JP5199493B1

JP5199493B1 - 溶接トランスと溶接装置

Info

Publication number: JP5199493B1
Application number: JP2012036101A
Authority: JP
Inventors: 孝治甲斐; 和生寳山; 熙永井; 一宏鈴木
Original assignee: Koyo Giken Co Ltd
Current assignee: Koyo Giken Co Ltd
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: JP2013172066A

Abstract

【課題】高速で精密な溶接制御をし消費電力も節減する。
【解決手段】２次側で、正側コイル１４の一端に一方の整流素子１８の一端を接続し、負側コイル１６の一端に他方の整流素子２０の一端を接続し、一方の整流素子１８の他端と他方の整流素子２０の他端をプラス電極２２に接続し、正側コイルの他端と負側コイルの他端をマイナス電極２４に接続する。１次コイルには、インバータにより一定の繰り返し周波数で極性を反転させるパルス状の１次電流が供給されている。正側コイル１４と負側コイル１６の間に１次コイル１２を挟む。正側コイル１４の一端は第１連結極板４４を介して正側導体３０に電気接続され、負側コイル１６の一端は第２連結極板４６を介して負側導体３２に電気接続される。正側導体３０と負側導体３２とを絶縁層を介して密着させた。転流時間を短くし、高い周波数のインバータ制御が可能になる。
【選択図】図８

Description

本発明は、高速で高品質な溶接を可能にする抵抗溶接機用の溶接トランスと溶接装置に関する。

抵抗溶接機用の溶接トランスに、インバータによる１次電流制御を行って、高精度に溶接電流を制御する技術が知られている（特許文献１参照）。また、その巻線構造を工夫することにより、さらに高速な制御を可能にすることが試みられている（特許文献１参照）。

特許第４６８７９３０号

大電流で短時間の溶接を可能にするには、高い周波数の１次電流制御が必要である。これに加えて高品質な溶接をするには、従来の数倍から数十倍の周波数で制御することが望まれる。しかしながら、従来の溶接装置では、１次電流制御のための周波数を数倍以上に上げていくと、目的とする溶接電流が得られないか、あるいは動作が不安定になるという問題かあった。また、２次コイルの電流が大きくなると、磁気飽和によって溶接トランスに障害を生じるおそれもあった。
本発明は、高い周波数の１次電流制御や磁気飽和の抑制により、精密で高速な溶接制御ができ、消費電力も大幅に抑制できる溶接トランスとこれを使用した溶接装置を提供することを目的とする。

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〉
１次コイル１２と、正側コイル１４と負側コイル１６とを直列接続した２次コイルとを、磁心に巻回したトランス部と、前記正側コイル１４の一端に一方の整流素子１８の一端を接続し、前記負側コイル１６の一端に他方の整流素子２０の一端を接続し、前記一方の整流素子１８の他端と前記他方の整流素子２０の他端をプラス電極２２に接続し、前記正側コイルの他端と前記負側コイルの他端をマイナス電極２４に接続し、前記プラス電極２２と前記マイナス電極２４を溶接機２８に接続する２次回路とを備え、前記１次コイルには、インバータにより一定の繰り返し周波数で極性を反転させるパルス状の１次電流が供給されており、前記正側コイル１４と前記負側コイル１６とは、両者の間に前記１次コイル１２を挟むように配置され、前記正側コイル１４の一端は第１連結極板４４を介して正側導体３０に電気接続され、前記負側コイル１６の一端は第２連結極板４６を介して負側導体３２に電気接続され、前記正側導体３０と前記負側導体３２とは、絶縁層３１を介して密着するように配置され、前記正側導体３０と前記負側導体３２の両側に前記整流素子１８、２０を配置して、第１極板３４と第２極板３６で挟み、前記第１極板３４と第２極板３６は第３極板３８により電気接続され、第３極板３８にプラス電極２２が接続され、前記正側コイルの他端と前記負側コイルの他端にはマイナス電極２４が接続されていることを特徴とする溶接トランス。

〈構成２〉
構成１に記載の溶接トランスにおいて、前記正側コイル１４と前記負側コイル１６とを交互に配置し、それぞれの間に分割巻きした前記１次コイル１２を配置し、分割した前記１次コイル１２は、全て直列接続されるかもしくは全部または一部が並列接続され、前記複数の正側コイル１４は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、複数の負側コイル１６は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、前記複数の正側コイル１４と前記複数の負側コイル１６とは相互に直列接続され、前記複数の正側コイル１４の一端を第１連結極板４４に接続し、前記複数の負側コイル１６の一端を第２連結極板４６に接続し、複数の正側コイル１４の他端と複数の負側コイル１６の他端を第３連結極板４８に接続したことを特徴とする溶接トランス。

〈構成３〉
構成２に記載の溶接トランスにおいて、磁心上の全ての場所で、正側コイル１４と負側コイル１６が分割された１次コイルを挟むように配置されていることを特徴とする溶接トランス。

〈構成４〉
構成１乃至３のいずれかに記載の溶接トランスにおいて、２次コイルには、銅板をＣ字状に切削加工したワンターンコイルを２個直列接続して使用することを特徴とする溶接トランス。

〈構成５〉
構成１に記載の溶接トランスにおいて、
中心に負側コイル１６を配置し、その上に１次コイル１２を配置し、最外周に正側コイル１４を配置するように同軸巻きされたコイルユニット、または、中心に正側コイル１４を配置し、その上に１次コイル１２を配置し、最外周に負側コイル１６を配置するように同軸巻きされたコイルユニットを、磁心上に配置したことを特徴とする溶接トランス。

〈構成６〉
構成１に記載の溶接トランスにおいて、中心に負側コイル１６を配置し、その上に１次コイル１２を配置し、最外周に正側コイル１４を配置するように同軸巻きされた第１のコイルユニットと、中心に正側コイル１４を配置し、その上に１次コイル１２を配置し、最外周に負側コイル１６を配置するように同軸巻きされた第２のコイルユニットとを、磁心上に磁心の軸方向に交互に隙間なく配列したことを特徴とする溶接トランス。
〈構成７〉
構成１乃至６のいずれかに記載の溶接トランスを備えた溶接装置。

〈構成１の効果〉
正側導体３０と負側導体３２とを絶縁層を介して密着させ、正側コイル１４と負側コイル１６との間に１次コイル１２を挟むように配置したので、２次回路の転流時のインダクタンスを低減して、転流時間を短くし、高い周波数のインバータ制御が可能になる。
〈構成２の効果〉
１次コイルと２次側の正側コイルと負側コイルとを分割巻きして、１次２次コイル間の結合を良くし、２次側の大電流による磁気飽和を防止できる。
〈構成３の効果〉
１次コイル１２と正側コイル１４と負側コイル１６との関係がどの場所でも均等で互いに密接して配置させることができる。
〈構成４の効果〉
大電流を流す正側コイル１４と負側コイル１６をいずれも単純なワンターンコイルにして、インダクタンスも極小にし、分割巻きをし易くした。
〈構成５と６の効果〉
負側コイル１６と１次コイル１２と正側コイル１４とを同軸巻きしても、上記の構成と同様の効果を得ることができる。

本発明で採用する溶接装置の電源回路の結線図である。整流素子１８に順方向電流が流れたときの回路動作を示す結線図である。整流素子２０に順方向電流が流れたときの回路動作を示す結線図である。（ａ）はトランスの１次側に供給される電流を制御するための制御パルス、（ｂ）は１次電流、（ｃ）は整流後の溶接電流を示す。実験例の分解斜視図と側面図である。転流時間中における２次回路の電流を示す説明図である。本発明で使用する１次コイルと２次コイルおよび磁心の一例を示す斜視図である。本発明の溶接トランスの主要部実施例を示す分解斜視図と側面図である。１次コイルと正側コイルと負側コイルの位置関係を示す説明図である。２次コイルの結線例を示す斜視図である。本発明の溶接トランスの実施例を示す分解斜視図である。実施例６の１次コイル１２と正側コイル１４と負側コイル１６の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。

図１は、本発明で採用する溶接装置の電源回路の結線図である。
溶接トランス２６の１次コイル１２には、後で図４を用いて説明する１次電流が供給される。整流回路は、単相全波整流式を採用する。この回路自体は良く知られている。２次コイル自体に極性を考慮する必要はないが、便宜上、２次コイルを、正側コイル１４と負側コイル１６とを直列接続したものと呼ぶことにする。正側コイル１４の一端に整流素子１８の一端を接続し、負側コイル１６の一端に整流素子２０の一端を接続し、整流素子１８の他端と整流素子２０の他端をまとめてプラス電極２２に接続する。正側コイルの他端と負側コイルの他端は接続点を介して連結しているが、この接続点をマイナス電極２４に接続する。プラス電極２２とマイナス電極２４が溶接機２８に接続されている。

図２は、整流素子１８に順方向電流が流れたときの回路動作を示す。図３は整流素子２０に順方向電流が流れたときの回路動作を示す。
回路動作上問題になる等価的なインダクタンス成分を図２と３に書き加えた。即ち、正側コイル１４と整流素子１８を接続する正側導体３０と、負側コイル１６と整流素子２０を接続する負側導体３２、及び溶接機２８内部の導体のインダクタンスが、溶接装置の性能に影響を及ぼすと考えられる。その詳細は後で説明する。

溶接トランス２６や溶接機２８に発生する大量の熱の発生を抑制することができれば、溶接装置の省エネルギー化を図ることができる。従来よりも大電流を短時間溶接部に供給するように制御して、溶接時間を短縮すれば、大きな節電効果が期待できる。
一方、溶接される材料や構造等に最適な溶接電流を供給するためには、溶接電流の供給時間をきわめて高精度に制御しなけれはならない。
このために、溶接電流を供給するトランスの１次側にインバータを接続して、ＰＷＭ制御により溶接電流の大きさと供給時間とを制御することが行われている。

図４の（ａ）はトランスの１次側に供給される電流を制御するための制御パルス、（ｂ）は１次電流、（ｃ）は整流後の溶接電流を示す。
図示しないインバータにより制御された幅Ｗのパルスが、一定時間Ｈ内に一定回数、ここでは正方向のパルスと負方向のパルスとで合計１０回、１次コイルに供給される。その結果、トランスの１次コイル１２（図１）には、（ｂ）に示すような電流が流れる。トランスの２次側で全波整流をして、（ｃ）に示すような溶接電流を発生させる。

（ａ）に示したパルスの幅Ｗを増減すると溶接電流を調整できる。バルスの供給回数を増減すれば溶接時間を調整できる。このパルスの繰り返し周波数を高くすると、溶接時間をより細かく微調整できる。１次コイルに供給する電力を増やせば、２次コイルからより大きな溶接電流を取り出せる。

従来の溶接装置は、例えば、１万アンペアで２００ｍ秒〜７００ｍ秒の溶接電流を供給するようにしていたが、溶接電流をその２倍の２万アンペアにしてみる。溶接装置は、溶接部以外の場所で熱エネルギになって消費される電力損失がきわめて大きい。従って、溶接電流を２倍にして、溶接時間を１０分の１に短縮すると、消費電力を５分の１にすることができる。これで、従来の１万アンペアでの溶接と同等の溶接品質が可能になる。

一方、溶接電流を供給するためのインバータの制御パルスは、従来、繰り返し周波数が１ｋＨｚ程度のものを使用していた。しかしながら、大電流を短時間供給するには、もっと分解能の高い制御パルスが必要になる。望ましくは、繰り返し周波数が５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度のパルスを使用することが望ましい。

このように、従来の数倍から数十倍の高い繰り返し周波数のパルスを１次コイルに供給した場合に、従来構造の溶接トランスでは、予定した溶接電流が得られないことがわかった。即ち、このような制御で２次コイルから大電流を出力するためには、トランスの構造に様々な改善が要求される。

図１に示すような２個の整流素子１８、２０を使用した全波整流型の２次回路は、ブリッジを使用した回路に比べて整流素子数が少なく、小型化できて電力損失も少ないため、溶接装置に適することが知られている。

しかしながら、この回路では、１次コイル１２に流れる電流の極性反転によって、２次コイルに誘起される電圧が極性反転したとき、一方の整流素子を通じて供給されていた負荷電流が他方の整流素子側に流れを変える転流が生じる。

溶接電流が大電流になると、回路各部のインダクタンスに蓄積された電流エネルギは非常に大きくなる。この電流エネルギが一方の整流素子から他方の整流素子の側に移る転流時間は、図２や図３に示した２次コイルの各部のインダクタンスが大きいほど長くなる。

図４に示した１次コイルの電流の立ち下がり開始から反対極性の電流の立ち上がり終了までの時間Ｍの間に２次回路の転流が完了しないと、２次電流の立ち上がりが遅れて、図４の波線に示すように、予定した溶接電流が得られなくなる。

図５は実験例の分解斜視図と側面図である。
図５の（ａ）も（ｂ）も、左側に分解斜視図を示し、右側に組み立て後の側面図を示した。図５（ａ）の例では、１次コイル１２と正側コイル１４と負側コイル１６とが図示しない磁心に巻回されている。大電流を取り出し、内部に冷却水を供給する中空構造にするため、正側導体３０や負側導体３２は、厚い銅板で構成している。両者の間は薄い絶縁層３１で隔離されている。正側導体３０と負側導体３２の両側に整流素子１８、２０を配置して、第１極板３４と第２極板３６で挟むようにしている。第１極板３４と第２極板３６は第３極板３８により電気接続され、第３極板３８にプラス電極２２が固定される。正側コイル１４と負側コイル１６の接続点には図示しない銅板を接続してマイナス電極２４を取り付ける。

図５（ｂ）の例では、正側コイル１４と負側コイル１６の間に１次コイルを挟むように配置した。この構造では、正側導体３０と負側導体３２の間に第３極板３８を配置し、第３極板３８と正側導体３０の間に整流素子１８を挟んだ。また、負側導体３２と第３極板３８の間に整流素子２０を挟んだ。第３極板３８にプラス電極２２が固定される。正側コイル１４と負側コイル１６の接続点には図示しない銅板を接続してマイナス電極２４を取り付ける。

図６は、転流時間中における２次回路の電流を示す説明図である。
この図を用いて、上記の実験例の検証をする。図６は、２次コイルを構成する正側コイル１４と負側コイル１６の結線を立体的に表示したもので、両者の位置関係も意識して説明する。正側コイル１４と負側コイル１６とは連続した磁心（図示しない）上に巻回されており、正側導体３０と負側導体３２とは側方に引き出されて整流素子１８や整流素子２０に接続される。

転流時間中には、正側導体３０にＣ１、正側コイル１４にＣ２、負側コイル１６にＣ３、負側導体３２にＣ４の方向の電流が流れる。この状態は正側コイル１４に直前までＣ１と反対方向に電流が流れており、転流が開始されると、正側コイル１４に蓄積された電流エネルギが負側コイル１６の方向に放出されるところを示している。正側コイル１４には、整流素子１８方向から電流が流れ込まないので、蓄積されたエネルギが放出されるとＣ１方向の電流は消滅する。これで転流が終了する。

図５（ａ）の実験例では、ほぼ同一形状の正側導体３０と負側導体３２とを薄い絶縁層３１を介して密着させている。このような構造にすると、図６に示したように、正側導体３０と負側導体３２の電流の向きが反対だから、磁束が相互に打ち消しあって、両者のインダクタンスが相殺される。即ち、正側導体３０と負側導体３２のインダクタンスが見かけ上極小になる。従って転流時間をより短縮できる。

ところが、図５（ａ）に示すように正側コイル１４と負側コイル１６とを密着させて配置すると、図６に示すように、正側コイル１４と負側コイル１６にＣ２とＣ３方向に流れる電流に対して、これらのコイルのインダクタンスが大きく影響することがわかった。即ち、正側コイル１４と負側コイル１６のインダクタンスが転流時間を遅らせることが分かった。

また、図５（ａ）の構造の場合に、正側コイル１４に負荷電流が流れている状態と、負側コイル１６に負荷電流が流れている状態とでは、１次コイル１２との磁気的結合の程度が異なる。負側コイル１６に負荷電流が流れている状態では漏れ磁束が増大する。このような磁気的結合のアンバランスは異常電流を引き起こし易い。

さらに、高い繰り返し周波数のパルスを１次コイルに供給すると、１次コイルの電流の立ち下がり開始から反対極性の電流の立ち上がり終了までの時間Ｍが短くなるので、急激な磁束変化により磁心が磁気飽和を生じやすい。正側コイル１４と負側コイル１６とを近接配置すると、２次コイルに流れる大電流による磁束が２次コイル付近に集中して、磁気飽和を生じやすい。

一方、図５（ｂ）に示すように、１次コイル１２を正側コイル１４と負側コイル１６とで挟む構造を採用すると、１次コイル１２と正側コイル１４の位置関係は、１次コイル１２と負側コイル１６の位置関係と同じになり、磁気的結合のアンバランスを生じない。また、正側コイル１４と負側コイル１６の間に１次コイル１２を挟むことにより、正側コイル１４と負側コイル１６との間の距離を離して、転流時間中に流れる電流に対するインダクタンスを小さくできる。また、図５（ａ）の構造に比べて磁気飽和を生じにくい。しかしながら、図５（ｂ）の例では、正側導体３０と負側導体３２の間の距離が離れてしまって図５（ａ）の例よりも特性が悪くなる。

図７は本発明で使用する１次コイルと２次コイルおよび磁心の一例を示す斜視図である。
本発明は、上記の実験例等を考慮して、トランスの部分の構造を次のように改良した。まず、１次コイル１２は、例えば、図５の（ａ）に示すように、平角絶縁線を磁心を軸にして多層に巻き付けたものを使用する。２次コイルには、銅板をＣ字状に切削加工したワンターンコイルを２個直列接続して使用する。（ｂ）が正側コイル１４で（ｃ）が負側コイル１６である。これらは（ｄ）に示したような磁心２５に巻き付けられる。

図８は、本発明の溶接トランスの主要部実施例を示し図５と同一の要領で図示した。
まず、図８（ａ）の実施例は、正側コイル１４と負側コイル１６の間に１次コイル１２を挟むように配置する。１次コイル１２と正側コイル１４と負側コイル１６とは、８（ａ）の右側に波線で示した磁心２５に巻回される。

正側コイル１４の一端は第１連結極板４４を介して正側導体３０に電気接続される。負側コイル１６の一端は第２連結極板４６を介して負側導体３２に電気接続される。正側コイル１４と負側コイル１６とは、中間導体４０を介して直列接続されている。中間導体４０は引出導体４２に電気接続される。溶接機に供給するための大電流を取り出し、内部に冷却水を供給する中空構造にするため、コイルも導体も銅板で構成している。第１連結極板４４と第２連結極板４６を設けたので、正側導体３０と負側導体３２とを、薄い絶縁層３１を介して密着させることができる。

正側導体３０と負側導体３２を挟むように、両側に整流素子１８、２０を配置して、さらにその外側を第１極板３４と第２極板３６で挟むようにしている。第１極板３４と第２極板３６は第３極板３８により電気接続され、第３極板３８にプラス電極２２が固定される。引出導体４２を介してマイナス電極２４（図６）を取り付ける。

この図８（ａ）の構造によれば、正側導体３０と負側導体３２とを近接配置して転流時間における正側導体３０と負側導体３２のインダクタンスを極小にできる。また、正側コイル１４と負側コイル１６との間の距離を離したので、転流時間における正側コイル１４と負側コイル１６のインダクタンスを低下させることができる。これらにより、転流時間を短くすることができ、本発明の目的である繰り返し周波数が５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度のパルスを使用した制御が可能になる。

また、正側コイル１４と負側コイル１６との間に１次コイル１２を配置したので、１次コイル１２と正側コイル１４や負側コイル１６との間の磁気的結合のバランスが良く、安定で良好な溶接電流が得られる。さらに、大電流の流れる正側コイル１４と負側コイル１６とを離すことにより、磁心２５の磁気飽和も起こり難くすることができる。

図８（ｂ）の実施例では、正側コイル１４と負側コイル１６のペアを３組使用した。即ち、正側コイル１４と負側コイル１６とを交互に配置し、それぞれの間に分割巻きした１次コイル１２を配置した。分割巻きした１次コイル１２は全て直列接続してもよいし全部または一部を並列接続してもよい。複数の正側コイル１４は全て並列接続してもよいし全部または一部を直列接続してもよい。複数の負側コイル１６は全て並列接続してもよいし全部または一部を直列接続してもよい。また、正側コイル１４と負側コイル１６の数を自由に増やしてよい。

複数の正側コイル１４と複数の負側コイル１６とは直列接続される。正側コイル１４の一端は第１連結極板４４を介して正側導体３０に電気接続される。負側コイル１６の一端は第２連結極板４６を介して負側導体３２に電気接続される。正側コイル１４の他端と負側コイル１６の他端は第３連結極板４８に電気接続される。

正側導体３０と負側導体３２を挟むように、両側に整流素子１８、２０を配置して、さらにその外側を第１極板３４と第２極板３６で挟む。第１極板３４と第２極板３６は第３極板３８により電気接続される。第３極板３８にプラス電極２２が固定される。第３連結極板４８はマイナス電極２４に接続される。

なお、複数の正側コイル１４と複数の負側コイル１６と、第１連結極板４４、第２連結極板４６および第３連結極板４８の間の電気接続のために、これらの間に基板６２が配置されている。基板６２の上面に設けられた複数の突起は、正側コイル１４や負側コイル１６の端子に固定され電気接続される。また、これらの突起が筒状になっており、これらの突起を通じて冷却水が正側コイル１４や負側コイル１６の中空部に流れ込むようにしてもよい。

この基板６２の導体構造は、同等の結線ができるものであれば任意に設計できる。特に、基板６２、は複数の正側コイル１４と複数の負側コイル１６に直結しているから、中空構造にして冷却すれば、正側コイル１４や負側コイル１６や１次コイルを強力に冷却できる。

図のように、複数の正側コイル１４の一端を第１連結極板４４に接続し、複数の負側コイル１６の一端を第２連結極板４６に接続し、複数の正側コイル１４の他端と複数の負側コイル１６の他端を第３連結極板４８に接続して、第１連結極板４４と正側導体３０とを接続し第２連結極板４６と負側導体３２を接続するとともに、第１連結極板４４と第２連結極板４６とを近接配置し、かつ、正側導体３０と負側導体３２とを近接配置して、図８（ａ）と同様の効果を得ることができる。なお、近接配置した導体間には、いずれも、絶縁フィルムもしくは絶縁塗料等による絶縁層を挟むものとする。

図９は、１次コイルと正側コイルと負側コイルの位置関係を示す説明図である。
図８の（ｂ）に示した装置は実施例２の装置である。この装置は、１次コイルと正側コイル１４と負側コイル１６との密着が良く、バランスも最適に構成されている。図９（ａ）に示すように、上から順に、正側コイル１４、１次コイル１２、負側コイル１６、１次コイル１２、正側コイル１４、１次コイル１２・・というように、各コイルが配列されている。

複数の正側コイル１４は全て並列接続されて、一方の端子が正側導体３０に接続されているものとする。また、負側コイル１６も全て並列接続されて、一方の端子が負側導体３２に接続されているものとする。基板６２が、これらを電気接続している。図９（ｂ）は、正側コイル１４の電流が溶接機側に供給されるときの、電流が有効に流れる部分のみを図示したものである。図９の（ｃ）は、負側コイル１６の電流が溶接機側に供給されるときの、電流が有効に流れる部分のみを図示したものである。

図９（ｂ）を見てわかるように、どの１次コイル１２もいずれかの正側コイル１４に密着している。また、図９（ｃ）を見てわかるように、どの１次コイル１２もいずれかの負側コイル１６に密着している。これは、磁心上の全ての場所で、正側コイル１４と負側コイル１６が分割された１次コイル１２を挟むように配置されているからである。

これにより、１次コイル１２と正側コイル１４との磁気的結合も、１次コイル１２と負側コイル１６との磁気的結合も良好で、正側コイル１４と負側コイル１６とが完全に均衡をとれている。なお、図９の図面は、図８（ｂ）の実施例と対応するものとしたときには、コイル群（１２，１４，１６）を正面から見た状態を示し、正側導体３０や負側導体３２等は側面から見た状態を示している。

図１０は、２次コイルの結線例を示す斜視図で、（ａ）は実施例２の装置、（ｂ）は実施例５の装置のものである。
実施例２で説明した図８（ｂ）の装置は、例えば、図のように、正側コイル１４と負側コイル１６とを結線する。図の手前から、正側コイル１４と負側コイル１６の３組がそれぞれ直列接続されている。そして正側コイル１４の一方の端子が第１連結極板４４に接続され、負側コイル１６の一方の端子が第２連結極板４６に接続されている。また、正側コイル１４と負側コイル１６の接続点が第３連結極板４８に接続されている。分割巻きされた１次コイル１２（図８）は全て直列接続される。しかし、その全部または一部を並列接続しても構わない。２次コイルも同様で、正側コイル１４や負側コイル１６は、全部を並列接続して使用してもよいし、全部または一部を直列接続して使用してもよい。要求される出力電圧に応じて切り替えることもできる。また、正側コイル１４と負側コイル１６とは、必ずしも同数でなくて構わない。また、個々のコイルの太さや形状も必ずしも同一でなくて構わない。もちろん、正側コイル１４と負側コイル１６とは相互に直列接続される。

各コイルと第１連結極板４４や第２連結極板４６との間の接続距離は短い。しかし、第１連結極板４４や第２連結極板４６とこれに接続される正側導体３０や負側導体３２はコイルサイズに比べて長い。従って、この部分のインダクタンスが問題になる。そこで、上記ように、正側導体３０と負側導体３２とを近接配置した。なお、第１連結極板４４や第２連結極板４６は、このように必然的に近接配置されるが、第３連結極板４８を第１連結極板４４と第２連結極板４６の間に配置しないことも有効である。

図１０（ｂ）は、正側コイル１４と負側コイル１６を左右にその軸が平行になるように配置している。即ち、縦２列に正側コイル１４と負側コイル１６を４組設けた。縦方向の並びは、正側コイル１４と負側コイル１６とが交互に配置される。正側コイル１４と負側コイル１６一方の端子を、第１連結極板４４と第２連結極板４６に対して、一組毎に入れ替えれば、この結線が実現する。

図１１は、実施例５の実際の溶接トランス１０を示す分解斜視図である。
正側コイル１４と負側コイル１６とを図１０で説明した要領で７組配置する。これらの正側コイル１４と負側コイル１６の間に、１次コイル１２を挟み込む。１次コイル１２の入力端子５８は側方に引き出す。分割巻きされた１次コイル１２は全て直列接続されている。

正側コイル１４と負側コイル１６の間に１次コイル１２を挟み込んだ後で、磁心２５を装着する。磁心２５は２分割されているが、結束バンド６０で結束一体化する。ループ状の磁心２５のほぼ全体を覆うように１次コイル１２と正側コイル１４と負側コイル１６とを配置するので、漏れ磁束が少なくて良好な特性を得る。図１０に示した正側コイル１４や負側コイル１６の結線は、図の基板６２の部分で行う。

図１２は、実施例５の１次コイル１２と正側コイル１４と負側コイル１６の斜視図である。
上記の実施例では、１次コイル１２と正側コイル１４と負側コイル１６とを磁心２５上に可能な限り隙間なく配列して、漏れ磁束を無くし、各コイル間の磁気的結合を最適化した。一方、この実施例では、１次コイル１２と正側コイル１４と負側コイル１６とを重ね巻きすることによって、各コイル間の磁気的結合度を高める。

図１２（ａ）は、中心に負側コイル１６を配置し、その上に１次コイル１２を配置し、最外周に正側コイル１４を配置するように同軸巻きされた第１のコイルユニットである。図１２（ｂ）は、中心に正側コイル１４を配置し、その上に１次コイル１２を配置し、最外周に負側コイル１６を配置するように同軸巻きされた第２のコイルユニットである。正側コイル１４と負側コイル１６とは、いずれも、１次コイル１２と同じ幅のワンターンコイルである。漏れ磁束を無くして、１次コイルと２次コイルの磁気的結合を高めるためである。図１２（ｃ）と（ｄ）にその斜視図を示す。

図１２（ａ）に示した第１のコイルユニットと図１２（ｂ）に示した第２のコイルユニットとを図１２（ｅ）に示すように、磁心上に隙間無く配列する。これにより、磁心の軸方向に配列された隣接するコイル間からの漏れ磁束を最小にできる。また、正側コイル１４と負側コイル１６との間に１次コイル１２を配置したので、正側コイル１４と負側コイル１６との間の磁気的結合を小さくすることができ、上記の実施例と同様の効果を得る。なお、正側コイル１４と負側コイル１６の特性のアンバランスを問題としない場合には、第１のコイルユニットまたは第２のコイルユニット単体でも実用になる。

図１２（ａ）と図１２（ｂ）に示したものを交互に配列すると、巻き径の異なる正側コイル１４や負側コイル１６を直列接続し、あるいは並列接続して使用したとき、全体として、各コイルのインダクタンスを平準化できる。また、正側コイル１４と負側コイル１６とが直接隣接しないので、正側コイル１４と負側コイル１６との間の磁気的結合を小さくすることができる。さらに、図１１に示した溶接トランスと比較すると、正側コイル１４や負側コイル１６の製造コストを下げることもできる。

以上の構成の本発明の溶接トランスおよび溶接装置は、電気的に見たときと熱的にみたときとで、それぞれ次のような効果を有する。
（電気的効果）
（１）正側コイル１４と整流素子１８とを電気接続するための第１連結極板４４と第２連結極板４６とを近接配置し、かつ、正側導体３０と負側導体３２とを近接配置することにより、転流時間における２次回路のインダクタンスを極小にして、転流時間を短くすることができる。
（２）磁心上で、２次コイルの正側コイルと負側コイルの間に１次コイルを挟むように配置することにより、２次コイルの正側コイルと負側コイルのインダクタンスによる２次電流の転流時間の遅れを抑制することができる。
（３）大電流の流れる２次コイルを磁心上に分散配置したので、磁心全体に磁束を分散させて、磁気飽和を防止することができる。
（４）従来よりも高い周波数の１次電流制御ができれば、大電流を供給できるトランスを小型化し、冷却効率も高めることが可能になる。

（熱的効果）
大電流の流れる２次コイルを磁心上に分散配置し、間に１次コイルを挟むことにより、２次コイルの放熱を良くすることができる。大電流を供給するトランスは、１次コイルも２次コイルも発熱する。異常に発熱すると、絶縁体を劣化させる等の障害を発生する。大電流を流す２次コイルは最も激しく発熱するが、中空構造にして内部に冷却水を供給して冷却すれば、１次コイルよりも温度を下げることができる。従って、２次コイルに挟まれた１次コイルも２次コイルを流れる冷却水により冷却される。上記の構造では、効率よく１次コイルを冷却できる。

本発明の溶接装置は、上記の実施例に限定されない。例えば、２次回路の結線には銅板を例示し、各部をビス止め等で連結する例を示したが、例えば、正側コイル１４と第１連結極板４４とが連続一体化されていてもよい。また、第１連結極板４４と正側導体３０とは連続一体化されていてもよい。第１極板３４と第２極板３６と第３極板３８とが連続一体化されていてもよい。負側についても同様である。また、各極板は板状でも棒状でもよい。各２次コイルや極板の内部に冷却水を供給する透孔を設けることが好ましい。

１０溶接トランス
１２１次コイル
１４正側コイル
１６負側コイル
１８整流素子
２０整流素子
２２プラス電極
２４マイナス電極
２５磁心
２６溶接トランス
２８溶接機
３０正側導体
３１絶縁層
３２負側導体
３４第１極板
３６第２極板
３８第３極板
４０中間電極
４２引出電極
４４第１連結極板
４６第２連結極板
４８第３連結極板
５８入力端子
６０結束バンド
６２基板

Claims

１次コイル１２と、正側コイル１４と負側コイル１６とを直列接続した２次コイルとを、磁心に巻回したトランス部と、
前記正側コイル１４の一端に一方の整流素子１８の一端を接続し、前記負側コイル１６の一端に他方の整流素子２０の一端を接続し、前記一方の整流素子１８の他端と前記他方の整流素子２０の他端をプラス電極２２に接続し、前記正側コイルの他端と前記負側コイルの他端をマイナス電極２４に接続し、前記プラス電極２２と前記マイナス電極２４を溶接機２８に接続する２次回路とを備え、
前記１次コイルには、インバータにより一定の繰り返し周波数で極性を反転させるパルス状の１次電流が供給されており、
前記正側コイル１４と前記負側コイル１６とは、両者の間に前記１次コイル１２を挟むように配置され、
前記正側コイル１４の一端は第１連結極板４４を介して正側導体３０に電気接続され、前記負側コイル１６の一端は第２連結極板４６を介して負側導体３２に電気接続され、
前記正側導体３０と前記負側導体３２とは、絶縁層３１を介して密着するように配置され、
前記正側導体３０と前記負側導体３２の両側に前記整流素子１８、２０を配置して、第１極板３４と第２極板３６で挟み、前記第１極板３４と第２極板３６は第３極板３８により電気接続され、第３極板３８にプラス電極２２が接続され、
前記正側コイルの他端と前記負側コイルの他端にはマイナス電極２４が接続されていることを特徴とする溶接トランス。
請求項１に記載の溶接トランスにおいて、
前記正側コイル１４と前記負側コイル１６とを交互に配置し、それぞれの間に分割巻きした前記１次コイル１２を配置し、分割した前記１次コイル１２は、全て直列接続されるかもしくは全部または一部が並列接続され、
前記複数の正側コイル１４は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、複数の負側コイル１６は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、
前記複数の正側コイル１４と前記複数の負側コイル１６とは相互に直列接続され、前記複数の正側コイル１４の一端を第１連結極板４４に接続し、前記複数の負側コイル１６の一端を第２連結極板４６に接続し、複数の正側コイル１４の他端と複数の負側コイル１６の他端を第３連結極板４８に接続したことを特徴とする溶接トランス。
請求項２に記載の溶接トランスにおいて、
磁心上の全ての場所で、正側コイル１４と負側コイル１６が分割された１次コイルを挟むように配置されていることを特徴とする溶接トランス。
請求項１乃至３のいずれかに記載の溶接トランスにおいて、
２次コイルには、銅板をＣ字状に切削加工したワンターンコイルを２個直列接続して使用することを特徴とする溶接トランス。
請求項１に記載の溶接トランスにおいて、
中心に負側コイル１６を配置し、その上に１次コイル１２を配置し、最外周に正側コイル１４を配置するように同軸巻きされたコイルユニット、または、中心に正側コイル１４を配置し、その上に１次コイル１２を配置し、最外周に負側コイル１６を配置するように同軸巻きされたコイルユニットを、磁心上に配置したことを特徴とする溶接トランス。
請求項５に記載の溶接トランスにおいて、
中心に負側コイル１６を配置し、その上に１次コイル１２を配置し、最外周に正側コイル１４を配置するように同軸巻きされた第１のコイルユニットと、中心に正側コイル１４を配置し、その上に１次コイル１２を配置し、最外周に負側コイル１６を配置するように同軸巻きされた第２のコイルユニットとを、磁心上に磁心の軸方向に交互に隙間なく配列したことを特徴とする溶接トランス。
請求項１乃至６のいずれかに記載の溶接トランスを備えた溶接装置。