JP4155234B2 - アーク溶接制御装置 - Google Patents

Description

本発明はアーク溶接制御装置の冷却構造に関するものである。

近年、産業用機器の稼働率は非常に高くなっている。このような状況下でアーク溶接装置のメンテナンスの容易性が重要視されている。

図８は上記従来のアーク溶接装置の構造を外側の筐体部を透視した斜視図を示す。そして各図において、１０１はアーク溶接制御装置筐体、１０２は空気吸排口、１０３はファン、１０４はヒートシンク、１０５は主半導体を示す。なお実際にはアーク溶接を行なうための種々の構成物、配線等があるが、本発明の説明には直接関係しないので説明を省略する。またアーク溶接を行なわせるための回路構成についても同様の理由により説明を省略する。

上記した構成の従来のアーク溶接制御装置においては、高熱を発する主半導体（例えばパワートランジスタ等のスイッチング素子）を冷却する際にそのヒートシンクを重点的に冷却して主回路全体に風を当て冷却する方法を用いており、装置内部の全体に機器外部の空気を排出または吸入させて冷却する構造であった。

具体的には図８で示すように主半導体１０５にヒートシンク１０４を接触して一体化したものに、ファン１０３を動作させて外から空気を吸入して当て、空気吸排口１０２から熱せられた空気を排出することで排熱を行なっていた。

なお、このような技術を示す実施例は、例えば特許文献１に記載されており、高熱を発するパワー半導体モジュールに放熱フィンを取り付け、空冷させるアーク溶接機等の電源装置が示されている。
特開平８−２１４５４９号公報（図１）

しかし、従来のアーク溶接制御装置は、主回路の全体に機器外部の空気を当て冷却するため機器内部の導電部に粉塵や溶接ヒューム等が堆積また付着し機器のメンテナンスに時間を費やすという課題を有していた。

本発明は、機器のメンテナンス性が飛躍的に向上し、機器の信頼性も確保するアーク溶接装置を提供することを目的とする。

本発明のアーク溶接装置は、上記課題を解決するために、発熱性の第１の電気素子により熱せられた空気を外部へ排出する放熱ユニットを筐体内に内蔵したアーク溶接制御装置であって、前記放熱ユニットは、空気を流通させる空洞部を形成する外周部を備えたトンネル型形状である。
また、本発明のアーク溶接装置に用いる放熱ユニットは、空洞部を形成する側面部および天面部を有する略直方体形状とし、空洞部の両側端部を空気が流通する開口部とした。さらに放熱ユニットは、両側端部の開口部を筐体の内側面に面するように配し、空洞部を形成する外周部の少なくとも一部に発熱性の第１の電気素子を用いた。

また、本発明のアーク溶接装置に用いる発熱性の電気素子は、放熱フィンを有するヒートシンクを備え、前記放熱フィンを空気が流通する空洞部内に曝すように配し、放熱ユニット開口部の片側に空洞部内の空気を強制流通させるファンを設けた。また、放熱ユニットは、複数列の空洞部を有し、複数列の各空洞部ごとにファンを設けた。

以上のように、本発明は冷却用の筐体を設けることにより機器内部の導電部に粉塵、溶接ヒューム等の堆積、付着を防止することが可能となり、機器のメンテナンス性が飛躍的に向上し、機器の信頼性も確保することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１から図７を用いて説明する。

（実施の形態１）
まず図５を用いて、簡単に本実施の形態におけるアーク溶接制御装置の回路構成について説明する。図５は本実施の形態におけるアーク溶接制御装置の回路構成を示す回路ブロック図であり、２０の1点鎖線で示した部分は一次側インバータ回路、２８は一次側インバータ回路２０中でインバータ（スイッチング手段）として用いるパワートランジスタ、２１は主トランス、２２ａの２点鎖線で示した部分は二次側主回路、２３は直流リアクタ、２４は制御回路を示す。

このような回路構成により、簡単にその作用について説明すると、一次側インバータ回路２０の一次側整流ダイオード２６にて商用電源２５で供給される電力を整流し、一次平滑コンデンサ２７にて平滑化し直流化する。そしてパワートランジスタ２８により電圧、電流のインバータ制御を行ない、所望の高周波の電圧、電流となるように制御される。さらに主トランス２１により一次側から二次側へ昇圧し、二次側整流ダイオード２２ｂにより再び直流化され、正負の電圧をそれぞれ出力し、ワイヤ３０と母材２９間でアーク放電させ、アーク溶接を行なう。なお、二次側回路中にある直流リアクタ２３は高周波成分をカットし、アーク溶接の品質をよくする働きをする。また、２４は制御回路であり、アーク溶接の品質を安定させるために一次側インバータ回路２０や二次側主回路２２ａでの出力電圧、電流の制御を行なう。

次に図１を用いて本実施の形態におけるアーク溶接制御装置に用いる放熱ユニットについて説明する。放熱ユニット１は、図５で説明した、一次側インバータ回路２０、二次側主回路２２ａなどを搭載し、アーク溶接制御装置にユニットとして配置するもので、パワートランジスタ２８等の高温を発するものを冷却するために、放熱機構を持たせている。

図１は、本実施の形態におけるアーク溶接制御装置に用いる放熱ユニットの後方右方向から見た斜視図を示し、１は放熱ユニットを示す。また４ａおよび４ｂは放熱ユニット１を形成する外周部であり、それぞれ側面部、天面部を示す。また２８は図５の回路図で示した一次側インバータ回路中のパワートランジスタである。さらに１０ａは放熱ユニット１の端部に設けられた開口部、８は開口部１０に備えられたファンを示す。なお、側面部４ａ、天面部４ｂは、板金等の平板で形成したものにパワートランジスタ２８などを連結して各面を形成しており、形成された各面により放熱ユニットを空洞部を有するトンネル構造としている。すなわち、放熱ユニット１は、高熱を発する電気素子を外周部の一部として天面部や側面部を形成してトンネル構造としており、この外周部により空洞部３を形成し、空洞部と外部とを遮断するようにして排熱させている。

なお、ここで放熱ユニット１は、図６に示すように、筐体２に内蔵して溶接装置とする
もので、本実施の形態では、放熱ユニット１は、ファン８のある部分を、溶接装置の後面部となるように配している。

また図２は、図１と同じ本実施の形態におけるアーク溶接制御装置に用いる放熱ユニット１を前方左方向から見た斜視図を示す。図２において、１０ｂは放熱ユニット１の両側端部のうちファン８と反対側に設けた開口部を示し、３は空洞部を示し、放熱ユニット１の側面部４ａ、天面部４ｂによって形成される。すなわち、放熱ユニット１は、側面部４ａ、天面部４ｂによって空洞部を形成したトンネル構造となっており、両端部に開口部を有し、片側の開口部にファンを備える構造としている。

また図３は同様に、放熱ユニット１を前方右方向から見た斜視図を示す。図３において、４０は図５の回路図には示していないが、二次側主回路２２ａに用いる高熱を発生するスイッチング素子を示す。

また図４は、同様に、放熱ユニット１を前方右方向から見た斜視図を示すもので、内部が分かりやすいように中間部を切断した状態を示している。図４において６はヒートシンク、７は放熱フィンを示す。このヒートシンク６は、パワートランジスタ２８、二次側スイッチング素子４０、二次側整流ダイオード２２ｂの各電気素子にそれぞれ備えられており、放熱フィン７のある部分をトンネル構造の放熱ユニット１の内側、すなわち空洞部３の空気が流通する部分に曝すようにしている。また、放熱ユニット１は上下２段構造に空洞部を有し、途中に仕切りが設けられた複数の列構造になっており、各空洞部３を空気が流通する部分としている。

以上で示したように、本実施の形態における放熱ユニット１は、図１に示すとおり略直方体であって、前面に設けた開口部１０ａにファン８を設けて空気吸排口とし、反対側開口部１０ｂより、空気を排出する。この時、放熱ユニット１に、本溶接装置で回路を構成する電気素子のうち特に高熱を発するものを取り付け、さらにヒートシンク６の放熱フィン７の部分を空気が流通する空洞部３に曝すようにすることで効率よく熱を装置外へ排出するようにしている。

なおこの時、図４に示すように、ヒートシンク６は、複数の放熱フィン７が、空洞部３内で流通する空気の流れの方向と略平行になるように配して空気の流れが滞ることがないようにする。

また本実施の形態においては、放熱ユニット１を上下２段構造とし、たとえば高熱を発する電気素子は専用の空洞部で冷却するようにして他の電気素子の冷却の促進を妨げないようにしている。

このように、放熱ユニット１の外周面を形成する側面部４ａ、天面部４ｂを空気を遮蔽する平面とし、形成される空洞部３と外部との空気の流通を遮断し、さらに放熱ユニット１のトンネル構造の外部である機器内部の導電部に粉塵、溶接ヒューム等が入り込まないようにしている。

そして図６に示すように、この放熱ユニット１を筐体２に内蔵させ、アーク溶接制御装置とする。この時筐体２は、筐体２の向かい合う面に空気流通孔２ａを設けておき、放熱ユニット１の開口部１０ａ、１０ｂがこの空気流通孔２ａに重なるようにする。すなわち、放熱ユニット１は、両側端部の開口部１０ａおよび１０ｂをそれぞれ筐体２の向かい合う面の内側面に面するように配する。そして、放熱ユニット１に備えたファン８は、アーク溶接装置後面の内側面に面し、外部より空気を吸引し、装置前面の空気流通孔２ａから外部へ排熱する。そして、上記したように筐体２内部では、放熱ユニット１をトンネル構
造としていることで、内部の空洞部と外部との遮熱ができ、効率的に電気素子の冷却ができる。

なお、本実施の形態においては、ファン８は、放熱ユニット１に取り付ける例を示したが、装置設計の都合上筐体１の空気流通孔２ａに設けてもよいし、独立して筐体２内側面と放熱ユニット１の開口部１０ａとの間に設けても本実施の形態による効果を妨げるものではない。

また、放熱ユニット１に設けた上下の２段構造は、２段に限定するものでなく、横方向、縦方向にも複数列の空洞部を設けることもでき、それにより一層効率的な排熱が期待できる。また、設計の都合上、空洞部ごとに、異なる電気素子を排熱させるようにしてもよいし、複数の電気素子の排熱を行なわせるようにしてもよい。

また、放熱ユニット１の形状も略直方体形状に固執するものではなく、トンネル構造を形成できる形状であれば円筒状等でもよく、特定するものではない。

以上のように、本実施の形態によればヒートシンク６と筐体９とが機器内部の空気と遮断されていることにより内部の導電部に粉塵、溶接ヒューム等の堆積,付着を防止することが可能となり、機器のメンテナンス性が飛躍的に向上し、機器の信頼性も確保することが可能となる。

さらに本実施の形態を発展させた例として図７に示すように、トンネル構造にした放熱ユニット１の内部に、図５で示した直流リアクタ２３を備えてもよい。このように、発熱源の一つである直流リアクタ２３を２段構造の放熱ユニット１の下段の空洞部におき、上段と異なる列の空洞部に曝すことで、他の列の空洞部との遮断ができ、効率よく冷却することが可能となる。

なおアーク溶接制御装置用の直流リアクタはニス含侵を施してあり粉塵等の堆積には問題はない。

以上のように、本実施の形態によればヒートシンク６と放熱ユニット１とが溶接装置内部の空気と遮断されていることにより内部の導電部に粉塵、溶接ヒューム等の堆積,付着を防止することが可能となり、機器のメンテナンス性が飛躍的に向上し、機器の信頼性も確保することが可能となる。

なお、図７で示す直流リアクタ２３の代わりに、図５で示す主トランスと２１してもよい。

本発明のアーク溶接制御装置は、導電部に粉塵、溶接ヒューム等の堆積、付着を防止することが可能となり、機器のメンテナンス性が飛躍的に向上し、機器の信頼性も確保することができ、産業上有用である。また、本発明は、アーク溶接制御装置のみに有効であるばかりでなく、高熱を発生する電気素子を内蔵し、冷却を必要とする装置に広く有用である。

本発明の実施の形態１におけるアーク溶接制御装置に用いる放熱ユニットを後方右方向から見た斜視図 本発明の実施の形態１におけるアーク溶接制御装置に用いる放熱ユニットを前方左方向から見た斜視図 本発明の実施の形態１におけるアーク溶接制御装置に用いる放熱ユニットを前方右向から見た斜視図 本発明の実施の形態１におけるアーク溶接制御装置に用いる放熱ユニットを前方右向から見た斜視図 本発明の実施の形態１におけるアーク溶接制御装置の回路構成を示す回路ブロック図 本発明の実施の形態１におけるアーク溶接制御装置を後方右方向から見た斜視図 本発明の実施の形態１におけるアーク溶接制御装置を前方右方向から見た斜視図 従来のアーク溶接制御装置の後面右方向から見た斜視図

符号の説明

１ 放熱ユニット
２ 筐体
２ａ 空気流通孔
３ 空洞部
４ａ 側面部
４ｂ 天面部
６ ヒートシンク
７ 放熱フィン
８ ファン
１０ａ、１０ｂ 開口部
２２ａ 二次側主回路
２８ パワートランジスタ
２１ 主トランス
２２ｂ 二次側整流ダイオード
２３ 直流リアクタ
２６ 一次側整流ダイオード
２７ 一次平滑コンデンサ

Claims (16)

1. 発熱性の第１の電気素子により熱せられた空気を外部へ排出する放熱ユニットを筐体内に内蔵したアーク溶接制御装置であって、前記放熱ユニットは、空気を流通させる空洞部を形成する外周部を備えたトンネル型形状であり、前記空洞部を形成する前記外周部の少なくとも一部に前記発熱性の第１の電気素子を用いたアーク溶接制御装置において、前記放熱ユニットは、前記空洞部の両側端部を空気が流通する開口部とし、前記両側端部の開口部を前記筐体の向かい合う内側面に面するように配し、前記空洞部は途中に仕切りが設けられた複数の列構造になっており、前記複数の空洞部の少なくとも１つの空洞部内に発熱性の第２の電気素子を配し、前記第２の電気素子はリアクタを含むアーク溶接制御装置。
2. 発熱性の第１の電気素子により熱せられた空気を外部へ排出する放熱ユニットを筐体内に内蔵したアーク溶接制御装置であって、前記放熱ユニットは、空気を流通させる空洞部を形成する外周部を備えたトンネル型形状であり、前記空洞部を形成する前記外周部に複数の前記第１の電気素子を備えるアーク溶接制御装置において、前記放熱ユニットは、前記空洞部の両側端部を空気が流通する開口部とし、前記両側端部の開口部を前記筐体の向かい合う内側面に面するように配し、前記空洞部は途中に仕切りが設けられた複数の列構造になっており、前記複数の空洞部の少なくとも１つの空洞部内に発熱性の第２の電気素子を配し、前記第２の電気素子はリアクタを含むアーク溶接制御装置。
3. 発熱性の第１の電気素子により熱せられた空気を外部へ排出する放熱ユニットを筐体内に内蔵したアーク溶接制御装置であって、前記放熱ユニットは、空気を流通させる空洞部を形成する外周部を備えたトンネル型形状であり、前記第１の電気素子はアーク溶接装置のインバータ回路に用いる電気素子を含むアーク溶接制御装置において、前記放熱ユニットは、前記空洞部の両側端部を空気が流通する開口部とし、前記両側端部の開口部を前記筐体の向かい合う内側面に面するように配し、前記空洞部は途中に仕切りが設けられた複数の列構造になっており、前記複数の空洞部の少なくとも１つの空洞部内に発熱性の第２の電気素子を配し、前記第２の電気素子はリアクタを含むアーク溶接制御装置。
4. 発熱性の第１の電気素子により熱せられた空気を外部へ排出する放熱ユニットを筐体内に内蔵したアーク溶接制御装置であって、前記放熱ユニットは、空気を流通させる空洞部を形成する外周部を備えたトンネル型形状であり、前記第１の電気素子は整流ダイオードを含むアーク溶接制御装置において、前記放熱ユニットは、前記空洞部の両側端部を空気が流通する開口部とし、前記両側端部の開口部を前記筐体の向かい合う内側面に面するように配し、前記空洞部は途中に仕切りが設けられた複数の列構造になっており、前記複数の空洞部の少なくとも１つの空洞部内に発熱性の第２の電気素子を配し、前記第２の電気素子はリアクタを含むアーク溶接制御装置。
5. 発熱性の第１の電気素子により熱せられた空気を外部へ排出する放熱ユニットを筐体内に内蔵したアーク溶接制御装置であって、前記放熱ユニットは、空気を流通させる空洞部を形成する外周部を備えたトンネル型形状であり、前記空洞部を形成する前記外周部の少なくとも一部に前記発熱性の第１の電気素子を用いたアーク溶接制御装置において、前記放熱ユニットは、前記空洞部の両側端部を空気が流通する開口部とし、前記両側端部の開口部を前記筐体の向かい合う内側面に面するように配し、前記空洞部は途中に仕切りが設けられた複数の列構造になっており、前記複数の空洞部の少なくとも１つの空洞部内に発熱性の第２の電気素子を配し、前記第２の電気素子はリアクタを含むアーク溶接制御装置。
6. 発熱性の第１の電気素子により熱せられた空気を外部へ排出する放熱ユニットを筐体内に内蔵したアーク溶接制御装置であって、前記放熱ユニットは、空気を流通させる空洞部を形成する外周部を備えたトンネル型形状であり、前記空洞部を形成する前記外周部に複数の前記第１の電気素子を備えるアーク溶接制御装置において、前記放熱ユニットは、前記空洞部の両側端部を空気が流通する開口部とし、前記両側端部の開口部を前記筐体の向かい合う内側面に面するように配し、前記空洞部は途中に仕切りが設けられた複数の列構造になっており、前記複数の空洞部の少なくとも１つの空洞部内に発熱性の第２の電気素子を配し、前記第２の電気素子はリアクタを含むアーク溶接制御装置。
7. 発熱性の第１の電気素子により熱せられた空気を外部へ排出する放熱ユニットを筐体内に内蔵したアーク溶接制御装置であって、前記放熱ユニットは、空気を流通させる空洞部を形成する外周部を備えたトンネル型形状であり、前記第１の電気素子はアーク溶接装置のインバータ回路に用いる電気素子を含むアーク溶接制御装置において、前記放熱ユニットは、前記空洞部の両側端部を空気が流通する開口部とし、前記両側端部の開口部を前記筐体の向かい合う内側面に面するように配し、前記空洞部は途中に仕切りが設けられた複数の列構造になっており、前記複数の空洞部の少なくとも１つの空洞部内に発熱性の第２の電気素子を配し、前記第２の電気素子はリアクタを含むアーク溶接制御装置。
8. 発熱性の第１の電気素子により熱せられた空気を外部へ排出する放熱ユニットを筐体内に内蔵したアーク溶接制御装置であって、前記放熱ユニットは、空気を流通させる空洞部を形成する外周部を備えたトンネル型形状であり、前記第１の電気素子は整流ダイオードを含むアーク溶接制御装置において、前記放熱ユニットは、前記空洞部の両側端部を空気が流通する開口部とし、前記両側端部の開口部を前記筐体の向かい合う内側面に面するように配し、前記空洞部は途中に仕切りが設けられた複数の列構造になっており、前記複数の空洞部の少なくとも１つの空洞部内に発熱性の第２の電気素子を配し、前記第２の電気素子はリアクタを含むアーク溶接制御装置。
9. 放熱ユニットは、空洞部を形成する側面部および天面部を有する略直方体形状である請求項１から８のいずれかに記載のアーク溶接制御装置。
10. 発熱性の第１の電気素子により熱せられた空気を外部へ排出する放熱ユニットを筐体内に内蔵したアーク溶接制御装置であって、前記放熱ユニットは、空気を流通させる空洞部を形成する外周部を備えたトンネル型形状であり、前記空洞部を形成する前記外周部の少なくとも一部に前記発熱性の第１の電気素子を用いたアーク溶接制御装置において、前記放熱ユニットは、前記空洞部の両側端部を空気が流通する開口部とし、前記両側端部の開口部を前記筐体の向かい合う内側面に面するように配し、前記空洞部は途中に仕切りが設けられた複数の列構造になっており、前記第１の電気素子は、放熱フィンを有するヒートシンクを備え、前記放熱フィンを空気が流通する空洞部内に曝すように配したアーク溶接制御装置。
11. 開口部の片側に空洞部内の空気を強制流通させるファンを設けた請求項１から１０のいずれかに記載のアーク溶接制御装置。
12. ファンは、放熱ユニットの開口部に取り付けられた請求項１１記載のアーク溶接制御装置。
13. ファンは、筐体に設けた空気流通用の空気流通孔部に取り付けられた請求項１１記載のアーク溶接制御装置。
14. 放熱ユニットは、複数列の各空洞部ごとにファンを設けた請求項１から１３のいずれかに記載のアーク溶接制御装置。
15. 放熱ユニットは、各空洞部ごとに異なる第１の電気素子の空気を流通させる請求項１から１４のいずれかに記載のアーク溶接制御装置。
16. 第１の電気素子は、パワートランジスタを含む請求項１から１５のいずれかに記載のアーク溶接制御装置。