JPH0890252A - インバータ式溶接電源ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］設置またはメンテナンス作業の容易化と省スペ
ース化をはかり、さらには防塵・防水機能を向上させて
故障を少なくする。 ［構成］ユニット筐体１２の前扉１４を開けると、ユニ
ット本体２０の前部が露出する。正面から見て、ユニッ
ト本体２０の前面左上部には溶接電流検出信号入力端子
２４，チップ間電圧検出信号入力端子２６、プログラム
／モニタユニット接続端子２８等の溶接電源部のモニタ
信号系端子が設けられ、前面右上部にはインバータ出力
端子３０が設けられ、前面右下部には三相商用交流入力
端子３２が設けられ、前面下部中心部に冷却部の外部配
管接続口３４（入口３４ａ，出口３４ｂ）が設けられて
いる。また、ユニット本体２０の上面に制御回路を実装
した制御基板３６が配設され、この制御基板３６の前端
部に溶接電源の外部インタフェース系の信号入出力端子
３８が取り付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ式の電源部
を内蔵するインバータ式溶接電源ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータ式の抵抗溶接機では、商用周
波数の交流をいったん直流に変換し、この直流をインバ
ータ回路によって商用周波数よりも高い周波数（たとえ
ば１ＫＨｚ）の交流に変換し、この高周波交流を溶接ト
ランスに通してのち二次側で再び直流に整流し、この二
次側の直流を被溶接材に供給するようにしている。溶接
トランスを流れる交流の周波数が高いため、溶接トラン
スの小型軽量化が可能であり、このため、小型軽量の溶
接トランスをロボットに搭載して溶接ガンに直結するこ
ともよく行われている。

【０００３】従来より、抵抗溶接の分野では、溶接トラ
ンスよりも前段の回路を電源部として定置型の電源ユニ
ットに収容し、その中で溶接電流の制御を行うようにし
ている。インバータ式の溶接電源ユニットでは、電源部
のインバータ回路や整流回路から多量の熱が出るため、
水冷式の冷却基板を設け、この冷却基板にインバータ回
路素子や整流回路素子等を取り付けている。

【０００４】このようなインバータ式の溶接電源ユニッ
トに内蔵されている電源部および冷却部は、それぞれ外
部から所要の電力、信号、冷却水等を供給され、外部に
所要の電力、信号、排水等を出すものである。

【０００５】従来のインバータ式溶接電源ユニットは、
ユニット前面に電源部の外部接続端子（商用交流入力端
子、インバータ出力端子、信号入出力端子等）を設け、
ユニット背面に冷却部の外部配管接続口を設けていた。
かかる溶接電源ユニットを設置するときは、最初にユニ
ット背面側で外部配管接続口に配管（ホース）を接続取
付し、次にユニット前面側で外部接続端子にそれぞれケ
ーブルを接続取付していた。また、ユニット側面にメン
テナンス用のカバーを設けており、このカバーを開けて
電源部および冷却部の修理・保守を行うようにしてい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のインバータ式溶
接電源ユニットでは、上記のように、電源部の外部接続
端子と冷却部の外部配管接続口とがユニットの前面と背
面とに別れているため、配管やケーブルの接続取付・取
外し作業が面倒であった。特に、この種のユニットは壁
を背にして壁際に設置されることが多いため、ユニット
背面側での作業が大変であった。また、ユニットの背面
に配管（ホース）を回すため、ユニットを壁にぴったり
つけて設置することができなかった。

【０００７】また、上記従来のインバータ式溶接電源ユ
ニットでは、電源部および冷却部の各部品をユニット内
の所定位置に固定取付し、ユニット側面からカバーを開
けて部品の修理・保守を行うようにしているため、メン
テナンス作業用のスペースをユニット側方に確保しなく
てはならず、しかも全ての部品に手が届くようにするに
は片面だけでなく両側面にカバーを取り付けなければな
らず、したがってユニットの両側にメンテナンス作業用
のスペースを確保する必要があった。

【０００８】加えて、外の塵埃や水滴等がユニット側面
のカバーの隙間からユニット内に入り込むと、電源部の
電気部品や回路基板に付着して、回路を故障させるおそ
れがあった。

【０００９】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、設置またはメンテナンスの作業の容易化と省ス
ペース化をはかり、さらには防塵・防水機能を向上させ
て故障を少なくしたインバータ式溶接電源ユニットを提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のインバータ式溶接電源ユニットは、インバ
ータ式の電源部および前記電源部を液冷式で冷却するた
めの冷却部を搭載し、本体前部に前記電源部の外部接続
端子および前記冷却部の外部配管接続口を設けたユニッ
ト本体と、筐体前部が開口可能で、実質的に密閉状態で
前記ユニット本体を収容するユニット筐体とを具備する
構成とした。

【００１１】

【作用】上記の構成においては、ユニット筐体の前面を
開口させると、ユニット本体の前部が露出し、そこに全
ての外部接続端子および外部配管接続口が位置する。し
たがって、ユニットの前面側で全ての配線接続および配
管接続作業を行うことが可能であり、ユニットの両側面
および背面に作業スペースを確保する必要がなくなる。
また、ユニットの背面を壁際にぴったり寄せて設置する
こともできる。さらに、ユニット本体に搭載される電源
部はユニット筐体の中にほぼ密閉状態で収容されるた
め、電源部の各電気部品または回路素子に外の塵埃や水
滴が付着し難く、故障の発生が少ない。

【００１２】

【実施例】以下、添付図を参照して本発明の実施例を説
明する。

【００１３】図１〜図５は本発明の一実施例によるイン
バータ式溶接電源ユニットの構成を示す図であり、図１
は前扉が閉まっているときの外観構成を示す斜視図、図
２は前扉が開いているときのユニット前面部の構成を示
す斜視図、図３はユニット本体の構成を示す斜視図、図
４はユニットの内部の構成を示す右側面図、図５はユニ
ットの内部の構成を示す左側面図である。なお、図解の
便宜上、図３〜図５ではケーブル類や配管類を省いてい
る。

【００１４】図１に示すように、本実施例のインバータ
式溶接電源ユニット１０は、ボックス型のユニット筐体
１２を有している。ユニット筐体１２の前面には扉また
はカバー１４が開閉可能または着脱可能に取り付けられ
ており、前面上端部にはたとえば動作状況を表示するラ
ンプ表示器や液晶型の表示器１６が固定して取り付けら
れている。ユニット筐体１２は、筐体底の左右両端より
下方に延在する一対の断面Ｌ形脚部１８を有し、床面と
の間に脚部１８の高さに相当する分の隙間または空間Ｇ
Ｐを設けている。

【００１５】図２に示すように、ユニット筐体１２の前
扉１４を開けると、ユニット本体２０の前部が露出する
ようになっている。ユニット本体２０には後述するよう
に電源部および冷却部が搭載されており、それらの外部
接続端子および外部配管接続口の全てが図示のようにユ
ニット本体２０の前部に集められている。

【００１６】すなわち、正面から見て、ユニット本体２
０の前面左上部には溶接電流検出信号入力端子２４，チ
ップ間電圧検出信号入力端子２６、プログラム／モニタ
ユニット接続端子２８等の溶接電源部のモニタ信号系端
子が設けられ、前面右上部にはインバータ出力端子３０
が設けられ、前面右下部には三相商用交流入力端子３２
が設けられ、前面下部中心部に冷却部の外部配管接続口
３４（入口３４ａ，出口３４ｂ）が設けられている。ま
た、ユニット本体２０の上面に制御回路を実装した制御
基板３６が配設され、この制御基板３６の前端部に溶接
電源の外部インタフェース系の信号入出力端子３８が取
り付けられている。なお、検出信号入力端子２４，２６
の上隣には、後述するチャージランプ４０と放電スイッ
チ４２が設けられている。

【００１７】電源部の外部接続端子２４，２６，２８，
３０，３２，３８および冷却部の外部配管接続口３４
ａ，３４ｂには、次のようにそれぞれ所要のケーブルま
たは配管（ホース）が接続取付される。

【００１８】溶接電流検出信号入力端子２４、溶接電極
間電圧検出信号入力端子２６および信号入出力端子３８
には、溶接電流センサ、溶接電極および外部制御装置
（いずれも図示せず）からのセンス線または信号ケーブ
ル４４，４６，４８がそれぞれ接続取付される。プログ
ラム／モニタユニット接続端子２８には、外部プログラ
ム／モニタユニット（図示せず）からの信号ケーブル
（図示せず）が接続取付される。インバータ出力端子３
０および三相商用交流入力端子３２には、溶接トランス
（図示せず）の一次側コイルおよび三相商用交流電源端
子（図示せず）からの電力ケーブル５０，５２がそれぞ
れ接続取付される。外部配管接続口３４ａ，３４ｂに
は、冷却水供給部（図示せず）からの給水管５４，排水
管５６がそれぞれ接続取付される。

【００１９】これらのケーブル類および配管類は、通常
はユニット背面側から底の隙間ＧＰを通ってユニット前
部まで回されるが、脚部１８に開口を設けてユニット側
面から回してもよい。

【００２０】図３に示すように、ユニット本体２０は、
その前面、底面、上面および背面をそれぞれ板２０ａ，
２０ｂ，２０ｃ，２０ｄで囲い、両側面を開口させてい
る。ユニット本体２０の底面には水冷式の冷却板６０が
板面を垂直に立てるようにして配設され、この冷却板６
０の表面（部品取付面）に発熱量の多い回路たとえばイ
ンバータ回路６２、整流回路６４等の各素子が取り付け
られている。

【００２１】冷却板６０は熱伝導率の高い金属たとえば
アルミニウムからなり、板の中に水冷パイプが内蔵また
は挿着されており、その水冷パイプの両端に本体前部の
外部配管接続口３４ａ，３４ｂが取り付けられている。
なお、水冷パイプは蛇管に形成され、冷却板６０の外側
ではジョイント管３４ｃによって連通している。

【００２２】入口側の外部配管接続口３４ａより導入さ
れた冷却水は、冷却板６０の中の水冷パイブを流れ、出
口側の外部配管接続口３４ｂより排出される。このよう
にして冷却板６０に冷却水が供給されることで、冷却板
６０が冷やされ、ひいては冷却板６０上の回路素子また
は電気部品から発生する熱が速やかに放熱されるように
なっている。

【００２３】図５に示すように、冷却板６０の裏側に
は、整流回路６４とインバータ回路６２との間に電気的
に接続され、互いに直列、並列または直並列に接続され
る複数個の平滑用のコンデンサ６６が一列に配置されて
いる。冷却板６０の上には垂直支持板６８が設けられ、
この支持板６８に発熱量の比較的少ないインバータドラ
イブ回路７０や他の電力系部品が取り付けられる。制御
回路部品を実装した上記制御基板３６は、カラー７２を
介して上板２０ｃの上に水平に配設されている。

【００２４】ユニット本体２０の背板２０ｄには、１台
または複数台のファン７４が取り付けられている。これ
らのファン７４は、ユニット本体２０の外から中へ空気
を流す向きに回転し、好ましくは空気流を冷却板６０付
近に送るように配置される。図５に示すように、冷却板
６０の裏面には多数の放熱フィン６０ａが一体に形成さ
れており、この放熱フィン６０ａに沿って空気流が流れ
るようになっている。

【００２５】図４および図５は、ユニット筐体１２にユ
ニット本体２０が収容され、かつ前扉１６が閉じている
状態を示している。この状態では、ユニット筐体１２の
底面の前部にケーブルおよび配管を通すための開口１２
ａが存在するものの、ユニット本体２０はユニット筐体
１２の外から実質的に遮蔽されている。このため、ユニ
ット本体２０のファン７４の回転によって生じる空気流
は、ユニット筐体１２の中で移動または対流するだけ
で、外へ出ることはない。また、この空気流はファン７
４を抜けた直後に冷却板６０に触れて、そこで冷やされ
るため、気温が上がることはない。したがって、ユニッ
ト筐体１２内で熱がこもるようなことはなく、装置各部
の機能が正常に保たれる。

【００２６】このように、本実施例の溶接電源ユニット
１０においては、ほぼ密閉されたユニット筐体１２の内
部で空気流が流れるが、この空気流はユニット本体２０
の前部には届き難い。ユニット本体２０の前部は、ユニ
ット本体２０の前板２０ａとユニット筐体１２の前扉１
４との隙間ＦＧに位置し、ユニット本体２０に搭載され
ている電源部（３６，６２，６４，７０等）および冷却
部６０から隔離されている。

【００２７】このことは、本電源ユニット１０の防塵・
防水機能上の利点となっている。つまり、前扉１４の隙
間から外の塵埃または水滴がユニット筐体１２内に入っ
たとしても、それらの塵埃または水滴はこの前部の隙間
ＦＧ内に閉じ込められ、内奥へは進入し難く、電源部の
回路部品に付着するおそれが少ない。このようなユニッ
ト筐体１２内におけるユニット本体２０の前部の隔離性
を確実なものとするには、ユニット本体２０の前板２０
ａとユニット筐体１２の内壁面との間にシール部材等を
着脱可能に設けるのが好ましい。

【００２８】図３、図４および図５では、図解の簡略化
を図るため、インバータ回路６２、整流回路６４および
ドライブ基板７０、制御基板３６等をそれぞれ１つのブ
ロックまたは１枚の板として示しているが、実際は各回
路または基板毎に多数の電気部品または回路素子が露出
した状態で取り付けられている。

【００２９】なお、図２および図３に示すように、ユニ
ット本体２０の底には左右両端に一対の断面Ｌ形の脚部
７６が取り付けられており、これらの脚部７６をユニッ
ト筐体１２の底板の上で前後方向に滑らせることによっ
て、ユニット本体２０をユニット筐体１２の前面の開口
から出し入れすることができる。この出し入れを簡単に
行えるように、ユニット筐体１２に案内部材やローラ手
段等を設けてもよい。

【００３０】図６は、インバータ式抵抗溶接機に適用し
た本実施例のインバータ式溶接電源ユニット１０の回路
構成を示す。図６において、図１〜図５中の部分と対応
する部分には同一の符号を付してある。

【００３１】上記した三相商用交流入力端子１０にはブ
レーカ７８を介して三相整流回路６４の入力端子が接続
され、三相整流回路６４の出力端子にはリップルを含む
直流が得られる。この直流は平滑コンデンサ６６に充電
されることで、リップルを含まない安定したレベルの直
流になる。コンデンサ６６からの直流はインバータ回路
６２に入力される。

【００３２】インバータ回路６２は、ＧＴＲまたはＩＧ
ＢＴをスイッチング素子とする周知のものであって、入
力した直流を高周波のスイッチング動作によってパルス
状（矩形波）の高周波交流に変換する。インバータ回路
６４のスイッチングひいてはその高周波交流出力のパル
ス幅は、インバータ・ドライブ回路７０を介してＣＰＵ
（インバータ制御部）８０により制御される。

【００３３】インバータ回路６２より出力された高周波
交流は、上記したインバータ出力端子３０よりケーブル
５０を介して本溶接電源ユニット１０の外に配置されて
いる溶接トランス８２の一次側コイルに供給され、その
二次側コイルには降圧された高周波交流が得られる。こ
の高周波交流は一対のダイオード８４ａ，８４ｂからな
る整流回路によって直流に変換され、この直流の電流Ｉ
w が一対の電極チップ８６ａ，８６ｂを介して被溶接材
８８ａ，８８ｂに供給される。

【００３４】ＣＰＵ８０は、ＲＯＭ９０に格納されてい
るプログラムにしたがってユニット内の全体および各部
の制御を行う。特にインバータ制御部としてＣＰＵ８０
は、たとえばパルス幅変調（ＰＷＭ）方式によりインバ
ータ回路６２の高周波交流出力のパルス幅を制御する。
また、ファン７４の運転も制御する。

【００３５】本実施例では、定電流制御を行えるように
溶接電流検出回路９６が設けられるとともに、定電圧制
御または定電力制御を行えるようにチップ間電圧検出回
路９８が設けられている。

【００３６】溶接電流検出回路９６の入力端子には、上
記した溶接電流検出信号入力端子２４が接続されてい
る。一次側電流Ｉ1 を基に溶接電流を検出するときは、
一次側の導体に電流センサとしてカレントトランス１０
０が取り付けられ、この電流トランス１００の出力端子
が上記した信号ケーブル４４を介して溶接電流検出信号
入力端子２４に接続され、ひいては溶接電流検出回路９
６の入力端子に接続されることになる。あるいは、二次
側に電流センサとしてトロイダルコイル１０２が取り付
けられてもよい。溶接電流検出回路９６では、ディップ
スイッチ等（図示せず）の切替によってカレントトラン
ス１００を使用する場合とトロイダルコイル１０２を使
用する場合とに対応し、いずれの場合でも溶接電流ＩW
の電流値を表す信号またはデータをＣＰＵ８０に与え
る。

【００３７】チップ間電圧検出回路９８の入力端子は、
上記したチップ間電圧検出信号入力端子２６に接続され
ている。このチップ間電圧検出信号入力端子２６には、
上記した電圧センス線４６介して電極チップ８８ａ，８
８ｂが接続される。したがって、チップ間電圧検出回路
９８は、両チップ８８ａ，８８ｂ間の電圧を入力し、そ
の電圧値を表す信号またはデータをＣＰＵ９８に与え
る。

【００３８】入出力インタフェース回路（Ｉ／Ｏ）９４
は、ＣＰＵ８０をユニット内でディスプレイ１６に接続
するとともに、上記した信号入出力端子３８またはプロ
グラム／モニタユニット接続端子２８（図６には図示せ
ず）を介してユニット外部のキーボードやシーケンサ等
に接続する。ＲＡＭ９２にはＣＰＵ８０で演算されるデ
ータまたは演算結果のデータや設定値データ等が格納さ
れる。

【００３９】インバータ回路６２および三相整流回路６
４は、上記冷却板６０に取り付けられている。ドライブ
回路７０は、上記ドライブ基板７０に取り付けられてい
る。ＣＰＵ８０、ＲＡＭ９０、ＲＯＭ９２、Ｉ／Ｏ９
４、溶接電流検出回路９６およびチップ間電圧検出回路
９８は、上記制御基板３６（図６では図示せず）に取り
付けられている。

【００４０】なお、平滑コンデンサ６６と並列に上記チ
ャージランプ４０および放電スイッチ４２が接続されて
いる。正常時は、所定電圧に充電されているコンデンサ
６６の電圧によってチャージランプ４０は点灯してい
る。メンテナンスの作業時にはコンデンサ６６が充電し
たままだと危険なため、放電スイッチ４２を押圧（閉
成）して抵抗４３を介して放電電流を流すようにしてい
る。この場合、コンデンサ６６の電圧が十分低くなると
チャージランプ４０が消灯し、これで放電が完了したこ
とを知らせるようになっている。

【００４１】上記したように、本実施例のインバータ式
溶接電源ユニットでは、ユニット本体２０に電源部（３
６，６２，６４，７０等）および冷却部６０を搭載し、
それらの外部接続端子（２４，２６，２８，３０，３
２，３８）および外部配管接続口（３４ａ，３４ｂ）の
全部をユニット本体２０の前部に集中配置したうえで、
このユニット本体２０を前扉１４付きの実質的に密閉可
能なユニット筐体１２に前面開口部から出し入れ可能に
収容している。

【００４２】かかる構成により、ユニットの前面側で全
ての配線接続および配管接続作業を行うことが可能であ
り、ユニットの両側面および背面に作業スペースを確保
する必要はなくなる。また、ユニットの背面を壁際にぴ
ったり寄せて設置することも可能である。したがって、
セッティングまたはメンテナンス作業の容易化と省スペ
ース化が図れる。また、ユニット筐体１２からユニット
本体２０を分離できるため、ユニットの組立てが簡単で
あるだけでなく、修理または故障時にユニット本体２０
をユニット筐体１２から抜き出して丸ごと別の（正常
な）ユニット本体２０と交換することで、メンテナンス
作業時間の短縮化も図れる。

【００４３】さらに、ユニット本体２０に搭載される電
源部（３６，６２，６４，７０等）はユニット筐体１２
の中にほぼ密閉状態で収容され、前扉１４の隙間から外
の塵埃や水滴等がユニット筐体１２内に入って来てもユ
ニット本体２０の前部に閉じ込められ電源部へは到達し
難くなっている。これにより、電源部の各電気部品また
は回路素子に外部の塵埃や水滴が付着し難く、そのぶん
故障の発生率が少なくなっている。

【００４４】なお、上記した実施例においてユニット本
体２０の前部に設けられた外部接続端子（２４，２６，
２８，３０，３２，３８）および外部配管接続口（３４
ａ，３４ｂ）の種類、個数、配列位置等は一例であり、
種々の変更・変形が可能である。

【００４５】たとえば、上記実施例ではユニット本体２
０の前部に溶接電流信号入力端子２４およびチップ間電
圧検出信号入力端子２６を並設している。しかし、電極
チップ８６ａ，８６ｂ間の電圧を電圧センス線４６およ
び入出力インタフェース９４を介してチップ間電圧検出
回路９８に入力させることも可能であり、その場合はチ
ップ間電圧検出信号入力端子２６を省略することが可能
である。

【００４６】また、上記実施例では、カレントトランス
１００をインバータ出力端子３０の外側に配置し、カレ
ントトランス１００の出力端子をケーブル４４を介して
ユニット１０の溶接電流検出信号入力端子２４に接続し
ている。しかし、カレントトランス１００をインバータ
出力端子３０の内側つまりユニット１０内に設けること
も可能であり、その場合は溶接電流検出信号入力端子２
４を介さずに内部のケーブルでカレントトランス１００
を溶接電流検出回路９６に接続することが可能である。

【００４７】前扉１６の構造も蝶番式に限らず、螺子止
め式や嵌め込み式を用いることも可能である。また、ユ
ニット筐体１２の前面以外の面に扉またはカバーを取り
付けることも可能であり、たとえば制御基板３６の修理
を容易に行えるようにユニット筐体１２の上面に扉を取
り付けてもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインバー
タ式溶接電源ユニットによれば、外部接続端子の配線接
続または取外しおよび外部配管接続口の配管接続または
取外しが容易に行えるだけでなく、設置または作業スペ
ースもとらなくなり、さらには防塵および防水機能を向
上させ、故障を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるインバータ式溶接電源
ユニットの外観構成を示す斜視図である。

【図２】実施例のインバータ式溶接電源ユニットにおけ
るユニット本体の前部の構成を示す斜視図である。

【図３】実施例のインバータ式溶接電源ユニットにおけ
るユニット本体の全体の構成を示す斜視図である。

【図４】実施例のインバータ式溶接電源ユニットの内部
の構成を示す右側面図である。

【図５】実施例のインバータ式溶接電源ユニットの内部
の構成を示す左側面図である。

【図６】実施例のインバータ式溶接電源ユニットの回路
構成を示す回路図てある。

【符号の説明】

１０ インバータ式溶接電源ユニット １２ ユニット筐体 １４ 前扉 ２０ ユニット本体 ２４ 溶接電流検出信号入力端子 ２６ チップ間電圧検出信号入力端子 ２８ プログラム／モニタユニット接続端子 ３０ 商用交流入力端子 ３２ インバータ出力端子 ３４ａ 外部配管接続口（入口） ３４ｂ 外部配管接続口（出口） ３８ 信号入出力端子 ６０ 冷却板 ６２ インバータ回路 ７４ ファン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インバータ式の電源部および前記電源部
   を液冷式で冷却するための冷却部を搭載し、本体前部に
   前記電源部の外部接続端子および前記冷却部の外部配管
   接続口を設けたユニット本体と、 筐体前部が開口可能で、実質的に密閉状態で前記ユニッ
   ト本体を収容するユニット筐体と、を具備することを特
   徴とするインバータ式溶接電源ユニット。