JPWO2014080757A1 - 抵抗溶接機用電源及び該電源を用いた抵抗溶接機 - Google Patents

抵抗溶接機用電源及び該電源を用いた抵抗溶接機 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2014080757A1
JPWO2014080757A1 JP2014548505A JP2014548505A JPWO2014080757A1 JP WO2014080757 A1 JPWO2014080757 A1 JP WO2014080757A1 JP 2014548505 A JP2014548505 A JP 2014548505A JP 2014548505 A JP2014548505 A JP 2014548505A JP WO2014080757 A1 JPWO2014080757 A1 JP WO2014080757A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
power supply
resistance welding
welding machine
power source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014548505A
Other languages
English (en)
Inventor
宮原　隆和
隆和 宮原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ELM Inc
Original Assignee
ELM Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ELM Inc filed Critical ELM Inc
Publication of JPWO2014080757A1 publication Critical patent/JPWO2014080757A1/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24—Electric supply or control circuits therefor
    • B23K11/241—Electric supplies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24—Electric supply or control circuits therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24—Electric supply or control circuits therefor
    • B23K11/248—Electric supplies using discharge tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24—Electric supply or control circuits therefor
    • B23K11/26—Storage discharge welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

抵抗溶接機を動作させるための電源であって、１個又は複数個のリチウム系二次電池（ＬｉＰｏ電池（１１））と、外部電源により前記リチウム系二次電池を充電する充電回路（１３）と、前記リチウム系二次電池（１１）から放電される直流電力を、抵抗溶接機を動作させるための所定の瞬間最大電力を有する直流又は交流電力に変換する電力変換回路（例えばＤＣ−ＤＣコンバータ（１２））とを備える。

Description

本発明は、重ねた金属板や金属線等を溶接する際に使用する抵抗溶接機、特にスポット溶接機の電源、及びその電源を用いた抵抗溶接機に関する。
重ねた金属板や金属線等を溶接する際に多用される抵抗溶接機は、スポット溶接機とも呼ばれ、２本の電極間に被溶接物を挟み、そこに直流又は交流電流を流すことで、被溶接物の持つ電気抵抗と電流により生じる熱を利用して被溶接物同士を溶かすことにより溶接するものである。
この作業は、周囲に熱が拡散しない程度の短い時間で溶接することにより、熱による変色や変性を溶接ポイントに限定することができ、溶接ポイントにおける変性も少なく、作業効率が非常に高い。
特開2003-136240号公報
このように極く短時間で溶接するためには、被溶接物を溶かすことが可能な極めて大きいエネルギーを短時間に加える必要がある。旧来の抵抗溶接機は、溶接時に数kWから100kWに達する電気エネルギーを必要とするため、非常に大型の電源を必要とする。
旧来の抵抗溶接機用電源の第一の実現方法は、必要な電力を供給可能なトランスを使用し、電流が少なくて済む１次側を位相制御などの方法で制御する方法である。一般に、通電時間は「板厚(mm)×商用交流10サイクル」といわれているため極く短いが、その作業準備には数秒から数十秒を要するため、デューティ比（通電時間／作業全体の時間）は1/100〜1/1000になる。よって、例えば瞬間最大電力が10kW、デューティ比が1/100の場合には、平均電力は僅か100Wとなるが、実際には10kWの瞬間最大電力を供給できるトランスと、同電力を供給できる商用電源や発電機などの外部電源が必要になり、トランスだけで重量が20〜30kgにも達する。また、小型の「ポータブル型」といわれる抵抗溶接機においても、瞬間最大電力は数kWを超える。
そのため、この方法では一般的なコンセントから電源を得ることができず、面倒な電気工事を必要とする。また、重量の重いトランスを使用するため、可搬性が悪い。さらに、本体から溶接部に電流を供給するケーブルは、本体が容易に動かせないことから、相当な長さを必要とし、そのケーブルに数千〜数万A（アンペア）の電流を流す必要があるため、電気抵抗値の低い太いケーブルが必要になり、可搬型の場合は更に作業性が悪くなる。
特許文献１には、リヤカー型の車輌に鉛蓄電池やトランス等を搭載することによって可搬式にした溶接機が記載されている。この装置ではトランスを用いて溶接部に電流を供給する際に、一旦、鉛蓄電池に充電するため、外部電源から供給すべき瞬間最大電力は抑えることができる。しかし、鉛蓄電池は蓄電容量が小さいため、溶接の際に使用する瞬間最大電力を十分に高めることは難しい。また、鉛蓄電池及びトランスの重量が重いため、上記のように車輌に搭載する必要があり、使用者が装置全体を手で携帯したり腰などに装着して使用できるようなハンディタイプの溶接機として使用することはできない。
旧来の抵抗溶接機用電源の第二の実現方法は、インバータ方式と呼ばれるものである。この方法では、外部電源から供給される電力を一旦整流して直流にし、それを半導体スイッチで高速にＯＮ／ＯＦＦすることによって高周波化し、それを高周波トランスで降圧し、被溶接部に供給する。この方法は、トランスを小型化できる点と、電流等を高速に制御できる点が優れているが、大幅な小型化は難しく、更に前述した平均電力と瞬間最大電力の差が大きい点は解消されない。
本発明は、抵抗溶接機における上記課題を解決するものであって、旧来の抵抗溶接機用電源に比べ大幅に小型且つ軽量で、外部電源から供給すべき瞬間最大電力が非常に低い抵抗溶接機用電源及び該電源を用いた抵抗溶接機を提供する。
上記課題を解決するために成された本発明に係る抵抗溶接機用電源は、抵抗溶接機を動作させるための電源であって、
a) 1個又は複数個のリチウム系二次電池と、
b) 外部電源により前記リチウム系二次電池を充電する充電回路と、
c) 前記リチウム系二次電池から放電される直流電力を、前記抵抗溶接機を動作させるための所定の瞬間最大電力を有する直流又は交流電力に変換する電力変換回路と
を備えることを特徴とする。
本発明に係る抵抗溶接機用電源では、近年、ラジコンの自動車、飛行機、ヘリコプタ等に多用されるようになってきた、瞬間的に定格電流の20倍〜100倍の大電流を放電できるリチウム系二次電池を用いる。溶接時間に比べ100倍以上に及ぶ待機時間に同電池を充電することにより、商用電源や発電機等の外部電源の側から見た平均電力を1/100以下に低下させることができる。これにより、一般の家庭用壁コンセントから電源を供給できるようになり、面倒な電気工事が不要になる。また、外部電源に関わる電気部品の規模を大幅に小型化できるうえに、一般的な延長ケーブルを経由して電源を供給できるなど、ポータブル応用において利便性を非常に高めることができる。
本発明に係る抵抗溶接機用電源に使用するリチウム系二次電池は、その性能向上が著しく、将来においては更に高性能な二次電池が開発される可能性が高いが、ここでは現在の性能の一例を示す。一般的にＬｉＰｏ電池と呼ばれ、多用されているリチウムポリマー電池の場合は、１セルの電圧は3.7V程度で、その一例では、大きさが幅50mm、長さ130mm、厚さ9mm、重量が125gである。また、定格電流容量は5Ah、最大出力電流は定格電流の20倍から50倍であり、10秒以内の短時間であればその1.5倍程度の電流を取り出すことができる。
抵抗溶接機電源の通電時間は非常に短く、更に、そのアイドル時間が非常に長いので、定格電流容量が5Ah、放電能力（瞬間で流すことができる電流を定格電流容量（C）の倍数で表したもの）が75CのＬｉＰｏ電池から取り出すことができる電流は375Aとなるため、14個のＬｉＰｏ電池を並列に接続すれば、最大出力電流が約5000Aである電源を得ることができる。このような複数個の電池から抵抗溶接に必要な制御された電力を取り出すには、以下の３つの構成を取り得る。以下、その例を説明する。
第一の構成は、複数個の電池それぞれに、電力変換回路としてチョッパ型のＤＣ−ＤＣコンバータを1台ずつ設け、その出力を合成し、該複数台のＤＣ−ＤＣコンバータを一括して制御する制御装置を設けたものである。複数台のＤＣ−ＤＣコンバータを一括制御する方法には、それらＤＣ−ＤＣコンバータを電気的に並列に接続する方法と、それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータに個別に制御回路を設け、その制御回路に制御条件を通信等により伝え、そのＯＮ／ＯＦＦのみを一括して制御する方法がある。
この構成の場合、複数個の電池中の幾つかに障害が生じても、そのユニットを除去することにより、最大出力は低下するものの、溶接機能を維持できることや、電池が並列接続であるため充電が容易であることなどのメリットがある。
第二の構成は、複数個の電池を並列に接続し、単一の大電流ＤＣ−ＤＣコンバータで出力を制御するものである。
この構成の場合、第一の構成と同様に、複数個の電池中の幾つかに障害が生じても、その電池を除去することにより、最大出力は低下するが溶接機能を維持できることや、電池が並列接続であるため充電が容易であることなどのメリットがある。また、ＤＣ−ＤＣコンバータが1台で済むため、構成が簡単になり、それによりコストを抑えることができると共に、故障が生じ難くなるという、第一の構成にはないメリットもある。なお、第二の構成では、5000Aに達する電流を一括で制御するために特殊な電子部品（半導体、コイルなど）を必要としたり、発熱が集中するため放熱に工夫が必要になる。
第三の構成は、複数個の電池を直列に接続し、単一の大電流ＤＣ−ＤＣコンバータで出力を制御するものである。
この構成の場合、第一、第二の構成と同様に、複数個の中の幾つかの電池に障害が生じても、その電池を除去しバイパスすることにより、最大出力は低下するものの、溶接機能を維持できるメリットがある。また、制御回路が単一であるため構成が簡単になるという、第二の構成と同様のメリットがある。さらに、所定の電力を出力するために制御すべき電流が1/N（Nは電池の個数）で済むため、ＤＣ−ＤＣコンバータを小型化しやすいという、第三の構成に特有のメリットがある。但し、直列接続された電池を充電する際に電池の僅かな容量差による電圧差が蓄積していくため、バランスをとるための回路を付加することが望ましい。
ここまでは電力変換回路としてＤＣ−ＤＣコンバータを用いることを例として説明したが、本発明では直流電流を交流電流に変換するインバータを用いることもできる。
次に、本発明に係る抵抗溶接機用電源と溶接ヘッドを繋ぐケーブルについて考察する。例えば、断面積が100mm2（導体直径15.2mm）である銅製の電線の電気抵抗は1m辺り約0.18mΩである。この電線を正負側1mずつ使用すると該電線の電気抵抗値は0.36mΩになり、該電線に5kAの溶接電流を流すと、1.8Vの電圧降下が発生する。本発明によれば、抵抗溶接機用電源を小型軽量にすることができ、それにより抵抗溶接機を溶接作業の作業場所の近傍に設置するか、作業者が身に付けられるようにすることができるようになるため、ケーブルを短くでき、その結果として電圧降下を抑えることができる。これにより、電源の出力電圧を低くでき、更にケーブルによる電力のロスも小さくすることができる。
本発明により、小型且つ軽量の抵抗溶接機用電源を得ることができるため、この抵抗溶接機用電源を用いることにより、可搬性の良い抵抗溶接機を得ることができる。そのため、可搬性が必要とされる、例えば建築・土木作業現場における鉄筋の固定作業、自動車の板金修理、手動によるスタッド溶接、壁面緑化などのワイヤー固定作業などにおいて、旧来の電源で生じていた、作業性が悪かったり、準備作業が面倒だったり、高所作業ができなかったり等の不具合が一気に改善される。
また、供給する電源が一般の家庭用コンセントレベルから得られることや、その接続ケーブルが一般的なキャブタイヤケーブルで可能なこと、更には軽量でリュックの様な形状にすれば容易に持ち運べることから、準備作業をほとんど必要としない上に、小型の発電機でも稼働できるため、応用範囲が非常に広がる。
更に、リチウム系二次電池を充電する際に外部電源から供給すべき瞬間最大電力が低くとも、瞬間的に、必要な大電流をリチウム系二次電池から放電できるため、商用電源の契約電力を低く抑えることができると共に、受電設備も小型・小容量化できるため、コストを抑えることができる。なお、この効果は、上記のように小型化・可搬化が必要な用途に限らずに奏するものである。
本発明に係る抵抗溶接機用電源の一実施例を示す回路図。 本実施例の抵抗溶接機用電源の変形例を示す回路図。 本実施例の抵抗溶接機用電源におけるトリガー信号、ゲート電極に印加されるゲート電圧、及び負荷（抵抗溶接機）に供給される出力電圧の時間変化を示すグラフ(a)、及び(a)のうちの一部の時間を拡大して示したグラフ(b)。 本実施例の抵抗溶接機用電源の実装例を示す概略斜視図。 複数の単位電源を並列に接続した例を示す概略図。 複数の単位電源を並列に接続した実装例を示す概略図。 ＬｉＰｏ電池を複数並列に接続して用いた抵抗溶接機用電源の例(a)、及びＬｉＰｏ電池を複数直列に接続して用いた抵抗溶接機用電源の例(b)を示す回路図。
本発明に係る抵抗溶接機用電源及び抵抗溶接機の実施例を、図１〜図７を用いて説明する。
本実施例の抵抗溶接機用電源１０は、図１の回路図に示すように、リチウム系二次電池の１種であるＬｉＰｏ電池１１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ（電力変換回路）１２と、充電回路１３を有する。また、抵抗溶接機用電源１０には、負荷となる抵抗溶接機に接続される電力出力端子１５１及び電力供給側接地端子１５２、ＬｉＰｏ電池１１に電流を供給する外部電源の入力端子１６１及び電池用接地端子１６２、並びに電界効果トランジスタ１２１（後述）のゲート電極に接続されるゲート端子１７が設けられている。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、電界効果トランジスタ１２１、コイル（リアクトル）１２２、還流ダイオード１２３及びコンデンサ１２４を有する。電界効果トランジスタ１２１及びコイル１２２は、ＬｉＰｏ電池１１の正電極と電力出力端子１５１の間に直列に接続される。電界効果トランジスタ１２１は、ゲート電極における電圧のＯＮ／ＯＦＦにより、ＬｉＰｏ電池１１からの電流をＯＮ／ＯＦＦするものである。還流ダイオード１２３は、電界効果トランジスタ１２１とコイル１２２の間にある接続点１２５と電力供給側接地端子１５２を接続し、電力供給側接地端子１５２から接続点１２５に向かう電流を導通させ、その逆方向の電流の導通を阻止するものである。コンデンサ１２４は、コイル１２２と電力出力端子１５１の間にある接続点１２６と電力供給側接地端子１５２を接続する。
充電回路１３は、ＬｉＰｏ電池１１に外部電源から電力を供給するものであり、外部電源の入力端子１６１とＬｉＰｏ電池１１の正電極の間に、ＬｉＰｏ電池１１から外部電源側への電流の逆流を阻止するための逆流阻止ダイオード１３１が設けられたものである。なお、外部電源側への電流の逆流は、特に、1台の外部電源に本実施例の抵抗溶接機用電源１０を複数台並列に接続した場合に、各抵抗溶接機用電源１０のＬｉＰｏ電池１１同士の起電力の差により生じるおそれがある。なお、充電回路１３には、ＬｉＰｏ電池への充電のためのIC等、市販の充電回路をそのまま用いてもよい（図２）。
その他、抵抗溶接機用電源１０には、ＬｉＰｏ電池１１の負極が接続される電池用接地端子１６２とゲート電極を接続する電気抵抗１４が設けられている。電気抵抗１４は、後述の制御用のモジュールがゲート電極に接続されていないときに、静電気などによって電界効果トランジスタ１２１が誤動作でＯＮになることを防止するために設けられたものである。
また、ゲート電極には、所定のＯＮ／ＯＦＦ比で電圧のＯＮ／ＯＦＦ信号を送信する制御を行うＣＰＵ（図示せず）が接続される。このＯＮ／ＯＦＦ信号の詳細は後述する。
本実施例の抵抗溶接機用電源１０の動作を、図３を参照しつつ説明する。
ＬｉＰｏ電池１１は、外部電源の入力端子１６１から電流が供給されることにより充電される。抵抗溶接機に設けられたスイッチを使用者が操作すると、そのスイッチからＣＰＵにトリガー信号が送信されることにより、以下のようにＤＣ−ＤＣコンバータ１２から抵抗溶接機に電力が供給される。
トリガー信号を受信したＣＰＵは、所定時間Tだけ、電界効果トランジスタ１２１のゲート電極にＯＮ／ＯＦＦ信号を送信する（図３(a)）。ここで、「所定時間T」は、抵抗溶接機に電力を供給する時間である。「ＯＮ／ＯＦＦ信号」は、図３(b)に示すように、電圧VGのＯＮ信号と、電圧0のＯＦＦ信号が交互に繰り返される信号であり、後述のようにＯＮ信号の時間TonとＯＦＦ信号の時間Toffの比であるＯＮ／ＯＦＦ比（Ton/Toff）をＣＰＵにより調整することができる。ＯＮ／ＯＦＦ信号の繰り返し周波数は、人間の可聴領域を超える20kHz以上とすることが望ましく、実用上は20〜数百kHzの範囲内で選択される。
電界効果トランジスタ１２１は、ＯＮ／ＯＦＦ信号に対応して、ＬｉＰｏ電池１１からソース電極に供給される電力をＯＮ／ＯＦＦし、ドレイン電極から矩形波の電力を出力する。この矩形波の電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２において、以下のように変換される。ＯＮ信号の立ち上がり時には電力が急激に増加するが、コイル１２２のリアクタンスにより緩和されると共に、電力の一部がコンデンサ１２４への蓄電に使用されるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２からの出力電圧Voutの増加は緩やかになる。また、ＯＦＦ信号の時には、電界効果トランジスタ１２１のドレイン電極からは電力が出力されないが、コイル１２２から遅れて出力される電力やコンデンサ１２４に蓄えられた電力が、負荷と還流ダイオード１２３を通る閉回路に供給されるため、電力は途切れることなく、緩やかに減少してゆく。こうして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２からは、（平均）電圧Vcの直流（厳密には脈流）の電力が出力され、負荷に供給される。ドレイン電極から出力される矩形波の電力のＯＮ／ＯＦＦ比、すなわちゲート電極に供給される信号のＯＮ／ＯＦＦ比Ton/Toffを高くするほど、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から出力される電力は大きくなる。なお、出力電圧Voutの立ち上がり時に、出力電圧Voutが目標値VCに達した後よりもＯＮ／ＯＦＦ比を高くすることにより、出力電圧Voutを目標値VCに速く到達させることができる。
上記実施例では還流ダイオード１２３を用いたが、大電流を取り扱う場合には、還流ダイオード１２３の代わりに、電界効果トランジスタのソース電極及びドレイン電極をダイオードのアノード電極及びカソード電極とするアクティブダイオードを用いる方が、エネルギー損失が少ないため望ましい。
本実施例の抵抗溶接機用電源１０を実装したパワーモジュール２０の例を、図４を用いて説明する。このパワーモジュール２０は、アルミニウム板等の高い熱伝導性を有する長方形の基板２１における一方の面（実装面２２）に抵抗溶接機用電源１０を実装し、他方の面に、多数の襞を有する放熱器２３を設けたものである。実装面２２上には、ＬｉＰｏ電池１１、並びに、電界効果トランジスタ１２１、コイル１２２、及び還流ダイオード１２３等の各素子が、実装面２２を介して放熱器２３に熱的に十分接触するように取り付けられている。なお、図４では、電界効果トランジスタ１２１、コイル１２２を除く各素子は、コイル１２２の裏側に配置されているため、図示していない。
基板２１の一方の短辺近傍の実装面２２上には、外部電源の入力端子１６１、電池用接地端子１６２及びゲート端子１７を収容した３ピン型端子１８が設けられている。電力出力端子１５１及び電力供給側接地端子１５２は、他の端子よりも大電流を流す必要があるため、３ピン型端子１８とは独立に上記短辺近傍の実装面２２上に設けられている。電力出力端子１５１及び電力供給側接地端子１５２には雌ねじが切られた孔が設けられており、この孔にボルトを締め付けることにより、該ボルトとこれら端子の間に抵抗溶接機への配線を固定する。
このパワーモジュール２０に実装された各素子の中で、実装面２２上での単位面積あたりの発熱量が最も多いのは電界効果トランジスタ１２１及び還流ダイオード１２３であり、次いで多いのはコイル１２２である。このパワーモジュール２０では、それら発熱量が多い素子が放熱器２３に熱的に十分接触していることから、放熱器２３から効率よく放熱することができる。
ここまで、ＬｉＰｏ電池１１を1個のみ用いた抵抗溶接機用電源１０の例を説明した。抵抗溶接機の電源として必要な数十kWの瞬間最大電力を供給するためには、瞬間的に定格電流容量の75倍程度の電流を取り出すとしても、定格電流容量が50Ahを超える巨大なＬｉＰｏ電池１１が必要となる。そこで、抵抗溶接機用電源１０を複数台用いる（以下、個々の抵抗溶接機用電源１０を「単位電源１０」と呼ぶ）ことにより、個々のＬｉＰｏ電池１１の定格電流容量が数Ah程度であっても、数十kWの瞬間最大電力を供給することができる。以下、その例を説明する。
図５に示した抵抗溶接機用電源３０は、単位電源１０を10台、負荷に対して並列に接続したものである。抵抗溶接機用電源３０には制御モジュール３１が設けられており、制御モジュール３１にはＯＮ／ＯＦＦ信号の送信制御を行うＣＰＵ３１１と、抵抗溶接機のヘッドに供給される電流を測定する電流測定部３１２と、ＣＰＵ３１１等を動作させるための電力をＡＣ電源３３から供給する電源回路３１３が設けられている。ここで、電流測定部３１２は、本実施例では、抵抗溶接機用電源３０と抵抗溶接機ヘッドを接続する電力供給線（後述の実装例では接地バー３５２）の一部分において上流と下流の間の電位差から電流を求めるものを用いるが、ホール素子を使用した方法など、その他の方法によるものを用いてもよい。
各単位電源１０の電力出力端子１５１及び電力供給側接地端子１５２はそれぞれ、抵抗溶接機ヘッドの電力入力部（図示せず）及び接地電極と接続されている。各単位電源１０の外部電源の入力端子１６１にはＡＣ電源３３が接続されており、電池用接地端子１６２にはＡＣ電源３３の接地が接続されている。
ＣＰＵ３１１には、抵抗溶接機ヘッドに供給すべき電力、及び電力を供給する時間Tを設定するための操作パネル３２、及びトリガー信号を発信するスイッチ３４が接続されている。
本実施例では、個々の単位電源１０に搭載したＬｉＰｏ電池１１には、定格電流容量が5Ah、電圧が3.7Vである、普通に市販されているものを用いた。このＬｉＰｏ電池１１は1個あたり、250A（定格電流容量の50倍程度）の電流を取り出して、1kW弱の瞬間最大電力を供給することができる。従って、10個のＬｉＰｏ電池１１を有する抵抗溶接機用電源３０は、数kWの瞬間最大電力を供給する能力を十分に有している。また、単位電源１０をさらに増設すれば、10kWを超える瞬間最大電力を供給することも可能である。
図６に、図５の抵抗溶接機用電源３０の実装例を示す。なお、単位電源１０は、図６では簡単のために2台のみ示したが、実際には図５と同様に10台設けられている。また、図６では簡単のために省略したが、３ピン型端子１８とＡＣ電源３３は通常の電線で接続されている。
各単位電源１０の電力出力端子１５１には金属製の棒から成る電力供給バー３５１が接続されている。電力供給バー３５１には、各単位電源１０の電力出力端子１５１に対応する位置に孔が設けられており、この孔と上述の電力出力端子１５１に設けられた孔の位置を合わせてボルトで締結することにより、電力出力端子１５１と電力供給バー３５１が機械的及び電気的に結合される。電力供給バー３５１には、金属線を束ねた電力供給線３６１が接続されており、電力供給線３６１は抵抗溶接機ヘッドに接続される。このように金属製の棒から成る電力供給バー３５１及び金属線を束ねた電力供給線３６１を用いることにより、大電流を抵抗溶接機のヘッドに供給することが可能になる。
各単位電源１０の電力供給側接地端子１５２には、接地された金属製の棒である接地バー３５２が接続されている。接地バー３５２の構成、及び電力供給側接地端子１５２との接続方法は、電力出力端子１５１の構成、及び電力供給バー３５１との接続方法と同様である。また、接地バー３５２には、金属線を束ねた接地線３６２が接続されており、接地線３６２は抵抗溶接機ヘッドの接地端子に接続されている。
ここまではＬｉＰｏ電池１１を複数個用いる例として、ＬｉＰｏ電池１１を1個のみ設けた単位電源１０を複数台接続する例を示したが、図１や図２に示した単独の抵抗溶接機用電源１０と同様の回路において、複数個のＬｉＰｏ電池を並列に接続した並列型ＬｉＰｏ電池群１１Ａ（図７(a)）や、直列に接続した直列型ＬｉＰｏ電池群１１Ｂ（図７(b)）を用いてもよい。これらの例では、電力変換回路（例えばＤＣ−ＤＣコンバータ１２）が1つのみ用いれば済むため、構成が簡単になり、それによりコストを抑えることができる。また、直列型ＬｉＰｏ電池群１１Ｂでは、上記の他の例よりも電圧がN（NはＬｉＰｏ電池のセルの個数）倍になるため、同じ電力を供給するのに必要となる電流が1/Nで済む。
これら並列型ＬｉＰｏ電池群１１Ａ又は直列型ＬｉＰｏ電池群１１Ｂを用いた抵抗溶接機用電源を単位電源として、図５や図６に示したように単位電源を複数台並列に接続してもよい。
ここまでは電力変換回路としてＤＣ−ＤＣコンバータを用いる例を示したが、その代わりに直流電力を交流電力に変換するインバータを使用してもよい。
１０…抵抗溶接機用電源、単位電源
１１…ＬｉＰｏ電池
１１Ａ…並列型ＬｉＰｏ電池群
１１Ｂ…直列型ＬｉＰｏ電池群
１２…ＤＣ−ＤＣコンバータ（電力変換回路）
１２１…電界効果トランジスタ
１２２…コイル
１２３…還流ダイオード
１２４…コンデンサ
１２５、１２６…接続点
１３…充電回路
１３１…逆流阻止ダイオード
１４…電気抵抗
１５１…電力出力端子
１５２…電力供給側接地端子
１６１…入力端子
１６２…電池用接地端子
１７…ゲート端子
１８…３ピン型端子
２０…パワーモジュール
２１…基板
２２…実装面
２３…放熱器
３０…抵抗溶接機用電源
３１…制御モジュール
３１１…ＣＰＵ
３１２…電流測定部
３１３…電源回路
３２…操作パネル
３３…ＡＣ電源
３４…スイッチ
３５１…電力供給バー
３５２…接地バー
３６１…電力供給線
３６２…接地線

Claims (5)

  1. 抵抗溶接機を動作させるための電源であって、
    a) 1個又は複数個のリチウム系二次電池と、
    b) 外部電源により前記リチウム系二次電池を充電する充電回路と、
    c) 前記リチウム系二次電池から放電される直流電力を、前記抵抗溶接機を動作させるための所定の瞬間最大電力を有する直流又は交流電力に変換する電力変換回路と
    を備えることを特徴とする抵抗溶接機用電源。
  2. 前記リチウム系二次電池がリチウムポリマー電池であることを特徴とする請求項１に記載の抵抗溶接機用電源。
  3. 前記リチウム系二次電池を複数個、直列又は並列に接続していることを特徴とする請求項１又は２に記載の抵抗溶接機用電源。
  4. 請求項１〜３のいずれかに記載の抵抗溶接機用電源を複数台、並列に接続していることを特徴とする抵抗溶接機用電源。
  5. 請求項１〜４のいずれかに記載の抵抗溶接機用電源を電源として用いていることを特徴とする抵抗溶接機。
JP2014548505A 2012-11-20 2013-11-05 抵抗溶接機用電源及び該電源を用いた抵抗溶接機 Pending JPWO2014080757A1 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012254447 2012-11-20
JP2012254447 2012-11-20
PCT/JP2013/079907 WO2014080757A1 (ja) 2012-11-20 2013-11-05 抵抗溶接機用電源及び該電源を用いた抵抗溶接機

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2014080757A1 true JPWO2014080757A1 (ja) 2017-01-05

Family

ID=50775942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014548505A Pending JPWO2014080757A1 (ja) 2012-11-20 2013-11-05 抵抗溶接機用電源及び該電源を用いた抵抗溶接機

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20150328711A1 (ja)
JP (1) JPWO2014080757A1 (ja)
WO (1) WO2014080757A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6407799B2 (ja) * 2015-06-02 2018-10-17 株式会社ダイヘン 電源装置及び溶接用電源装置
US10894296B2 (en) 2015-08-20 2021-01-19 Nelson Stud Welding, Inc. Light weight cordless stud welder

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000326076A (ja) * 1999-05-24 2000-11-28 Origin Electric Co Ltd コンデンサ式抵抗溶接方法及び装置
JP2003191079A (ja) * 2001-12-26 2003-07-08 Nadex Co Ltd 抵抗溶接機の溶接状態送信装置
JP2009004235A (ja) * 2007-06-21 2009-01-08 Aoi Electronics Co Ltd リチウム二次電池
JP2009164102A (ja) * 2008-01-04 2009-07-23 Samsung Sdi Co Ltd 保護回路基板、バッテリパック及びその製造方法
JP2011212699A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Origin Electric Co Ltd コンデンサ式抵抗溶接機

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4785159A (en) * 1985-03-13 1988-11-15 Titanweld B.V. Dental welding device and system
US4965860A (en) * 1988-03-15 1990-10-23 Miyachi Electronic Company Capacitor type welding power unit
JP2567723Y2 (ja) * 1993-08-25 1998-04-02 デンヨー株式会社 バッテリ溶接機
DE69515083T2 (de) * 1994-05-27 2000-10-12 Toshiba Kawasaki Kk Steueranlage für Widerstandsschweissmaschine
JPH11129077A (ja) * 1997-10-29 1999-05-18 Miyachi Technos Corp 抵抗溶接電源装置
JP4197544B2 (ja) * 1997-12-03 2008-12-17 義夫 今島 電気溶接システム
JP2001300739A (ja) * 2000-04-19 2001-10-30 Asahi Glass Co Ltd 抵抗溶接機用コンデンサバンク
JP2002075324A (ja) * 2000-09-04 2002-03-15 Mitsubishi Chemicals Corp 電 池
JP2002160072A (ja) * 2000-11-28 2002-06-04 Miyachi Technos Corp 抵抗溶接装置
JP3439743B2 (ja) * 2001-01-29 2003-08-25 松下電器産業株式会社 非水電解質電池およびその製造法
KR100451411B1 (ko) * 2002-06-03 2004-10-06 국방과학연구소 마이크로 용접장치
US8405001B2 (en) * 2009-07-13 2013-03-26 Illinois Tool Works Inc Hybrid welding systems and devices

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000326076A (ja) * 1999-05-24 2000-11-28 Origin Electric Co Ltd コンデンサ式抵抗溶接方法及び装置
JP2003191079A (ja) * 2001-12-26 2003-07-08 Nadex Co Ltd 抵抗溶接機の溶接状態送信装置
JP2009004235A (ja) * 2007-06-21 2009-01-08 Aoi Electronics Co Ltd リチウム二次電池
JP2009164102A (ja) * 2008-01-04 2009-07-23 Samsung Sdi Co Ltd 保護回路基板、バッテリパック及びその製造方法
JP2011212699A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Origin Electric Co Ltd コンデンサ式抵抗溶接機

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014080757A1 (ja) 2014-05-30
US20150328711A1 (en) 2015-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
USRE44486E1 (en) Circuit apparatus for transformerless conversion of an electric direct voltage into an alternating voltage
CN103731036B (zh) 双向dc/dc转换器
US20070081368A1 (en) Current Source Wave Voltage Inverter Voltage-Clamping and Soft-Switching Techniques, and Fuel Cell System using the same
EP3893349B1 (en) Photovoltaic inverter, and photovoltaic power generation system for same
Tan et al. A 6-kW, 2-kWh Lithium-Ion battery energy storage system using a bidirectional isolated DC-DC converter
JP2018148637A (ja) 充電装置、及び車載電源装置
JP5645565B2 (ja) 電力変換装置および太陽光発電システム
CN203843347U (zh) 一种内置锂电池组的便携式离网型直流弧焊机
WO2014080757A1 (ja) 抵抗溶接機用電源及び該電源を用いた抵抗溶接機
EP4346047A1 (en) Power conversion apparatus and energy storage system
Hua et al. Design of a wide input range DC/DC converter based on SEPIC topology for fuel cell power conversion
US20220294388A1 (en) Photovoltaic system
JP2018074889A (ja) 電源システム
JP3526262B2 (ja) 蓄電装置の電力変換装置
KR102077026B1 (ko) 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법
US10763739B2 (en) Power conversion device and power supply system using same
CN110098742B (zh) 同步整流dc/dc变换器的应用
JP3136094U (ja) 太陽光発電式交流電源装置
US9065288B2 (en) Current compensation module, charging apparatus, and charging apparatus controlling method
JP6444204B2 (ja) 電力変換装置
KR102077023B1 (ko) 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법
KR102077022B1 (ko) 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법
US11757352B2 (en) Power conversion system for electrically driven mobility device and method for controlling same
KR102077021B1 (ko) 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법
KR102077024B1 (ko) 태양 에너지 충전장치 및 그 제어방법

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20160927