JP5177231B2 - アーク溶接機に用いる変圧器およびアーク溶接機に用いる変圧器の組み立て方法 - Google Patents

Description

本発明は、アーク溶接機などの電気機器に搭載される変圧器および変圧器の組み立て方法に関するものである。

近年、電気機器は、デジタル化や筐体の小型化という流れがあり、電気機器の一例であるアーク溶接機も同様である。

アーク溶接機に用いる変圧器のコイルの２次巻線は、数百アンペアの大電流が流れるため、２次巻線の断面積を小さくすることは困難である。従って、２次巻線を分割して並列巻きにする方法や、箔や銅板を並列にして重ねる方法により、２次巻線の断面積を大きくして大電流に対応している。

このように、アーク溶接機では、２次巻線の断面積を大きくしなければならず、このことは、変圧器の小型化において阻害要因となる。従って、小型化にも限界があり、フェライトコアとすることなどにより鉄心が小型化されても、２次巻線の断面積が小型化されない限り、変圧器全体の小型化が困難であり、アーク溶接機の筐体の小型化も困難となる。

従来の変圧器の一例として、図４に示すように、巻回した２つのコイル１６ａ、１６ｂを向かい合わせにしたロの字型形状のリアクトルや変圧器１７が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような変圧器１７では向かい合わせの２つのコイル１６ａ、１６ｂ同士が近くにある構成となっている。

しかし、図４に示す従来の変圧器１７は、コイル１６ａ、１６ｂを構成する２次巻線１８ａ、１８ｂの断面積（高さ、幅）を大きくして大電流に対応している。したがって、大電流の変圧器１７を構成する場合は、コイル１６ａ、１６ｂの高さ（巻厚方向）が大きくなり、向かい合わせのコイル１６ａ、１６ｂ同士がぶつかる。そのため、鉄心１９の空間（窓）を大きくしなければならなかった。

従って、大電流対応の変圧器では、鉄心１９の空間が必要となるために大型化し、変圧器１７を収納する筐体も大型化するという課題を有していた。

特開２００７−１７３７００号公報

本発明は、小型化あるいは薄型化を図ることができる変圧器を提供するものである。

本発明の変圧器は、２つのコイルと２つの鉄心を備えた変圧器であって、コイルは、ボビンと、ボビン上に巻回された第１の巻線と、第１の巻線上に絶縁物を介して巻回された第２の巻線とを備え、第２の巻線は、隣接する第２の巻線との間に第２の巻線の太さより大きい間隔が空くように巻回され、一方のコイルの第２の巻線の間に他方のコイルの第２の巻線が配置されるように２つのコイルを配置した構成を有する。

また、本発明の変圧器の組み立て方法は、２つのコイルと２つの鉄心を備えた変圧器の組み立て方法であって、ボビンに第１の巻線を巻回した後に、第１の巻線上に絶縁物を介して第２の巻線を、隣接する第２の巻線との間に第２の巻線の太さより大きい間隔が空くように巻回して２つのコイルを得るステップと、一方のコイルの第２の巻線の間に他方のコイルの第２の巻線が配置されるように２つのコイルを配置するステップと、２つのボビンの内側の中空部分に２つの鉄心をそれぞれ挿入するステップとを備えた構成を有する。

かかる構成によれば、一方のコイルの第２の巻線を巻回している凸部が、他方のコイルの第２の巻線の間の第２の巻線を巻回していない凹部に配置されるように、２つのコイルを配置しているので、変圧器の小型化、薄型化を実現することができる。

本発明の実施の形態１における変圧器の概略構成を示す正面図 同変圧器の概略構成を示す下面図 本発明の実施の形態２における変圧器の概略構成を示す正面図 同変圧器の概略構成を示す下面図 本発明の実施の形態３における変圧器の概略構成を示す正面図 同変圧器の概略構成を示す下面図 従来の変圧器の概略構成を示す図

（実施の形態１）
本実施の形態の変圧器について、図１Ａ、図１Ｂを用いて説明する。図１Ａは変圧器の概略構成を示す正面図であり、図１Ｂは同変圧器の概略構成を示す下面図である。図１Ａ、図１Ｂに示す変圧器２０は、鉄心１と２つのコイルＡ、Ｂから構成されている。そして、２つのコイルＡ、Ｂのうち一方のコイルＡは、鉄心１を挿入できる中空部分を持った第１のボビン２と、第１のボビン２の上に巻かれた第１の１次巻線（第１の巻線）３と、絶縁材４を介して第１の１次巻線３の上に巻かれた第１の２次巻線（第２の巻線）５から構成されている。

また、他方のコイルＢは、鉄心１を挿入できる中空部分を持った第２のボビン７と、第２のボビン７の上に巻かれた第２の１次巻線（第１の巻線）８と、絶縁材９を介して第２の１次巻線８の上に巻かれた第２の２次巻線（第２の巻線）１０から構成されている。一方のコイルＡと他方のコイルＢとの間には、絶縁材６と絶縁材１１が設けられている。なお、絶縁材６や絶縁材１１の例としては、ノーメックスシート（デュポン社の登録商標）等が挙げられる。

なお、鉄心１は、略Π字状（Π字状を含む）に分割された２つの部分（図１Ａでは上下の部分）からなり、これらを第１のボビン２および第２のボビン７の中空部分の内部で突き合わせて鉄心１を構成するようにしても良い。また、略コの字状と略Ｉの字状（Ｉの字状を含む）の２つの部分からなり、略コの字の部分を第１のボビン２および第２のボビン７に挿通して略Ｉの字の部分と突き合わせて鉄心１を構成するようにしても良い。

以上のように構成された変圧器について、その組み立て方法を説明する。第１の１次巻線３を第１のボビン２の上に一列に巻く。第１の１次巻線３を巻き終わった上に絶縁材４を固定する。絶縁材４の上に、第１の２次巻線５を、第１の２次巻線５の太さより大きい間隔５ａを空けて等間隔に一列に巻く。これを第１のコイルＡとする。

また、第２の１次巻線８を第２のボビン７の上に一列に巻く。第２の１次巻線８を巻き終わった上に絶縁材９を固定する。絶縁材９の上に、第２の２次巻線１０を、第２の２次巻線１０の太さより大きい間隔１０ａを空けて等間隔に一列に巻く。これを第２のコイルＢとする。

なお、第１のコイルＡと第２のコイルＢにおいて、２次巻線５、１０が巻かれている箇所は凸部５ｂ、１０ｂとなっており、２次巻線５、１０が巻かれていない箇所（隣接する２次巻線５同士の間、２次巻線１０同士の間）は凹部５ｃ、１０ｃとなっている。なお、凹部５ｃ、１０ｃの底部は、絶縁材４あるいは絶縁材９が設けられている。

その後、第１のコイルＡを構成する第１の２次巻線５の等間隔の凸部５ｂ（第１の２次巻線５）が、第２のコイルＢを構成する第２の２次巻線１０の等間隔の凹部１０ｃ（隣接する第２の２次巻線１０の間）に配置されるように、また、第２のコイルＢを構成する第２の２次巻線１０の等間隔の凸部１０ｂ（第２の２次巻線１０）が、第１のコイルＡを構成する第１の２次巻線５の等間隔の凹部５ｃ（隣接する第１の２次巻線５の間）に配置されるように、第１のコイルＡと第２のコイルＢを配置する。

また、第１のコイルＡを構成する第１の２次巻線５の、第２のコイルＢを構成する第２の２次巻線１０との対向部に絶縁材６を配置する。絶縁材６は、第１の２次巻線５と第２の２次巻線１０の間を絶縁する役割を有している。形状はシート状であり、第１の２次巻線５の凹凸部５ｂ、５ｃに沿うような形の折り目がつけられている。

また、第２のコイルＢを構成する第２の２次巻線１０の、第１のコイルＡを構成する第１の２次巻線５との対向部に絶縁材１１を配置する。絶縁材１１は、第２の２次巻線１０と第１の２次巻線５の間を絶縁する役割を有している。形状はシート状であり、第２の２次巻線１０の凹凸部１０ｂ、１０ｃに沿うような形の折り目がつけられている。

すなわち、一方のコイルＡの第１の２次巻線５を巻回している凸部５ｂが、他方のコイルＢの第２の２次巻線１０を巻回していない凹部１０ｃに配置される箇所に、絶縁材６を配置している。また、他方のコイルＢの第１の２次巻線１０を巻回している凸部１０ｂが、一方のコイルＡの第２の２次巻線５を巻回していない凹部５ｃに配置される箇所に、絶縁材１１を配置している。本実施の形態では、２個の絶縁材６、１１を用いて説明したが、１個の絶縁材を用いてもよい。

その後、第１のコイルＡと第２のコイルＢを上記のように配置した状態で、２つに分割された鉄心１を第１のボビン２と第２のボビン７の中空部分の内側に挿入して、２つに分割された鉄心１を中空部分で突き合わせ、突き合わせ部を接着する。

なお、２つに分割された鉄心１の固定は、接着剤での固定に限るものではなく、ネジとナットと金具の組み合わせによる固定や、バンドによる固定など、固定方法としては種々の方法が考えられる。

また、巻線の形状は、丸線、平角線、リッツ線など箔形状以外ならどのような断面形状でもよく、さらに、１本でなく２本、３本など複数本を並列にするようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態における変圧器によれば、空間の有効利用ができ、変圧器の小型化、薄型化が可能である。

また、２次巻線５、１０のほとんどが変圧器２０の表面に配置されているため、冷却ファンなどによる空冷の冷却効果が期待される。

このように、本実施の形態によれば、冷却効率のよい小型化、薄型化が可能な変圧器を実現することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態において、実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１と異なる点は、第１のコイルＡと第２のコイルＢとの間に設けられる絶縁材の形状である。

図２Ａ、図２Ｂを用いて、本実施の形態の変圧器について説明する。図２Ａ、図２Ｂの変圧器３０において、第１のコイルＡと第２のコイルＢの構造および配置は、実施の形態１と同様である。第１のコイルＡと第２のコイルＢとの間には、絶縁材１２と絶縁材１３が設けられている。

絶縁材１２は、第１の２次巻線５の、第２の２次巻線１０との対向部を絶縁する役割を有し、形状はシート状であり、折り目はない。また、絶縁材１３は、第２の２次巻線１０の、第１の２次巻線５との対向部を絶縁する役割を有し、形状はシート状であり、折り目はない。

なお、鉄心１の組み立てや構成、巻線の状態などは、実施の形態１と同様である。また、絶縁材１２や絶縁材１３の例としては、ノーメックスシート等が挙げられる。

本実施の形態では、第１のコイルＡと第２のコイルＢの間に、折り目がない絶縁材１２、１３を挟み込むことで、絶縁材１２や絶縁材１３を、第１のコイルＡの第１の２次巻線５の凹凸部５ｂ、５ｃや第２のコイルＢの第２の２次巻線１０の凹凸部１０ｂ、１０ｃに合わせて沿わせることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果を実現することができる。本実施の形態では、２個の絶縁材１２、１３を用いて説明したが、１個の絶縁材を用いてもよい。

（実施の形態３）
本実施の形態において、実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１と異なるのは、第１のコイルＡと第２のコイルＢとの間を絶縁材でモールドするようにした点である。さらに、第２のコイルＢの巻き線方向は、実施の形態１、２とは異ならせている。

図３Ａ、図３Ｂを用いて、本実施の形態の変圧器について説明する。図３Ａ、図３Ｂの変圧器４０において、第１のコイルＡと第２のコイルＢの構造および配置は、実施の形態１と同様である。

本実施の形態では、第１のコイルＡを構成する凹凸形状を有する第１の２次巻線５と、第２のコイルＢを構成する凹凸部形状を有する第２の２次巻線１０との間、すなわち一方の凸部５ｂ、１０ｂと他方の凹部１０ｃ、５ｃとの間に、モールド絶縁材１４を充填して硬化させている。モールド絶縁材１４により、第１の２次巻線５と第２の２次巻線１０の位置を固定することができる。また、第１の２次巻線５と第２の２次巻線１０との間の絶縁を行うこともできる。鉄心１の組み立てや構成、巻線の状態などは、実施の形態１と同様である。なお、モールド絶縁材１４としては、例えば、エポキシ樹脂等が挙げられる。

本実施の形態では、第２のコイルＢの巻き線方向を、実施の形態１、２とは異ならせている。しかし、本実施の形態においても、一方の凸部５ｂ、１０ｂが他方の凹部１０ｃ、５ｃに配置されるように、隣接する第１の２次巻線５の間、および隣接する第２の２次巻線１０の間の間隔を、第１の２次巻線５および第２の２次巻線１０の太さよりも大きくすればよい。

以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１、２と同様の効果を実現することができる。また、実施の形態１、２と比べて、第１のコイルＡと第２のコイルＢとの固定や第１のコイルＡと第２のコイルＢとの間の絶縁をより確実に行うことができる。

本発明の変圧器は、２次巻線の断面積を大きくしても、小型化、薄型化を実現することができるので、特に２次電流の大きなアーク溶接機などに用いる変圧器として有用である。

１ 鉄心
２ 第１のボビン
３ 第１の１次巻線
４，６，９，１１，１２，１３ 絶縁材
５ 第１の２次巻線
５ａ，１０ａ 間隔
５ｂ，１０ｂ 凸部
５ｃ，１０ｃ 凹部
７ 第２のボビン
８ 第２の１次巻線
１０ 第２の２次巻線
１４ モールド絶縁材
２０，３０，４０ 変圧器

Claims (4)

1. ２つのコイルと鉄心を備えたアーク溶接機に用いる変圧器であって、
   前記コイルは、ボビンと、前記ボビン上に巻回された第１の巻線と、前記第１の巻線上に絶縁物を介して巻回された第２の巻線とを備え、
   前記２つのコイルのうち一方のコイルである第１のコイルは、前記鉄心の第１の脚に設けられ、前記２つのコイルのうち他方のコイルである第２のコイルは、前記鉄心の前記第１の脚に対向する位置の第２の脚に設けられ、
   前記第１のコイルの前記第２の巻線は、前記第２のコイルの前記第２の巻線の太さより大きい間隔が空くように巻回され、前記第２のコイルの前記第２の巻線は、前記第１のコイルの前記第２の巻線の太さより大きい間隔が空くように巻回され、一方の前記コイルの第２の巻線を巻回している凸部が、他方の前記コイルの第２の巻線を巻回していない凹部に配置されるように前記２つのコイルを配置したアーク溶接機に用いる変圧器。
2. 前記一方のコイルの前記第２の巻線の間の、前記他方のコイルの前記第２の巻線が配置される箇所に、前記２つのコイル間に沿うようにシート状の絶縁材を配置した請求項１記載のアーク溶接機に用いる変圧器。
3. 前記一方のコイルの前記第２の巻線の間の、前記他方のコイルの前記第２の巻線が配置される箇所を絶縁樹脂でモールドした請求項１記載のアーク溶接機に用いる変圧器。
4. ２つのコイルと２つに分割された鉄心を備えたアーク溶接機に用いる変圧器の組み立て方法であって、ボビンに第１の巻線を巻回した後に、前記第１の巻線上に絶縁物を介して第２の巻線を、隣り合う線の間に間隔が空くように巻回して構成したコイルを２つ得るステップと、前記２つのコイルの間にシート状の絶縁材を配置するステップと、一方の前記コイルの第２の巻線を巻回している凸部が他方の前記コイルの第２の巻線を巻回していない凹部に配置されるように前記２つのコイルを配置するとともに前記２つのコイル間に沿うように前記シート状の絶縁材が配置されるステップと、２つの前記ボビンの内側の中空部分に２つの前記鉄心をそれぞれ挿入するステップとを備えたアーク溶接機に用いる変圧器の組み立て方法。

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