JP2755524B2 - インバータ式直流抵抗溶接装置の溶接トランス - Google Patents

インバータ式直流抵抗溶接装置の溶接トランス

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JP2755524B2 JP4155011A JP15501192A JP2755524B2 JP 2755524 B2 JP2755524 B2 JP 2755524B2 JP 4155011 A JP4155011 A JP 4155011A JP 15501192 A JP15501192 A JP 15501192A JP 2755524 B2 JP2755524 B2 JP 2755524B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はインバータ式直流抵抗溶
接装置の溶接トランスに関し、一層詳細には、小型化お
よび軽量化を実現することのできるインバータ式直流抵
抗溶接装置の溶接トランスに関する。
【0002】
【従来の技術】産業界においては、種々のワークを溶接
するために、インバータ式直流抵抗溶接装置が広範に用
いられているが、この種の溶接装置では装置の低廉化お
よび省スペース化のために溶接トランスの小型化および
軽量化が要求されている。
【0003】前記インバータ式直流抵抗溶接装置は通
常、コンバータ回路、インバータ回路、溶接トランス回
路、溶接ガン部および制御回路等を備え、前記制御回路
から前記インバータ回路に対して溶接電流の制御信号が
出力されるが、この制御信号の周波数および溶接トラン
スに供給される1次電流の周波数を高めることによっ
て、溶接トランスのコアの断面積を小さくすることがで
き、溶接トランスの小型化を実現できることが知られて
いる(図6参照)。
【0004】前記インバータ回路に対して出力される制
御信号の周波数をワークの種類によって可変することに
より、溶接トランスの小型化を図る技術的思想が特開昭
63−273575号の「インバータ式直流抵抗溶接
機」に開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術における制御信号の周波数を高くすることによ
り溶接トランスの小型化を図る方法では、溶接トランス
の漏れインダクタンスおよび1次側の抵抗値に起因する
過渡現象によって発生する1次電流の立上り時間および
立下り時間によって、図7に示すように所定の周波数、
例えば、1kHz以上で出力電圧VO が著しく低下する
という不都合がある。
【0006】このため、単に周波数のみを高めて溶接ト
ランスの小型化を図ろうとしても、所望の出力が得られ
ないという問題がある。
【0007】本発明はこのような従来の問題を解決する
ためになされたものであって、溶接トランスの1次側コ
イルの巻数と1次電流の立上りおよび立下りにおける電
流変化量とが相関を有することに着目し、該相関に基づ
いて溶接トランスの設計を行うことにより小型、軽量で
あって、且つ、効率の良い溶接トランスを得ることので
きるインバータ式直流抵抗溶接装置の溶接トランスを提
供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、ワークに通電する溶接電流をパルス状
の1次電流によって生成するインバータ式直流抵抗溶接
装置の溶接トランスであって、 式(ΔI1 /Δt)=V1 /(kN2 )(ただし、ΔI
1 /Δtは1次電流の立上り時間および立下り時間にお
ける電流変化量、V1 は1次側コイルの両端電圧、kは
定数、Nは1次側コイルの巻数)に基づき、前記溶接ト
ランスの1次側コイルの巻数と、前記溶接トランスに通
電される1次電流の周波数から前記溶接トランスの重量
が設定され、前記1次電流の周波数が1100Hz〜3
000Hzに設定されていることを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明に係るインバータ式直流抵抗溶接装置の
溶接トランスでは、溶接トランスの1次側コイルの巻数
と1次電流の周波数の設定により溶接トランスの重量の
最軽量化を図ることができる。1次電流の周波数は、1
100Hz〜3000Hzに設定する。
【0010】
【実施例】次に、本発明に係るインバータ式直流抵抗溶
接装置の溶接トランスについて、好適な実施例を挙げ、
添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【0011】図1は本発明を実施するインバータ式直流
抵抗溶接装置20の全体構成を示すブロック図である。
【0012】インバータ式直流抵抗溶接装置20は交流
電源21から出力される交流を全波整流するコンバータ
回路22と、全波整流された直流を高周波交流に変換す
るインバータ回路24と、前記高周波交流を変成し整流
する溶接トランス回路26と、ワークWを挟持する溶接
ガン部28と、ワークWに通電される溶接電流を制御す
る制御回路30とを備える。
【0013】さらに、インバータ式直流抵抗溶接装置2
0は、溶接トランス回路26の1次コイルに通電される
電流(以下、1次電流という)I1 を検出するトロイダ
ルコイルからなる1次側電流検出器32と、溶接トラン
ス回路26の2次側コイルに誘起される電流(以下、2
次電流という)I2 を検出する2次側電流検出器34
と、制御回路30に溶接条件等を入力するためのキーボ
ード36と、表示手段としてのディスプレイ装置である
CRT38とを備える。
【0014】前記溶接ガン部28はワークWを挟持する
可動ガンアーム40、41と、この可動ガンアーム4
0、41に固着される電極チップ42、43と、前記可
動ガンアーム40、41を開閉自在に駆動するシリンダ
44とからなり、該シリンダ44には電磁切替弁46を
介して空圧源48が接続される。前記電磁切替弁46の
切替動作は前記制御回路30から出力される制御信号に
よって制御される。
【0015】前記溶接トランス回路26は溶接トランス
50と整流素子としてのダイオード52、54とから構
成され、前記インバータ回路24はスイッチング素子で
あるトランジスタ56、58、60、62を備える。
【0016】以上のように構成されるインバータ式直流
抵抗溶接装置20において、ワークWを溶接する作用に
ついて、図1の構成ブロック図、および図2のタイミン
グチャートを参照しながら説明する。
【0017】制御回路30から出力される切替信号によ
って電磁切替弁46が付勢され、空圧源48の圧縮空気
がシリンダ44に導入される。この圧縮空気の作用下に
シリンダ44が摺動して、可動ガンアーム40、41を
閉動し、可動ガンアーム40、41に配設された電極チ
ップ42、43によってワークWが挟持される。
【0018】次いで、制御回路30から出力されるパル
ス状のドライブ信号Ia 、Ib によって(図2(A)参
照)、インバータ回路24を構成するトランジスタ56
〜62の夫々のベースが順次付勢されて、コンバータ回
路22から溶接トランス50の1次側コイルに1次電流
1 が供給される(図2(B)参照)。この1次電流I
1 によって溶接トランス50の2次側コイルにはパルス
状の2次電圧V2 (図2(C)参照)が誘起され、2次
電流I2 がダイオード52、54によって整流されて溶
接電流I3 となり、可動ガンアーム40、41および電
極チップ42、43等を介してワークWに通電される。
【0019】このとき、図2(B)に示すように、パル
ス状の1次電流I1 には溶接トランス50の漏れインダ
クタンスLと1次側抵抗R1とに起因する過渡現象によ
って立上り時間Tr および立下り時間Tf が発生する。
この立上り時間Tr および立下り時間Tf は前記漏れイ
ンダクタンスLと1次側抵抗R1とからなる時定数によ
る回路定数であるから常に一定であり、このため、制御
回路30から出力されるドライブ信号Ia 、Ib の周波
数を高くすると(図3(A)参照)、1次電流I1 が取
り得る周波数の上限値は前記立上り時間Tr と立下り時
間Tf との和の時間(以下、むだ時間TD という)によ
って制限される(図3(B)参照)。
【0020】そこで、本願発明者は鋭意研究の結果、前
記むだ時間TD となる1次電流I1の立上り時間Tr
よび立下り時間Tf における単位時間当たりの電流変化
量ΔI1 /Δtが、溶接トランス50の1次側コイルL
1 の巻数Nと密接な関係にあることを突き止めた。
【0021】すなわち、溶接トランス50の1次側コイ
ルL1 に1次電流I1 を通電したとき、1次側コイルL
1 に発生する起電力Eは、磁束をΦとすると下式によっ
て求められる。 E=N(ΔΦ/Δt) =N{Δ(kNI1 )/Δt} =kN2 (ΔI1 /Δt) …(1) ここで起電力Eを1次側コイルL1 の両端電圧V1 とす
ると、前記(1)式から、 (ΔI1 /Δt)=V1 /(kN2 ) …(2) となり、1次電流I1 の立上り時間Tr および立下り時
間Tf における電流変化量ΔI1 /Δtと1次側コイル
1 の巻数Nとは上記(2)式の関係となり、定数kと
1次側コイルL1 の両端電圧V1 とを一定として、1次
側コイルL 1 の巻数Nに対する電流変化量ΔI1 /Δt
を演算によって求めることができるようになる。これ
を、実験によって求めた実測値(図4(B))と比較す
ると、非常によい相関が得られ、前記(2)式が実用式
であることを確認することができる。
【0022】前記(2)式に基づいて、1次側コイルL
1 の巻数Nと電流変化量ΔI1 /Δtとの関係が明らか
になり、1次電流I1 が取り得る最大周波数fmax を求
めることができる。
【0023】このようにして、求めた1次電流I1 が取
り得る最大周波数fmax からトランス重量を容易に求め
ることができる。
【0024】溶接トランス50の出力、例えば、140
kVAとしたとき、1次側コイルL 1 の巻数0 〜N8
における最大周波数fmax および溶接トランス50の重
量の関係を図5に示す。図5から明らかなように、1次
側コイルL 1 の巻数Nを値N4 に設定すれば、最大周波
数fmax は約3.8(kHz)であり、このとき、溶接
トランス50の重量は、従来の略55%となる。
【0025】以上説明したように、本実施例によれば、
溶接トランス50の1次側コイルL 1 の巻数Nによって
1次電流I1 の電流変化量ΔI1 /Δtの値を決定する
ことができるため、溶接トランス50の小型化に関する
限界設計が可能となる。
【0026】
【発明の効果】本発明に係るインバータ式直流抵抗溶接
装置の溶接トランスでは、出力を満足し、且つ、最大周
波数で作動し得る最小体積の溶接トランスを得ることが
できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施するインバータ式直流抵抗溶接装
置の全体構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示す実施例において、溶接電流の制御信
号と溶接電流との関係を示すタイミングチャートであ
る。
【図3】図2に示すタイミングチャートにおいて、溶接
電流の制御信号の周波数を高くした場合における溶接電
流の制御信号と溶接電流との関係を示すタイミングチャ
ートである。
【図4】図1に示す実施例において、溶接トランスの
次側コイルの巻数と1次電流の電流変化量との関係を説
明するグラフである。
【図5】図1に示す実施例において、溶接トランスの夫
々の1次側コイルの巻数と、最大周波数および溶接トラ
ンスの重量との関係を説明するグラフである。
【図6】従来技術におけるインバータ回路に出力される
制御信号の周波数と溶接トランスのコアの断面積との関
係を説明するグラフである。
【図7】従来技術における制御信号の周波数と出力電圧
との関係を説明するグラフである。
【符号の説明】
20…インバータ式直流抵抗溶接装置 24…インバータ回路 26…溶接トランス回路 28…溶接ガン部 30…制御回路 40、41…可動ガンアーム 50…溶接トランス 56、58、60、62…トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮永 健二 埼玉県狭山市新狭山1−10−1 ホンダ エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 辻井 元 埼玉県狭山市新狭山1−10−1 ホンダ エンジニアリング株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 11/24

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ワークに通電する溶接電流をパルス状の1
    次電流によって生成するインバータ式直流抵抗溶接装置
    の溶接トランスであって、 式(ΔI1 /Δt)=V1 /(kN2 )(ただし、ΔI
    1 /Δtは1次電流の立上り時間および立下り時間にお
    ける電流変化量、V1 は1次側コイルの両端電圧、kは
    定数、Nは1次側コイルの巻数)に基づき、前記溶接ト
    ランスの1次側コイルの巻数と、前記溶接トランスに通
    電される1次電流の周波数から前記溶接トランスの重量
    が設定され、 前記1次電流の周波数が1100Hz〜3000Hzに
    設定されていることを特徴とするインバータ式直流抵抗
    溶接装置の溶接トランス。
JP4155011A 1992-06-15 1992-06-15 インバータ式直流抵抗溶接装置の溶接トランス Expired - Fee Related JP2755524B2 (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63273575A (ja) * 1987-05-02 1988-11-10 Nagoya Dengenshiya:Kk インバ−タ式直流抵抗溶接機
JPH04284979A (ja) * 1991-03-11 1992-10-09 Nkk Corp 自走式抵抗シーム溶接機

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