JP3396641B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源装置に関し、
特にそのケースの構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電源装置としては、例えば特許第
２７５０８２３号に開示されているようなものがある。
この電源装置は、可搬型の例えばＴＩＧ溶接機の電源装
置として使用可能なものである。この電源装置では、互
いに間隔を隔てて、正面パネルと背面パネルとが、配置
されている。これら両パネルの間には、これらと直交し
て、Ｈ字状をなす区画壁が設けられ、両パネル間の空間
を上下２つの領域に区画している。なお、区画壁は、こ
れの両端部が両パネルに固定されている。この固定は、
区画壁の両端部にそれぞれ形成した係合突起を、正面パ
ネル及び背面パネルに形成した係合用孔に係合させるこ
とによって行われている。また、両パネルの間の空間を
包囲するように、２つの側壁パネルが形成されている。
なお、正面パネル、背面パネル及び両側壁パネルは、軽
量化のため、プラスチック製とされている。

【０００３】一方の領域には、放熱フィンやトランス等
の発熱部品が設けられ、他方の領域には、制御回路等が
構成されたプリント基板等の非発熱部品が配置されてい
る。発熱部品が設けられた領域には、冷却ファンが取り
付けられ、正面パネルに形成された吸引口から吸引した
空気によって発熱部品を冷却し、この冷却時に暖められ
た空気は、背面パネルに形成された排出口から外部に排
出される。

【０００４】この電源装置は、商用交流電圧を入力側整
流器及び平滑回路によって直流電圧に変換し、この直流
電圧をインバータによって高周波電圧に変換し、この高
周波電圧をトランスによって変圧し、この変圧された高
周波電圧を出力側整流器及び平滑回路によって直流電圧
に変換し、母材とトーチとからなる負荷に供給してい
る。例えば、交流入力電圧が単相の１１０／２２０Ｖ
で、溶接電流が１９０Ａ、溶接電圧が１８Ｖ、定格使用
率が２５パーセントのものである。この場合、電源装置
のケースは、幅が１３０ｍｍ、奥行き３００ｍｍ、高さ
２７５ｍｍのものが使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような大きさ
のケースに、上述した溶接電流よりも大きな溶接電流を
出力可能な電源回路を組み込もうとすると、定格使用率
を２５パーセントから１０パーセント未満に低下させな
ければならなかった。定格使用率とは、１０分間の内
で、定格運転できる比率を表したもので、１０パーセン
トとは１０分間のうち、１分間だけ定格運転が可能であ
ることを表す。従って、定格使用率が１０パーセント未
満となると、汎用的な溶接負荷に対しては小さすぎて、
使用できず、実用的でなかった。使用率が、このように
低下するのは、溶接電流の値に対して、充分な放熱効果
が得られないからである。

【０００６】本発明は、放熱効果を高めることによっ
て、小型でありながら、大きな出力電流を出力すること
ができる電源装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による電源装置
は、第１のパネルと第２のパネルとを有している。第１
及び第２のパネルは、互いに間隔を隔ててほぼ平行に配
置されている。第１及び第２のパネルに、区画壁の両端
部がそれぞれ接触している。この区画壁は、第１及び第
２のパネル間の空間を第１及び第２の領域に区画してい
る。第１及び第２の領域は、両パネルの上下方向に形成
することもできるし、側方に形成することもできる。こ
の区画壁は、第１の領域側に位置するように一体に形成
された放熱体を有している。この区画壁及び放熱体は、
熱伝導性が良好な材料、例えば金属製とできる。第１及
び第２の領域内には、電源回路が設けられている。電源
回路は、例えば商用交流電圧を直流電圧に変換するもの
が使用できる。この電源回路は、放熱体に取り付けられ
た第１の発熱部品と、第１の領域に配置された第２の発
熱部品と、第２の領域に配置された非発熱部品とを、含
んでいる。第１の領域内には、第１及び第２の発熱部品
を冷却するための冷却ファンが設けられている。この冷
却ファンによって、空気を第１の領域内に吸引するため
の吸引口を、第１及び第２のパネルの一方に形成し、第
１及び第２の発熱部品を冷却した後の空気を第１の領域
から排出するための排出口を、第１及び第２のパネルの
他方に設けることができる。

【０００８】この電源装置では、区画壁と放熱体とが一
体に形成され、しかも両者共に熱伝導性が良好な材料に
よって形成されている。従って、出力電流の値が大きく
て、第１及び第２の発熱部品の発熱が多くても、充分な
放熱効果が得られ、第１及び第２のパネル間の間隔を大
きくとって放熱効果を高める必要がなく、小型化を図る
ことができる。

【０００９】区画壁は、第２の領域側に凹所を有してい
る。この場合、第１の発熱部品を凹所に配置する。例え
ば、第１の発熱部品は、商用交流電圧を直流電圧に、交
流−直流変換手段で変換した直流電圧を、高周波電圧に
変換するインバータに使用される半導体スイッチング素
子である。この場合、非発熱部品が配置されている第２
の領域側に、第１の発熱部品を配置しているが、非発熱
部品に、第１の発熱部品からの熱が影響を与えることが
ない。特に、区画壁自体も熱伝導性が良好であるので、
区画壁によっても第１の発熱部品が放熱され、更に、非
発熱部品が熱の影響を受けにくくなる。非発熱部品とし
ては、半導体スイッチング素子の制御回路が含まれるの
で、この半導体スイッチング素子と制御回路との距離を
近づけることができる。よって、両者を接続するライン
にノイズが乗ることが少なくなり、スイッチング素子の
誤動作を防止することができる。

【００１０】第１及び第２のパネル間の空間を包囲する
ケース部材を設けることができる。このケース部材は、
第１及び第２の分割部材によって構成されている。第１
及び第２の分割部材は、その縦断面形状が例えば横倒さ
せたＵ字状体とすることができる。２つのＵ字状体の脚
部同士を突き合わせることによって、第１及び第２のパ
ネル間の空間を包囲することができる。区画壁の両側面
が分割部材に固定されている。第１及び第２の分割部材
が、第１及び第２のパネルの両側に配置され、第１及び
第２の分割部材の脚部が、両パネルの両側をつなぐ直線
上のいずれかで接触する場合には、上記Ｕ字状体の底部
間に、区画壁の両側面が固定される。第１及び第２の分
割部材が、第１及び第２のパネルの上下に配置され、第
１及び第２の分割部材の脚部が、第１及び第２のパネル
の両側において接触する場合には、第１及び第２の分割
部材の一方が有する脚部間に固定される。この場合、第
１及び第２の分割部材と区画壁とがＨ字状をなしている
ので、強度が大きく、破損しにくい。

【００１１】更に、前記ケース部材を、熱伝導性が良好
な材料によって構成することができる。この場合、ケー
ス部材も区画壁も熱伝導性が良好な材料によって構成さ
れているので、区画壁に一体に形成された放熱体に取り
付けられた第１の発熱部品が発生する熱が、区画壁から
ケース部材に伝導され、ケース部材の全周囲から放熱さ
れる。従って、更に良好な放熱効果が得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の１実施の形態の電源装置
は、図１に示すように、第１及び第２のパネル、例えば
正面パネル２と背面パネル４とを有している。両パネル
は、例えば合成樹脂製で、その正面形状がほぼ矩形に形
成されており、予め定めた間隔を隔てて対向するように
配置されている。正面パネル２の上下方向における中央
部から下方にかけて、複数の吸引口６が上下方向に沿っ
て形成されている。同様に、背面パネル４の上下方向に
おける中央部から下方にかけて、複数の排出口８が上下
方向に沿って形成されている。

【００１３】図２に示すように、この正面パネル２と背
面パネル４との間の空間を包囲するようにケース部材１
０が配置されている。このケース部材１０は、例えば合
成樹脂製の第１及び第２の分割部材、例えば左側パネル
１２と右側パネル１４とを、有している。左右パネル１
２、１４は、同一形状であって、横倒させたＵ字状をな
し、底部、例えば側壁１２ａ、側壁１４ａと、これら側
壁１２ａ、１４ａの上下両側に、これらと垂直に形成さ
れた上壁１２ｂ、１４ｂと下壁１２ｃ、１４ｃとを有し
ている。上壁１２ｂと１４ｂ及び下壁１２ｃと１４ｃ
は、正面パネル２及び背面パネル４の左右両側方向のほ
ぼ中央で互いに接触している。

【００１４】なお、ケース部材１０は、上壁１２ｂ、１
４ｂの先端が接触し、かつ下壁１２ｃ、１４ｃの先端が
接触するように、正面パネル２と背面パネル４との左右
両側に配置した。しかし、次のような構成とすることも
できる。即ち、第１の分割部材を、正面パネル２及び背
面パネル４の上縁間の面積にほぼ相当する上壁と、これ
に対して垂直にかつ正面パネル２及び背面パネル４の両
側縁に沿って下方に向かって中途まで伸延する上側側壁
とから形成する。第２の分割部材を、正面パネル２及び
背面パネル４の下縁間の面積にほぼ相当する下壁と、こ
れに対して垂直にかつ正面パネル２及び背面パネル４の
両側縁に沿って上方に向かって伸延し、上側側壁とそれ
ぞれ接触する下側側壁とから形成する。

【００１５】これら正面パネル２、背面パネル４及びケ
ース部材１０によって囲われた空間には、区画壁１６が
配置されている。この区画壁１６は、図３に示すように
概略矩形状に形成されている。図１に示すように、正面
パネル２と背面パネル４との上下方向の中途に、区画壁
１６の両端部がそれぞれ接触するように、ほぼ水平に区
画壁１６が配置され、上記空間を、第１の領域、例えば
下側領域１８と、第２の領域、例えば上側領域２０とに
区画している。図２及び図３に示すように、両端部の両
側縁に近い位置には、それぞれ突部２４が形成され、こ
れら突部２４が正面パネル２及び背面パネル４の両側縁
部にそれぞれ形成した係合孔（図示せず）に挿入されて
いる。

【００１６】区画壁１６の両側面は、図２に示すよう
に、側壁１２ａ、１４ａに面接触しており、複数のビス
２６によって側壁１２ａ、１４ａに固定されている。図
３に符号２８で示したものは、区画壁１６の両側面に形
成されているビス２６に対するねじ孔である。このよう
に区画壁１６を、左側パネル１２、右側パネル１４の側
壁１２ａ、１４ａに固定しているので、側壁１２ａ、１
４ａと区画壁１６とがＨ字状をなし、側壁１２ａ側また
は１４ａ側から力が加わっても変形しにくい。さらに、
ビス２６によって区画壁１６に側壁１２ａ、１４ａを固
定しているので、上壁１２ｂ、１４ｂの先端同士、下壁
１２ｃ、１４ｃの先端同士が互いに押圧し、左側パネル
１２と右側パネル１４とが簡単に分離することがない。
また、正面パネル２及び背面パネル４と区画壁６もＨ字
状をなしているので、正面パネル２側または背面パネル
４側から力が加わっても、変形しにくい。

【００１７】図３に示すように、区画壁１６における第
２の領域側の面、例えば上面には、矩形の凹所３０が形
成されている。この凹所３０に対応する下面には、区画
壁１６と一体に、放熱体、例えば放熱フィン３２が形成
されている。これら放熱フィン３２は、両側面をつなぐ
直線上に間隔をおいて複数のフィンが形成されたもの
で、最も外側にあるフィンは、図２に示すように側壁１
２ａ、１４ａと接触しており、区画壁１６の両側面と共
に側壁１２ａ、１４ａとの接触面積を増加させている。

【００１８】凹所３０内における放熱フィン３２に対応
する位置に、第１の発熱部品、例えば後述するインバー
タを構成するＩＧＢＴ、電力ＦＥＴまたはバイポーラト
ランジスタのような複数の半導体スイッチング素子が内
蔵されている半導体モジュール３４が取り付けられる。
図３に符号３６で示すものは、半導体モジュール３４を
凹所３０にねじ止めするためのねじ孔である。

【００１９】凹所３０内における両側縁側、区画壁１６
の上面における正面パネル２側の両側縁側及び背面パネ
ル４側の両側縁側には、それぞれ支柱３８が、区画壁１
６と一体に形成されている。これら支柱３８は、上側領
域内に配置するプリント基板（図示せず）を支持するた
めのものである。

【００２０】この区画壁１６と放熱フィン３２とは、熱
伝導性が良好である材料、例えば金属、具体的にはアル
ミニウムまたはアルミニウム合金によって一体成型され
ている。放熱フィンと区画壁とが別個に形成されている
場合には、区画壁に放熱フィンを取り付ける必要がある
が、放熱フィン３２と区画壁１６とが一体に形成されて
いるので、放熱フィンを取り付ける手間が省け、組立工
数を削減することができる。

【００２１】この電源装置は、電源回路を含み、この電
源回路は、例えば単相商用交流電圧を整流する入力側整
流回路と、この整流電圧を平滑する入力側平滑回路とか
らなる入力側交流−直流変換器を有している。この直流
変換器からの直流電圧を高周波電圧にインバータが変換
する。このインバータに上述した半導体モジュール内の
半導体スイッチング素子が使用されている。インバータ
の高周波電圧が、高周波変圧器によって変圧される。こ
の変圧された電圧が、出力側整流回路と、出力側平滑回
路とからなる高周波−直流変換器によって直流電圧に変
換され、例えば母材とトーチとからなる溶接負荷に供給
される。

【００２２】負荷に供給されている電流、即ち溶接電流
が電流検出器によって検出され、この電流検出器からの
検出信号が、インバータの制御回路に供給される。制御
回路は、この検出信号が予め定められた基準電流を表す
値に等しくなるように、半導体スイッチング素子の導通
期間を、例えばＰＷＭ信号によって制御する。即ち、定
電流制御が行われている。なお、電流検出に変えて、負
荷電圧を検出し、この負荷電圧が予め定めた電圧に等し
くなるように、定電圧制御することもできるし、負荷電
力を負荷電力検出器によって検出し、この負荷電力が予
め定められた電力に等しくなるように、定電力制御を行
うこともできる。

【００２３】このような電源回路では、上述した半導体
モジュール３４の他に、例えば変圧器、入力側整流回
路、出力側整流回路等の第２の発熱部品４０が存在す
る。さらに、この電源回路には、半導体スイッチング素
子の制御回路等の、上記の発熱部品４０よりも極端に発
熱量が少ない非発熱部品４２が存在する。これら発熱部
品４０は、下側領域１８側に配置されている。また、非
発熱部品４２は、上側領域２０に配置され、支柱３８に
よって支持されている。非発熱部品４２が、第１の発熱
部品である半導体モジュール３４と同じ上側領域２０に
設けられているので、半導体モジュール３４と非発熱部
品４２に含まれる制御回路との配線距離を短くすること
ができ、半導体モジュール３４内の半導体スイッチング
素子がノイズ等によって誤動作することを防止できる。

【００２４】図１に示すように、下側領域１８における
背面パネル４側には、冷却手段、例えば空冷手段、具体
的には放熱用ファン４４が配置されている。区画壁１６
の背面パネル４側に近い位置の下面側には、凹部が形成
されており、この凹部に放熱用ファン４４が取り付けら
れている。この放熱用ファン４４は、正面パネル２と背
面パネル４との間に、一方から他方の方向に空気の流れ
を作るように回転する。

【００２５】例えば正面パネル２の各吸引口６から吸引
された空気は、第２の発熱部品４０や放熱フィン３２の
間を通過する。このとき、放熱フィン３２には、半導体
モジュール３４からの熱が伝導しており、この熱が放熱
フィン３２間を通る空気に伝導され、放熱フィン３２や
半導体モジュール３４が冷却される。

【００２６】半導体モジュール３４からの熱は、区画壁
１６全体にも伝導されており、区画壁１６の下側面も吸
引された空気によって冷却されているので、更に半導体
モジュール３４の冷却効果が高まる。即ち、半導体モジ
ュール８４の冷却効果が高められる。

【００２７】同様にして、各第２の発熱部品４０も、放
熱フィン４４によって吸引された空気によって冷却され
る。なお、放熱フィン３２等を冷却したことによって暖
められた空気は、排気口８から外部に排出される。

【００２８】このように、この電源装置によれば、放熱
効果を高めることができるので、上述した従来のものと
同一の大きさのケースを使用し、例えば定格入力電圧を
単相１１０／２２０Ｖ、溶接電流２５０Ａ、溶接電圧２
０Ｖとした場合でも、定格使用率を２０パーセントとす
ることができる。即ち、溶接電流の値を大きくしても、
従来のものと同様な定格使用率を実現することができ
る。

【００２９】なお、上記の実施の形態の電源装置では、
ケース部材１０を合成樹脂製としたが、これを熱伝導が
良好な材料、例えば金属、具体的にはアルミニウムまた
はアルミニウム合金とすれば、ケース部材全体からも放
熱させることができ、更に放熱効果を高めることがで
き、定格使用率を更に改善させるか、或いは定格使用率
を変更せずに、溶接電流を増加させることができる。

【００３０】上記の実施の形態の電源装置では、電源回
路として、商用交流電圧を直流電圧に変換し、これを高
周波電圧に変換した後、再度直流電圧に変換するものを
使用したが、他の電源回路を使用することもできる。例
えば、商用交流電圧を単に整流、平滑するものであって
もよい。また、上記の実施の形態の電源装置は、アーク
溶接機用の電源装置であるが、これに限ったものではな
く、例えばアーク切断機、充電器、またはメッキ用の電
源装置等の各種電源装置に実施することができる。上記
の実施の形態の電源装置では、半導体モジュール３４内
には、インバータ用の半導体スイッチング素子のみを内
蔵したが、これに加えて入力側及び出力側整流回路用の
整流ダイオードを内蔵させることもできる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、区画壁
と放熱体とを、熱伝導が良好な材料によって一体に形成
したので、放熱体に取り付けられた第１の発熱部品の放
熱効果が向上し、大きな出力電流を負荷に供給すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施の形態の電源装置の縦断正面図
である。

【図２】図１の電源装置の縦断側面図である。

【図３】図１の電源装置において使用する区画壁の斜視
図である。

【符号の説明】

２ 正面パネル（第１のパネル） ４ 背面パネル（第２のパネル） １６ 区画壁 ３２ 放熱フィン（放熱体）

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−112674（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−214158（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−83345（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−28284（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに間隔を隔ててほぼ平行に配置され
   ている第１及び第２のパネルと、 第１及び第２のパネルにそれぞれ端部が接触し、第１及
   び第２のパネル間の空間を第１及び第２の領域に区間
   し、かつ第１の領域側に位置するように一体に形成され
   た放熱体を有する、熱伝導性が良好な区画壁と、 前記放熱体に取り付けられた第１の発熱部品と、第１の
   領域に配置された第２の発熱部品と、第２の領域に配置
   された非発熱部品とを、含む電源回路とを、具備し、前
   記区画壁は、第２の領域側に凹所を有し、前記第１の発
   熱部品は、前記凹所に配置された半導体スイッチング素
   子であり、前記非発熱部品は、前記半導体スイッチング
   素子の制御回路を含む電源装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電源装置において、第１
   及び第２の分割部材によって構成され、第１及び第２の
   パネル間の空間を包囲するケース部材が設けられ、前記
   区画壁の両側面が前記分割部材に固定されている電源装
   置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の電源装置において、前記
   ケース部材が、熱伝導性が良好な材料によって構成され
   ている電源装置。