JPH0899182A - インバータ式溶接電源ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ユニットと周囲との間の塵埃や水滴等による相
互干渉をなくし、信頼性を向上させ、ユニット設置の自
由度を大きくする。 ［構成］ユニット本体２０に電源部（３６，６２，６
４，７０等）、水冷式の冷却板６０およびファン７４が
搭載され、このユニット本体２０が前扉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
入れ可能に収容される。実質的な密閉状態のユニット筐
体１２内でファン７４が回転することにより空気が攪拌
され空気流が生成する。この空気流は、ユニット筐体１
２内で対流して電源部（３６，６２，６４，７０等）の
各回路素子または基板に触れるとともに冷却板６０にも
触れ、各回路素子または基板から熱を吸収し、冷却板６
０で冷やされる。

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、
水冷式の冷却板を設け、この冷却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。また、冷却板以
外の場所に取り付けられる回路素子または電気部品を空
冷式で冷却するために、ユニットの２つの壁面（たとえ
ば上面および側面）にそれぞれ通気孔（入口および出
口）を設けるとともに、片側の通気孔付近にファンを取
り付けて、ユニット内に風を流すようにしている。

【０００４】

【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、ユニット内の電源部を空冷式で冷
却するためにユニット壁面に通気孔を設けているが、こ
の通気孔を通って空気だけでなく塵埃や水滴等も出入り
するという不具合がある。溶接作業場の中には、塵埃や
水滴だけでなくオイルミストやスプラッシュの鉄粉等も
漂っているところがある。そのような塵埃、水滴、オイ
ルミスト等が通気孔からユニットに入り込むと、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
れがある。他方において、クリーンルーム並みに防塵対
策を施している溶接作業場もあり、そのような作業場に
従来のユニットを設置した場合には、逆にユニットから
周囲に塵埃等を撒き散らしてしまい、品質管理に害悪を
もたらすこととなる。

【０００５】また、従来のユニットでは、通気孔の少な
くとも１つをユニット側壁に設ける構成であるため、そ
の通気孔の外側には通気性をよくするためのスペースを
確保しなくてはならず、他の物体を接近配置できないと
いう不便もある。さらに、入口側の通気孔付近では、外
の空気が温まっているとユニット内の冷却効果が薄れる
ため、発熱性の物体を配置できないという不便もある。

【０００６】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、ユニットと周囲との間で塵埃や水滴等による相
互干渉をなくして電源部の信頼性の向上と周囲の環境の
保護を図り、さらにはユニット設置の自由度を大きくし
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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のインバータ式溶接電源ユニットは、実質
的に密閉可能なユニット筐体を有し、前記ユニット筐体
の中にインバータ式の電源部と、前記電源部を液冷式で
冷却するための冷却部と、前記ユニット筐体内で空気流
を形成するためのファンとを内蔵してなる構成とした。

【０００８】

【作用】上記の構成においては、実質的に密閉されたユ
ニット内で、ファンが回転することにより、空気が攪拌
され、空気流が生成する。この空気流は、ユニット内で
対流して電源部の回路素子や基板に触れるとともに液冷
式の冷却部に触れ、回路素子または基板から熱を吸収
し、冷却部で冷やされる。これにより、外気がユニット
内を通り抜けなくても、ユニット内の電源部の回路素子
または電気部品は効果的に空冷され、熱がこもるおそれ
はない。また、ユニットの壁面には通気孔がないので、
外の塵埃、水滴等が入り込むことがなく、ユニット側か
ら周囲に塵埃を撒き散らすおそれはない。

【０００９】

【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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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
に電源部および水冷式の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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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に
当てるように配置される。図５に示すように、冷却板６
０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、ファン７４からの空気流は放熱フィン６０ａに
沿って（触れて）流れるようになっている。

【００２２】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、ファ
ン７４の回転によって生じる空気流は、ユニット筐体１
２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７４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。

【００２３】このように、本実施例の溶接電源ユニット
１０では、ユニット本体２０に電源部（３６，６２，６
４，７０等）、水冷式の冷却板６０および空冷用のファ
ン７４を搭載し、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。

【００２４】かかる構成によれば、実質的な密閉された
ユニット筐体１２内でファン７４の回転により空気が攪
拌されるようにして空気流が生成する。この空気流は、
ユニット筐体１２内で対流して電源部（３６，６２，６
４，７０等）の各回路素子または基板に触れるとともに
冷却板６０にも触れ、各回路素子または基板から熱を吸
収し、冷却板６０で冷やされる。特に、本実施例のよう
に、冷却板６０に放熱フィン６０ａが設けられ、この放
熱フィン６０ａにファン７４からの空気流が当たること
で、筐体１２内の空気流は一層効果的に冷やされ、ひい
ては冷却板６０以外の支持板６０または基板３８に取り
付けられている回路素子または電気部品が冷たい空気流
に当たることになり、冷却効果が高められている。した
がって、ユニット筐体１２の壁面に通気孔がなくても筐
体１２内の全ての電気部品または回路素子が効果的に空
冷される。

【００２５】このように、本溶接電源ユニット１０内に
外の塵埃、水滴等が入り込むおそれはなく、しかもユニ
ット１２内で熱がこもるようなこともなく、電源部の各
部の機能が正常に保たれる。したがって、一般の溶接作
業場はもちろんのこと、オイルミストやスプラッシュの
屑等が漂っていたり、温度が高くなっている溶接作業場
でも、信頼性の高い動作を保証できる。

【００２６】また、本溶接電源ユニット１２から外部へ
の排気はなく、したがって塵埃を周囲に撒き散らすこと
もないので、周囲の環境に害悪を及ぼすおそれがなく、
防塵対策を施している清浄な溶接作業場にも安心して設
置できる。

【００２７】また、溶接電源ユニット１２には壁面に通
気孔がないため、ユニット１２を他の物体や壁面等に密
着または近接配置することが可能であり、省スペース化
を図ることもできる。

【００２８】なお、ユニット筐体１２内において、ファ
ン７４によって形成される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１４
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。

【００２９】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
回路部品等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２
０ａ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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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
８０により制御される。

【００３５】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。

【００３６】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、特にファン７４の運転を制御する。また、ＣＰ
Ｕ８０は、インバータ制御部として機能し、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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。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２４を介さずにユニット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。ファン７４は、ＣＰＵ８０による
運転制御を受けるまでもなく、ユニット１０に商用交流
電力が入力されている限りは、間断なく回り続けるよう
になっていてもよい。

【００４４】以上好適な実施例について説明したが、本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、その技術
思想の範囲内で種々の変形・変更が可能である。たとえ
ば、空冷用ファン７４の個数、配置位置、向き等は任意
に選択または設定することが可能である。

【００４５】上記実施例では、ユニット本体２０に電源
部、液冷式冷却部および空冷用ファンの全部を搭載した
が、その中の一部、たとえば空冷用ファンをユニット筐
体１２側に取り付けることも可能であり、あるいはユニ
ット本体２０を省いてユニット筐体１２に電源部、液冷
式冷却部およびファンを取り付けるような構成も可能で
ある。

【００４６】液冷式冷却部の冷却媒体に冷却水以外のも
のを用いることも可能である。さらに、液冷式冷却部の
形状・構造を任意に変形することが可能であり、たとえ
ば冷却板６０に空冷用の（専ら空気流を冷やすための）
延長部を一体に設けたり、あるいは空冷用の別個の液冷
式冷却体を設けることも可能である。

【００４７】

【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、実質的に密閉状態のユ
ニット筐体の中でファンを回転させ空気流を対流させる
ことによって、電源部の回路素子が空気流を介して液冷
式の冷却部で冷却されるようにしたので、ユニットの壁
面に通気孔を設けなくて済み、これにより、ユニットと
周囲との間で塵埃や水滴等による相互干渉がなくなり、
ユニットの信頼性が向上するとともに、周囲の環境に害
を及ぼすことがなく、任意の場所に設置可能であり、省
スペース化を図ることもできる。

【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 ６０ 冷却板 ６２ インバータ回路 ７４ ファン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 実質的に密閉可能なユニット筐体を有
   し、前記ユニット筐体の中にインバータ式の電源部と、
   前記電源部を液冷式で冷却するための冷却部と、前記ユ
   ニット筐体内で空気流を形成するためのファンとを内蔵
   してなることを特徴とするインバータ式溶接電源ユニッ
   ト。
2. 【請求項２】 前記ユニット筐体に出し入れ可能に収容
   されるユニット本体を有し、前記ユニット本体に前記電
   源部、前記冷却部および前記ファンを搭載してなること
   を特徴とする請求項１に記載のインバータ式溶接電源ユ
   ニット。
3. 【請求項３】 前記冷却部は冷却液を流す水冷パイプを
   取り付けた熱伝導率の高い金属からなり、前記ファンは
   前記冷却部に向けて送風するように配置されることを特
   徴とする請求項１または２に記載のインバータ式溶接電
   源ユニット。
4. 【請求項４】 前記冷却部は放熱フィンを有し、前記フ
   ァンは前記冷却部の放熱フィンに向けて送風するように
   配置されることを特徴とする請求項３に記載のインバー
   タ式溶接電源ユニット。