高い周波数とは、おおよそ５０００Ｈｚ以上である。

本発明では図１、２、４、６に示すように１次巻線銅板１３には各々端子を配設している。これは各端子の接続を変えることにより巻線数が変わるので、その結果、種々の出力電圧が得られる。また、図２（a）の符号３０、３１は、それぞれ２次側端子を示している。

更に巻線数の種類を増やす手段として、図９（c）に示す１次巻線銅板Ｙ４５の実施例形状にすることである。それは、図９（a）に示すように１枚の銅板を多くのスリットで分割し、１ターンが並列で４個配列している形状の分割銅板４５Ａを構成する。更に、図９（b）に示すように、図９（a）の分割銅板４５Ａを、ほぼ反転した形状の分割銅板４５Ｂを構成する。次に、これらの２つの分割銅板４５Ａと４５Ｂとを重ね、対応する各端部４６、４７を溶接などで結合することで、２ターンを４列形成した１次巻線銅板Ｙ４５が構成できる。これを先に記載した８ターン１次巻線銅板の代替として一部に用いる。この２ターンの１次巻線銅板には出力端子４８が各々配設されているので、更に巻線数の種類を種々増やすことができ、結果として、種々の出力電圧を形成することができる。また広い範囲の入力電圧にも対応でき、従来、数種類の入力電圧に対し、それぞれ専用で溶接トランスを製作していたものが、本発明の溶接トランスを用いることで一つの溶接トランスで各種の入力電圧に対応可能となった。

図1０(a)は従来の溶接トランスの１次巻線が２４ターンの事例を示す。それに対し本発明の溶接トランスは１６〜６４ターンの巻数に変換可能で（b）（c）（d）（e）はその一例である。このように、広い範囲での巻数を可能にしているのは、１次巻線を、８ターンを３個、２ターンを４個の構成とし、２次巻線１１、１２の上下にそれぞれ形成しているからである。 更に（b）（c）（e）の図で明示しているように、少ない巻線数でも全ての巻線を使用して２ターン部と８ターン部に並列で電流が通過する結線とし、発熱や電流損失を最小限に押さえた構造にしている。

本発明の溶接トランスの使用により、インバータ式抵抗溶接機では、大電流の使用にかかわらず、巻線温度上昇を防止でき、コンパクトで、高品質で、かつ、各種電圧に対応可能な溶接トランスとして供給できる。また、容量違いの巻線構成を容易にしている。更にまた、本発明の実施例では従来の溶接トランスと比較し、約４０％の重量の低減となり、軽量化による、溶接ロボットへの搭載の利点も大きい。

１ 従来の２次巻線
２ 従来の２次巻線
３ 従来の１次巻線
４ コア
５ 押さえ板
６ ダイオード
７ ２次側電極
８ 連結導体
１０ １次巻線
１１ ２次巻線
１２ ２次巻線
１３ １次巻線銅板
１４ 冷却水通路
１５ 押さえバネ
１６ アルミ枠
１７ アルミ枠
３０ ２次側端子
３１ ２次側端子
３３ 絶縁板
３４ 固定ねじ
４１ 巻き終わり端部
４２ 中間端部
４３ 巻き始め端部
４４ 中間端部
４５ １次巻線銅板Ｙ
４５Ａ 分割銅板
４５Ｂ 分割銅板
４６ 端部
４７ 端部
４８ 出力端子
Ｈ ２次巻線間距離
Ｆ １次巻線・ダイオード間距離
Ｔ１ 周期
Ｔ２ 周期

Claims (4)

1. 銅板にスリットを設けて板状コイルとされた１次巻線と、銅板にスリットを設けて板状コイルとされ、かつ前記銅板内に冷却通路が形成された２次巻線とを有し、前記１次巻線と前記２次巻線とを、１次巻線、２次巻線、２次巻線、１次巻線の順に重ね合わせてコアに組み込んだトランス部と、
   前記２次巻線の銅板を前記コアの外方に延長し、この延長部分の外面に直接載置されて接続されたダイオードを有する整流部とを備えた溶接トランスにおいて、
   前記１次巻線を、銅板１枚で同一平面上に複数ターンの板状コイルを形成すると共に、前記板状コイルを複数枚重ね合わせ各一端を直列に接続して構成したことを特徴とする溶接トランス。
2. 銅板にスリットを設けて板状コイルとされた１次巻線と、銅板にスリットを設けて板状コイルとされ、かつ前記銅板内に冷却通路が形成された２次巻線とを有し、前記１次巻線と前記２次巻線とを、１次巻線、２次巻線、２次巻線、１次巻線の順に重ね合わせてコアに組み込んだトランス部と、
   前記２次巻線の銅板を前記コアの外方に延長し、この延長部分の外面に直接載置されて接続されたダイオードを有する整流部とを備えた溶接トランスにおいて、
   前記１次巻線を、銅板１枚で同一平面上に１ターンの板状コイルを複数列形成した形状とすると共に、前記複数列の板状コイル２枚を重ね合わせ、各板状コイル毎に、各一端を直列に接続して複数列の２ターンの板状コイルを構成したことを特徴とする溶接トランス。
3. 前記１次巻線の各１ターンの板状コイルにそれぞれ端子を配設し、種々のターン数に切替可能に構成したことを特徴とする請求項２記載の溶接トランス。
4. 前記１次巻線を、前記板状コイルをその側縁部を折り曲げた形状として重ね合わせる構成としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の溶接トランス。