本開示は、冷却のためのファンを有するアークを発生する溶接装置に関する。
溶接用の電源装置は、半導体素子などの電子部品と、トランスまたはリアクタなどの電気部品を有する。一般的に、溶接用の電源装置は、大電力を扱い、かつ、高使用率で用いられる。よって、電源装置の内部の部品が大きく発熱する。これらの部品を冷却するために、電源装置には空気冷却用のファンが設けられている。そこで、高効率な冷却を実現するためには、これらの部品が適切に配置される必要がある。
そこで従来、複数の部品を効率よく冷却するために、冷却用のファンと隔壁が垂直に配置され、空気の出口が長手方向両端である溶接装置が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
従来の溶接装置では、電子部品を冷却するためにヒートシンク等からなる放熱ユニットが設けられている。放熱ユニットは冷却ファンからの空気を流通することによって、電子部品の冷却を行っている。
本開示の溶接装置は、操作面側である前面部と、裏面部とを有し、内部に第1の領域と、第1の領域の下方に位置する第2の領域と、を有する筐体を有する。更に、第1の領域と第2の領域との境界を形成する仕切り部と、第1の領域内の前面部の近傍に配置され、外部から第1の領域に空気を流入する第1のファンと、第1の領域内に配置され、空洞部を有し、第1のファンにより空洞部に空気が流入される放熱ユニットと、を有する。第1の領域内に配置され、放熱ユニットの外周部に形成される防塵区画と、第1の領域の一部であり、裏面部と空洞部との間に位置し、空洞部から空気が流入される空間領域と、空間領域と隣接し、裏面部に形成され、空間領域に流入される空気を排出する第1の排出口を有する。更に、本開示の溶接装置は、第2の領域内の前面部の近傍に配置され、外部から第2の領域に空気を流入する第2のファンと、第2の領域内に配置されるリアクタ部と、第2の領域と隣接し、裏面部に形成され、第2の領域に流入された空気を排出する第2の排出口と、を有する。
そして、第1のファンによって空洞部で空気が流通することにより放熱ユニットは冷却され、第2のファンによって第2の領域で空気が流通することによりリアクタ部は冷却される。更に、仕切り部は、空間領域と、第2の領域とをつなぐ開口部を有し、空間領域を流通する空気と、第2の領域を流通する空気とが開口部を介して相互に流通し、空間領域を流通した空気と、第2の領域を流通した空気との両方が、第1の排出口と第2の排出口との両方から排出される。
図1Aは本開示の実施の形態1における溶接装置を上面部側から見た内部構成図である。
図1Bは本開示の実施の形態1における溶接装置の左側面部側から見た内部構成図である。
図2は本開示の実施の形態1における溶接装置の右前方から見た斜視図である。
図3は本開示の実施の形態1における溶接装置内部の空気の流れを示す図である。
図4は本開示の実施の形態2における溶接装置の内部構成図である。
図5は本開示の実施の形態2における溶接装置内部の空気の流れを示す図である。
本実施の形態による入力操作装置の説明に先立ち、特許文献1による入力装置の問題点について説明する。
上述した特許文献1に示す溶接装置では、冷却ファンが側面側に配置されており、溶接機の筐体が大型化してしまう。
さらに、溶接装置が溶接現場に設置されている状態において、特に、溶接装置が別体の保護カバーで覆われた場合、または、溶接装置や送給装置が段積されている等の場合には、溶接装置の操作面側(前面部側)からの冷却ファンの清掃やメンテナンスが困難であった。また、出力の大きい溶接装置は、小型化させ、かつ、冷却性能を向上させるのが難しかった。
本開示の溶接装置は、上記従来の問題点を解決することができ、容易に溶接装置の操作面である前面部側からの冷却ファンの清掃やメンテナンスが可能であり、効率的に冷却を行うことができ、さらに、小型化を実現できる。
以下、本開示を実施するための形態について、図面を用いて説明する。
(実施の形態1)
図1Aは、本実施の形態における溶接装置を上面部側から見た内部構成図である。図1Bは、本実施の形態における溶接装置を左側面部側から見た内部構成図である。
溶接装置1は、筐体1aと、筐体1aの中を複数の領域に分ける仕切り部を有する。筐体1aは、前面部A、裏面部Bを有する。そして、操作面側である前面部A側から筐体1aを見て、右側が右側面部Cであり、左側が左側面部Dである。また、筐体1aの内部は、仕切り部10aおよび仕切り部10bで上下に仕切られている。
筐体1aの内部の上下に仕切られた領域のうち、上段側の領域が、パワー半導体領域51(第1の領域)であり、下段側の領域がリアクタ領域52(第2の領域)である。リアクタ領域52ではパワー半導体領域51に比べて相対的に高温の発熱が発生する。
まず、パワー半導体領域51の構成について説明する。
パワー半導体領域51内の前面部Aの近傍に、第1のファン6aが配置されている。第1のファン6aは、溶接装置1の外部からパワー半導体領域51の内部に空気を流入する。パワー半導体領域51の内部には、放熱ユニット5が形成されている。第1のファン6aによって、空気が、放熱ユニット5の空洞部5c内を、空間領域23に向かって流通する。この空洞部5c内に空気を流通させることにより、放熱ユニット5は冷却される。空洞部5cは、第1のファン6aから空間領域23までをつなぐ略トンネル形状となっている。パワー半導体部51の内部に配置され、冷却される放熱ユニット5の外周部には防塵区画80が設けられている。また、防塵区画80は、放熱ユニット5と、右側面部Cまたは左側面部Dとの間に設けられている。
これにより、第1のファン6aにより外部から空洞部5cに空気が流入され放熱ユニット5が冷却されることにより、放熱ユニット5の外周部に接するように配置された防塵区画80は、防塵された状態で間接的に効率よく冷却されることが出来る。裏面部Bのパワー半導体領域51の空間領域23に隣接する領域に、第1の排出口22が設けられている。放熱ユニット5から空間領域23に流入した空気が第1の排出口22から排出される。放熱ユニット5の空洞部5c内には、1次側放熱フィン5a、2次側放熱フィン5bが設けられている。なお、1次側放熱フィン5a、2次側放熱フィン5bは、その間にトンネル状の空間を有するように配置されるとともに、フィン側が互いに対向するように配置されている。
これにより、コンパクトな放熱空間となり、第1のファン6aにより放熱ユニット5の空洞部5C内に流入される空気による冷却性を向上させている。また、後述する様に、空洞部5C内に配置される1次側放熱フィン5a、2次側放熱フィン5bの清掃性を向上させている。
また、防塵区画80内の放熱ユニット5側には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)のようなスイッチングの半導体素子2a、1次側整流ダイオード2b、2次側整流ダイオード2c、とからなるパワー半導体部2が設けられている。
また、溶接装置1の筐体1a内の清掃やメンテナンス性向上のため、図4に示すように、第1のファン6a、第2のファン6bは、着脱可能であって、筐体1aの前面部Aの近傍に取り付けられている。第1のファン6a、第2のファン6bは、筐体1a内に空気を流入させて、溶接装置1の内部を冷却するための冷却ファンである。第1のファン6a、第2のファン6bは、ファンガードまたは取付けプレートを含んで筐体1aから一体的に着脱可能な構造であってもよい。第1のファン6a、第2のファン6bを着脱可能にすることにより、第1のファン6a、第2のファン6bのメンテナスが容易になる。
次に、リアクタ領域52の構成について説明する。
筐体1aの下段側に配置されるリアクタ領域52には、第2のファン6bと、1次側平滑コンデンサ3と、リアクタ部4と、が設けられている。第2のファン6bは、筐体1aの前面部Aの近傍に設けられており、溶接装置1に空気を流入する。第2のファン6bにより流入された空気が、リアクタ領域52内を流通し、リアクタ部を冷却する。リアクタ部は、相対的に重く重量物となるトランス4aと、1次側リアクタ4bと、2次側リアクタ4cから構成されている。さらに、筐体1aの裏面部Bには第2の排出口32が設けられている。そして、リアクタ部4に流通した空気が、第2の排出口32から排出される。
また、パワー半導体領域51のさらに上方には、第3の仕切り部12にて領域が形成され、その領域には、複数の基板からなる制御装置7が設けられている。
なお、パワー半導体領域51のパワー半導体部2とリアクタ領域52の1次側平滑コンデンサ3からなる電子部品は電源回路を構成する。
また、筐体1aの中を複数の領域に分ける仕切り部は、第1の仕切り部(仕切り部10a、10b)、第2の仕切り部(仕切り部11a、11b、11c、11d)および第3の仕切り部(仕切り部12)を含む。これらの仕切り部が、パワー半導体領域51と、リアクタ領域52を構成し、さらには放熱ユニット5の空洞部5cに空気が流通する領域と、電子部品(電子部品は、パワー半導体領域51の防塵区画80に配置されるパワー半導体部2と、主にリアクタ領域52に配置される1次側平滑コンデンサ3を有する。具体的には1次側平滑コンデンサ3は、主にリアクタ領域52に配置され、かつシールドされて防塵区画80に一部が配置される。これにより防塵区画80は防塵された状態で、1次側平滑コンデンサ3の接続端子が電気的にパワー半導体部2に接続される。)および制御装置7が配置される領域など、様々な領域を構成する。
また、パワー半導体領域51の防塵区画80は、放熱ユニット5から第1の仕切り部(10a、10b)、第2の仕切り部(11a、11b、11c、11d)、および第3の仕切り部12によって仕切られた閉空間である。そして、放熱ユニット5の空洞部5cに配置される1次側放熱フィン5a、2次側放熱フィン5bに隣接する防塵区画80内の領域に、パワー半導体部2が配置されている。
パワー半導体領域51において、第1のファン6aにより筐体1aの外部より流入する空気は、放熱ユニット5の略トンネル形状の空洞部5cを通り第1のファン6a側から第1の排出口22向かって流通する。また、パワー半導体領域51において、第1のファン6aにより筐体1aの外部より流入する空気は、防塵区画80内に配置されているパワー半導体部2に対して流通しない様に構成されている。
以上のように本実施の形態の溶接装置1では、冷却が必要な部品を適切に冷却することができ、かつ、外部の空気が流通しないように防塵区画80内にパワー半導体2を設けることにより、粉塵が堆積することで信頼性が低下するパワー半導体等の部品であるパワー半導体部2への粉塵の侵入を抑制することができる。
なお、好ましくは、前面部Aから空気を流入する第1のファン6aと第2のファン6bの能力は同等、または、第2のファン6bより第1のファン6aが大きく形成されている。
また、本実施の形態では、前面部A、裏面部B、右側面部C、左側面部Dを用いて説明している。なお、図2に示すように、前面部Aには作業者が溶接装置1の条件設定などの操作を行う操作部100が設けられている。溶接装置1を溶接現場に配置する際、前面部Aは操作部が設けられた面である正面に相当する。
次に、図2と図3を用いて、溶接装置1の内部の空気の流れについて説明する。
図3に示す破線の矢印は、空気の流れを示している。図2、図3に示すように、パワー半導体領域51の放熱ユニット5に空気を流通させる第1のファン6aの近傍には、外部から空気を吸入する吸入口21a、21b、21cが形成されている。
本実施の形態では、筐体1aの操作面側(前面部A)に吸入口21aが形成されており、筐体1aの右側面部Cの前面部A側には、吸入口21cが形成されている。さらに、図2では、背後になるため吸入口21bは具体的に図示できていないが、筐体1aの左側面部Dの前面部A側に、吸入口21bが形成されている。なお、吸入口21bは、吸入口21cと同様の形状である。そして、前面部A、右側面部C、または左側面部Dのいずれかに形成されている吸入口21a、21b、21cから、第1のファン6aによってパワー半導体領域51に空気が吸入される。
パワー半導体領域51において、筐体1aの前面部A(操作面側)の近傍に配置される第1のファン6aによって外部から吸入される空気は、防塵区画80と隣接する放熱ユニット5の略トンネル形状の空洞部5cを通り、第1のファン6a側から空間領域23に向かって流通する。この空洞部5cを流通した空気は、空間領域23を介して筐体1aの裏面部Bに設けられている第1の排出口22から筐体1aの外に排出される。なお、図2では、背後になるため第1の排出口22は具体的に図示できていないが、第1の排出口22は、吸入口21cと同様に、複数の開口で形成されている。
なお、第1の排出口22は、裏面部B側である筐体1aの後部側から空気が排気出来る構造であれば良い。つまり、第1の排出口22が設けられる裏面部Bは、右側面部C、左側面部Dの後部側を一部含む構成であっても良い。
また、溶接装置1の筐体1aは、リアクタ部4に外部から空気を流通するために、第2のファン6b(図1B参照)の近傍に、吸入口31a、31b、31cが形成されている。筐体1aの操作側(前面部A)に吸入口31aが形成されており、筐体1aの右側面部Cの前面部A側には、吸入口31cが形成されている。
さらに、図2では、背後になるため吸入口31bは具体的に図示できていないが、筐体1aの左側面部Dの前面部A側に、吸入口31bが形成されている。吸入口31bは、吸入口31cと同様の形状である。そして、前面部A、右側面部C、または左側面部Dのいずれかに形成されている吸入口31a、31b、31cから、第2のファン6bによってリアクタ領域52に空気が吸入される。
リアクタ領域52において、前面部A(操作面側)の近傍に配置される第2のファン6bによって筐体1aの外部から吸入される空気は、リアクタ部4を有するリアクタ領域52を流通する。このリアクタ領域52を流通した空気は、筐体1aの裏面部Bに設けられた第2の排出口32から筐体1aの外に排出される。なお、図2では、背後になるため第2の排出口32は具体的に図示できていないが、第2の排出口32は、吸入口31cと同様に、複数の開口で形成されている。
また、本実施の形態の溶接装置1では、筐体1aの前面部Aの近傍に着脱可能に配置されている第1のファン6aおよび第2のファン6bの少なくとも一つを筐体の前面部A側から着脱可能である。これにより、溶接装置1が溶接現場に設置された状態において、特に、溶接装置が別体の保護カバーで覆われた場合、または、溶接装置や送給装置が段積されている等の場合等であっても、容易に溶接装置1の正面の操作面側である前面部Aから筐体内の清掃を容易に行うことができる。
また、冷却ファン(第1のファン6a、第2のファン6b)の交換および清掃を容易に行う事ができる。
また、清掃時には、筐体1aの前面部A側に配置された冷却用のファン(第1のファン6a、第2のファン6b)を着脱することで、パワー半導体領域51、リアクタ領域52ともにオープンな直線状のトンネルの空間となる。
つまり、本実施の形態の溶接装置1は、第1のファン6a、空洞部5c、空間領域23、および第1の排出口22が、前面部A側から第1のファン6a、空洞部5c、空間領域23、第1の排出口22の順に、一直線上に配置されている。
特に、パワー半導体領域51の放熱ユニット5のトンネル状の空洞部5cには、1次側放熱フィン5a、2次側放熱フィン5bが対向して配置されている。第1のファン6aを着脱することにより、大空間の開放となり、トンネル状の空洞部5cに配置されている放熱フィン(1次側放熱フィン5a、2次側放熱フィン5b)に対し、エアーガンによる直接的なエアーの吹付が可能となる。更には、放熱フィンに対し、直接、ブラシ等の用具による清掃も容易となる。つまり、本実施の形態の溶接装置は、放熱フィンの清掃が容易にできる。
また、エアーガン等での清掃用の空気を筐体1aの前面部A側から裏面部Bに形成されている第1の排出口22または第2の排出口32へ向かって容易に吹き付けることが出来、清掃性が大幅に向上する。
尚、実際には、開示している構成以外に、溶接に必要な他の電気部品や配線、構成物が筐体1a内に配置されているが、本実施の形態の説明には直接関係しないため説明を省略する。
(実施の形態2)
次に、図2、図4、図5を用いて、実施の形態2について説明する。
図5に示す破線の矢印は、筐体1aの前面部A側に形成されている吸入口(吸入口21aなど)から裏面部Bに形成されている排出口(第1の排出口22)に向かって、パワー半導体領域51内とリアクタ領域52内における空気の流れを示している。
放熱ユニット5を有するパワー半導体領域51と、リアクタ部4を有するリアクタ領域52とは、仕切り部10aおよび仕切り部10bによって上下段に仕切られている。そして、仕切り部10aの筐体1aの裏面部B近傍に、開口部41が形成されている。開口部41は、リアクタ領域52とパワー半導体領域51の空間領域23とをつないでいる。
図5に、破線の矢印で示すように、防塵区画80に隣接して配置された放熱ユニット5から排出されるパワー半導体領域51を流通した空気と、リアクタ部4が配置されているリアクタ領域52を流通した空気とが、開口部41を通じて相互に流通することが出来る。
なお、開口部41は、第1の排出口22と第2の排出口32が形成されている位置より、前面部A側に設けられている。
よって、第1のファン6aにより外部から吸入されパワー半導体領域51を流通する空気と、第2のファン6bにより外部から吸入されリアクタ領域52に流通する空気とが相互に流通しながら、第1の排出口22と第2の排出口32との両方の排出口から筐体1aの外に排出させる。よって、本実施の形態の溶接装置1は、効率的に筐体1aの冷却性を向上させることができる。
さらに詳細に説明すると、開口部41は、筐体1aの下段に配置されており、高温になるリアクタ領域52の空気と、筐体1aの上段に配置されており、リアクタ領域52に比べて温度が低いパワー半導体領域51の空気とを開口部41は、温度差や、後述する内圧差により相互に流通させることができる。つまり、筐体1aの裏面部Bに設けられている空気の排出口(第1の排出口22および第2の排出口32)より筐体1aの内側に形成されている開口部41によって、上下に仕切られたパワー半導体領域51とリアクタ領域52はつながれている。
開口部41を通じて、排出される前に、パワー半導体領域51を流通する空気とリアクタ領域52を流通する空気とを相互に流通させることにより、リアクタ領域52においては、リアクタ領域52の熱い空気をリアクタ領域52の第2の排出口32だけではなく、パワー半導体領域51の空間領域23を介して第1の排出口22から排出させることができる。また、パワー半導体領域51においては、パワー半導体領域51を流通する空気を裏面側の筐体1aの上段のパワー半導体領域51の第1の排出口22だけでなく、下段のリアクタ領域52の第2の排出口32から排出させることができる。
上述した通り、本実施の形態の溶接装置1では、放熱ユニットを有するパワー半導体領域51を流通する空気とリアクタ部4を有するリアクタ領域52を流通する空気とを相互に流通させて、裏面側の筐体1aの上段の第1の排出口22および下段の第2の排出口32の両方から排出させている。この構成により、空気の排出における圧力損失が低下し、パワー半導体領域51およびリアクタ領域52を流通する空気の排出性能はそれぞれ向上する。
よって、本実施の形態の溶接装置1は、パワー半導体領域51およびリアクタ領域52の温度を開口部41が形成されていない場合に比べて、効果的に下げて、冷却性を向上させることが出来る。
つまり、本実施の形態の溶接装置1は、操作面側である前面部Aと、裏面部Bとを有し、内部にパワー半導体領域51と、パワー半導体領域51の下方に位置するリアクタ領域52と、を有する筐体1aを有する。
更に、本実施の形態の溶接装置1は、パワー半導体領域51とリアクタ領域52との境界を形成する仕切り部10aと、パワー半導体領域51内の前面部Aの近傍に配置され、外部からパワー半導体領域51に空気を流入する第1のファン6aと、パワー半導体領域51に配置され、空洞部5cを有し、第1のファン6aにより空洞部5cに空気が流入される放熱ユニット5と、パワー半導体領域51内に配置され、放熱ユニット5の外周部に形成される防塵区画80と、パワー半導体領域51の一部であり、裏面部Bと空洞部5cとの間に位置し、空洞部5cから空気が流入される空間領域23と、空間領域23と隣接し、裏面部Bに形成され、空間領域23に流入される空気を排出する第1の排出口22と、を有する。
更に、本実施の形態の溶接装置1は、リアクタ領域52内の前面部Aの近傍に配置され、外部からリアクタ領域52に空気を流入する第2のファンと6bと、リアクタ領域52内に配置されるリアクタ部4と、リアクタ領域52と隣接し、裏面部Bに形成され、リアクタ領域52域に流入された空気を排出する第2の排出口32と、を有する。
更に、本実施の形態の溶接装置1は、第1のファン6aによって空洞部5cで空気が流通することにより放熱ユニット5は冷却され、第2のファン6bによってリアクタ領域52で空気が流通することによりリアクタ部4は冷却さる。そして、仕切り部10aは、空間領域23と、リアクタ領域52とをつなぐ開口部41を有する。更に、空間領域23を流通する空気と、リアクタ領域52を流通する空気とが開口部41を介して相互に流通する。また、空間領域23を流通した空気と、リアクタ領域52を流通した空気との両方が、第1の排出口22と第2の排出口32との両方から排出される。
また、本実施の形態の溶接装置1は、より好ましくは、第2の排出口32の開口面積は、第1の排出口22の開口面積より大きい。
言い換えると、第1の排出口22の開口面積は、第2の排出口32の開口面積より小さい。具体的には、第1の排出口22と第2の排出口32との開口面積の比率は1:2から3:5が好ましい。
筐体1aの前面部Aに設けられた第1のファン6aおよび第2のファン6bにより筐体1a内に空気が流入されると、第2の排出口32より開口面積が小さい空間領域23の第1の排出口22付近の内圧は第2の排出口32付近の内圧に比べて相対的に高くなる。
これにより、リアクタ領域52とパワー半導体領域51とをつなぐ開口部41を介して、パワー半導体領域51に比べ相対的に温度が高いリアクタ領域52より上段側に流通して行く空気とパワー半導体領域51より下段側に流通して行く空気とが相互に流通し混ざり合って筐体1aの裏面側に設けられた第1の排出口22と第2の排出口32との両方から排出される。この構成により本実施の形態の溶接装置1は、効果的に筐体1aの冷却性が向上する。
また、開口部41と第1の排出口22と第2の排出口32の開口面積の関係は、以下の関係が好ましい。第1の排出口22の開口面積は開口部41の開口面積と同等、または第1の排出口22の開口面積は、開口部41の開口面積よりは大きい。第2の排出口32の開口面積は、第1の排出口22の開口面積より大きい。
上述した構成により、開口部41を介してパワー半導体領域51とリアクタ領域52の空気を相互に流通させて、第1の排出口22と第2の排出口32の両方から排出して効果的に筐体1aの冷却性を向上させることが出来る。
また、第1の排出口22に対する開口部41の開口比率は25〜45%であり、好ましくは35%である。
また、第2の排出口32に対する開口部41の開口比率は15〜35%であり、好ましくは25%である。
つまり、本実施の形態の溶接装置1は、より好ましくは、前排出口22の開口面積は、開口部41の開口面積と同じ、または、開口部41の開口面積より大きい。
この構成により、筐体1aの外から空気を吸い込んで、パワー半導体領域51の防塵区画80に隣接する放熱ユニット5のトンネル状の空洞に空気を流通させる第1のファン6aと、筐体1aの外から空気を吸い込んで、リアクタ領域52のリアクタ部4の空間に空気を流通させる第2のファン6bとによる空冷効果を向上させることができる。パワー半導体領域51及びリアクタ領域52の冷却効果を向上させることができる。
なお、実施の形態2については、説明を省略しているが、上述した実施の形態1と同様の効果が得られる。
本開示の溶接装置は、操作面側(前面部側)から、容易に冷却ファンの清掃やメンテナンスが可能であり、かつ、大型化することなく効率的な冷却を行うことが可能である。また、筐体の中に堆積した粉塵を除去し易く、高い冷却性能を維持し、かつ、電気部品への不具合が低減でき有用である。
A 前面部
B 裏面部
C 右側面部
D 左側面部
1 溶接装置
1a 筐体
2 パワー半導体部
2a 半導体素子
2b 1次側整流ダイオード
2c 2次側整流ダイオード
3 1次側平滑コンデンサ
4 リアクタ部
4a トランス
4b 1次側リアクタ
4c 2次側リアクタ
5 放熱ユニット
5a 1次側放熱フィン
5b 2次側放熱フィン
5c 空洞部
6a 第1のファン
6b 第2のファン
7 制御装置
10a,10b,11a,11b,11c,11d,12 仕切り部
21a,21b,21c 吸入口
22 第1の排出口
23 空間領域
31a,31b,31c 吸入口
32 第2の排出口
41 開口部
51 パワー半導体領域
52 リアクタ領域
80 防塵区画
100 操作部
本開示は、冷却のためのファンを有するアークを発生する溶接装置に関する。
溶接用の電源装置は、半導体素子などの電子部品と、トランスまたはリアクタなどの電気部品を有する。一般的に、溶接用の電源装置は、大電力を扱い、かつ、高使用率で用いられる。よって、電源装置の内部の部品が大きく発熱する。これらの部品を冷却するために、電源装置には空気冷却用のファンが設けられている。そこで、高効率な冷却を実現するためには、これらの部品が適切に配置される必要がある。
そこで従来、複数の部品を効率よく冷却するために、冷却用のファンと隔壁が垂直に配置され、空気の出口が長手方向両端である溶接装置が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
従来の溶接装置では、電子部品を冷却するためにヒートシンク等からなる放熱ユニットが設けられている。放熱ユニットは冷却ファンからの空気を流通することによって、電子部品の冷却を行っている。
本開示の溶接装置は、操作面側である前面部と、裏面部とを有し、内部に第1の領域と、第1の領域の下方に位置する第2の領域と、を有する筐体を有する。更に、第1の領域と第2の領域との境界を形成する仕切り部と、第1の領域内の前面部の近傍に配置され、外部から第1の領域に空気を流入する第1のファンと、第1の領域内に配置され、空洞部を有し、第1のファンにより空洞部に空気が流入される放熱ユニットと、を有する。第1の領域内に配置され、放熱ユニットの外周部に形成される防塵区画と、第1の領域の一部であり、裏面部と空洞部との間に位置し、空洞部から空気が流入される空間領域と、空間領域と隣接し、裏面部に形成され、空間領域に流入される空気を排出する第1の排出口を有する。更に、本開示の溶接装置は、第2の領域内の前面部の近傍に配置され、外部から第2の領域に空気を流入する第2のファンと、第2の領域内に配置されるリアクタ部と、第2の領域と隣接し、裏面部に形成され、第2の領域に流入された空気を排出する第2の排出口と、を有する。
そして、第1のファンによって空洞部で空気が流通することにより放熱ユニットは冷却され、第2のファンによって第2の領域で空気が流通することによりリアクタ部は冷却される。更に、仕切り部は、空間領域と、第2の領域とをつなぐ開口部を有し、空間領域を流通する空気と、第2の領域を流通する空気とが開口部を介して相互に流通し、空間領域を流通した空気と、第2の領域を流通した空気との両方が、第1の排出口と第2の排出口との両方から排出される。
図1Aは本開示の実施の形態1における溶接装置を上面部側から見た内部構成図である。
図1Bは本開示の実施の形態1における溶接装置の左側面部側から見た内部構成図である。
図2は本開示の実施の形態1における溶接装置の右前方から見た斜視図である。
図3は本開示の実施の形態1における溶接装置内部の空気の流れを示す図である。
図4は本開示の実施の形態2における溶接装置の内部構成図である。
図5は本開示の実施の形態2における溶接装置内部の空気の流れを示す図である。
本実施の形態による入力操作装置の説明に先立ち、特許文献1による入力装置の問題点について説明する。
上述した特許文献1に示す溶接装置では、冷却ファンが側面側に配置されており、溶接機の筐体が大型化してしまう。
さらに、溶接装置が溶接現場に設置されている状態において、特に、溶接装置が別体の保護カバーで覆われた場合、または、溶接装置や送給装置が段積されている等の場合には、溶接装置の操作面側(前面部側)からの冷却ファンの清掃やメンテナンスが困難であった。また、出力の大きい溶接装置は、小型化させ、かつ、冷却性能を向上させるのが難しかった。
本開示の溶接装置は、上記従来の問題点を解決することができ、容易に溶接装置の操作面である前面部側からの冷却ファンの清掃やメンテナンスが可能であり、効率的に冷却を行うことができ、さらに、小型化を実現できる。
以下、本開示を実施するための形態について、図面を用いて説明する。
(実施の形態1)
図1Aは、本実施の形態における溶接装置を上面部側から見た内部構成図である。図1Bは、本実施の形態における溶接装置を左側面部側から見た内部構成図である。
溶接装置1は、筐体1aと、筐体1aの中を複数の領域に分ける仕切り部を有する。筐体1aは、前面部A、裏面部Bを有する。そして、操作面側である前面部A側から筐体1aを見て、右側が右側面部Cであり、左側が左側面部Dである。また、筐体1aの内部は、仕切り部10aおよび仕切り部10bで上下に仕切られている。
筐体1aの内部の上下に仕切られた領域のうち、上段側の領域が、パワー半導体領域51(第1の領域)であり、下段側の領域がリアクタ領域52(第2の領域)である。リアクタ領域52ではパワー半導体領域51に比べて相対的に高温の発熱が発生する。
まず、パワー半導体領域51の構成について説明する。
パワー半導体領域51内の前面部Aの近傍に、第1のファン6aが配置されている。第1のファン6aは、溶接装置1の外部からパワー半導体領域51の内部に空気を流入する。パワー半導体領域51の内部には、放熱ユニット5が形成されている。第1のファン6aによって、空気が、放熱ユニット5の空洞部5c内を、空間領域23に向かって流通する。この空洞部5c内に空気を流通させることにより、放熱ユニット5は冷却される。空洞部5cは、第1のファン6aから空間領域23までをつなぐ略トンネル形状となっている。パワー半導体部51の内部に配置され、冷却される放熱ユニット5の外周部には防塵区画80が設けられている。また、防塵区画80は、放熱ユニット5と、右側面部Cまたは左側面部Dとの間に設けられている。
これにより、第1のファン6aにより外部から空洞部5cに空気が流入され放熱ユニット5が冷却されることにより、放熱ユニット5の外周部に接するように配置された防塵区画80は、防塵された状態で間接的に効率よく冷却されることが出来る。裏面部Bのパワー半導体領域51の空間領域23に隣接する領域に、第1の排出口22が設けられている。放熱ユニット5から空間領域23に流入した空気が第1の排出口22から排出される。放熱ユニット5の空洞部5c内には、1次側放熱フィン5a、2次側放熱フィン5bが設けられている。なお、1次側放熱フィン5a、2次側放熱フィン5bは、その間にトンネル状の空間を有するように配置されるとともに、フィン側が互いに対向するように配置されている。
これにより、コンパクトな放熱空間となり、第1のファン6aにより放熱ユニット5の空洞部5C内に流入される空気による冷却性を向上させている。また、後述する様に、空洞部5C内に配置される1次側放熱フィン5a、2次側放熱フィン5bの清掃性を向上させている。
また、防塵区画80内の放熱ユニット5側には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)のようなスイッチングの半導体素子2a、1次側整流ダイオード2b、2次側整流ダイオード2c、とからなるパワー半導体部2が設けられている。
また、溶接装置1の筐体1a内の清掃やメンテナンス性向上のため、図4に示すように、第1のファン6a、第2のファン6bは、着脱可能であって、筐体1aの前面部Aの近傍に取り付けられている。第1のファン6a、第2のファン6bは、筐体1a内に空気を流入させて、溶接装置1の内部を冷却するための冷却ファンである。第1のファン6a、第2のファン6bは、ファンガードまたは取付けプレートを含んで筐体1aから一体的に着脱可能な構造であってもよい。第1のファン6a、第2のファン6bを着脱可能にすることにより、第1のファン6a、第2のファン6bのメンテナスが容易になる。
次に、リアクタ領域52の構成について説明する。
筐体1aの下段側に配置されるリアクタ領域52には、第2のファン6bと、1次側平滑コンデンサ3と、リアクタ部4と、が設けられている。第2のファン6bは、筐体1aの前面部Aの近傍に設けられており、溶接装置1に空気を流入する。第2のファン6bにより流入された空気が、リアクタ領域52内を流通し、リアクタ部を冷却する。リアクタ部は、相対的に重く重量物となるトランス4aと、1次側リアクタ4bと、2次側リアクタ4cから構成されている。さらに、筐体1aの裏面部Bには第2の排出口32が設けられている。そして、リアクタ部4に流通した空気が、第2の排出口32から排出される。
また、パワー半導体領域51のさらに上方には、第3の仕切り部12にて領域が形成され、その領域には、複数の基板からなる制御装置7が設けられている。
なお、パワー半導体領域51のパワー半導体部2とリアクタ領域52の1次側平滑コンデンサ3からなる電子部品は電源回路を構成する。
また、筐体1aの中を複数の領域に分ける仕切り部は、第1の仕切り部(仕切り部10a、10b)、第2の仕切り部(仕切り部11a、11b、11c、11d)および第3の仕切り部(仕切り部12)を含む。これらの仕切り部が、パワー半導体領域51と、リアクタ領域52を構成し、さらには放熱ユニット5の空洞部5cに空気が流通する領域と、電子部品(電子部品は、パワー半導体領域51の防塵区画80に配置されるパワー半導体部2と、主にリアクタ領域52に配置される1次側平滑コンデンサ3を有する。具体的には1次側平滑コンデンサ3は、主にリアクタ領域52に配置され、かつシールドされて防塵区画80に一部が配置される。これにより防塵区画80は防塵された状態で、1次側平滑コンデンサ3の接続端子が電気的にパワー半導体部2に接続される。)および制御装置7が配置される領域など、様々な領域を構成する。
また、パワー半導体領域51の防塵区画80は、放熱ユニット5から第1の仕切り部(10a、10b)、第2の仕切り部(11a、11b、11c、11d)、および第3の仕切り部12によって仕切られた閉空間である。そして、放熱ユニット5の空洞部5cに配置される1次側放熱フィン5a、2次側放熱フィン5bに隣接する防塵区画80内の領域に、パワー半導体部2が配置されている。
パワー半導体領域51において、第1のファン6aにより筐体1aの外部より流入する空気は、放熱ユニット5の略トンネル形状の空洞部5cを通り第1のファン6a側から第1の排出口22向かって流通する。また、パワー半導体領域51において、第1のファン6aにより筐体1aの外部より流入する空気は、防塵区画80内に配置されているパワー半導体部2に対して流通しない様に構成されている。
以上のように本実施の形態の溶接装置1では、冷却が必要な部品を適切に冷却することができ、かつ、外部の空気が流通しないように防塵区画80内にパワー半導体2を設けることにより、粉塵が堆積することで信頼性が低下するパワー半導体等の部品であるパワー半導体部2への粉塵の侵入を抑制することができる。
なお、好ましくは、前面部Aから空気を流入する第1のファン6aと第2のファン6bの能力は同等、または、第2のファン6bより第1のファン6aが大きく形成されている。
また、本実施の形態では、前面部A、裏面部B、右側面部C、左側面部Dを用いて説明している。なお、図2に示すように、前面部Aには作業者が溶接装置1の条件設定などの操作を行う操作部100が設けられている。溶接装置1を溶接現場に配置する際、前面部Aは操作部が設けられた面である正面に相当する。
次に、図2と図3を用いて、溶接装置1の内部の空気の流れについて説明する。
図3に示す破線の矢印は、空気の流れを示している。図2、図3に示すように、パワー半導体領域51の放熱ユニット5に空気を流通させる第1のファン6aの近傍には、外部から空気を吸入する吸入口21a、21b、21cが形成されている。
本実施の形態では、筐体1aの操作面側(前面部A)に吸入口21aが形成されており、筐体1aの右側面部Cの前面部A側には、吸入口21cが形成されている。さらに、図2では、背後になるため吸入口21bは具体的に図示できていないが、筐体1aの左側面部Dの前面部A側に、吸入口21bが形成されている。なお、吸入口21bは、吸入口21cと同様の形状である。そして、前面部A、右側面部C、または左側面部Dのいずれかに形成されている吸入口21a、21b、21cから、第1のファン6aによってパワー半導体領域51に空気が吸入される。
パワー半導体領域51において、筐体1aの前面部A(操作面側)の近傍に配置される第1のファン6aによって外部から吸入される空気は、防塵区画80と隣接する放熱ユニット5の略トンネル形状の空洞部5cを通り、第1のファン6a側から空間領域23に向かって流通する。この空洞部5cを流通した空気は、空間領域23を介して筐体1aの裏面部Bに設けられている第1の排出口22から筐体1aの外に排出される。なお、図2では、背後になるため第1の排出口22は具体的に図示できていないが、第1の排出口22は、吸入口21cと同様に、複数の開口で形成されている。
なお、第1の排出口22は、裏面部B側である筐体1aの後部側から空気が排気出来る構造であれば良い。つまり、第1の排出口22が設けられる裏面部Bは、右側面部C、左側面部Dの後部側を一部含む構成であっても良い。
また、溶接装置1の筐体1aは、リアクタ部4に外部から空気を流通するために、第2のファン6b(図1B参照)の近傍に、吸入口31a、31b、31cが形成されている。筐体1aの操作側(前面部A)に吸入口31aが形成されており、筐体1aの右側面部Cの前面部A側には、吸入口31cが形成されている。
さらに、図2では、背後になるため吸入口31bは具体的に図示できていないが、筐体1aの左側面部Dの前面部A側に、吸入口31bが形成されている。吸入口31bは、吸入口31cと同様の形状である。そして、前面部A、右側面部C、または左側面部Dのいずれかに形成されている吸入口31a、31b、31cから、第2のファン6bによってリアクタ領域52に空気が吸入される。
リアクタ領域52において、前面部A(操作面側)の近傍に配置される第2のファン6bによって筐体1aの外部から吸入される空気は、リアクタ部4を有するリアクタ領域52を流通する。このリアクタ領域52を流通した空気は、筐体1aの裏面部Bに設けられた第2の排出口32から筐体1aの外に排出される。なお、図2では、背後になるため第2の排出口32は具体的に図示できていないが、第2の排出口32は、吸入口31cと同様に、複数の開口で形成されている。
また、本実施の形態の溶接装置1では、筐体1aの前面部Aの近傍に着脱可能に配置されている第1のファン6aおよび第2のファン6bの少なくとも一つを筐体の前面部A側から着脱可能である。これにより、溶接装置1が溶接現場に設置された状態において、特に、溶接装置が別体の保護カバーで覆われた場合、または、溶接装置や送給装置が段積されている等の場合等であっても、容易に溶接装置1の正面の操作面側である前面部Aから筐体内の清掃を容易に行うことができる。
また、冷却ファン(第1のファン6a、第2のファン6b)の交換および清掃を容易に行う事ができる。
また、清掃時には、筐体1aの前面部A側に配置された冷却用のファン(第1のファン6a、第2のファン6b)を着脱することで、パワー半導体領域51、リアクタ領域52ともにオープンな直線状のトンネルの空間となる。
つまり、本実施の形態の溶接装置1は、第1のファン6a、空洞部5c、空間領域23、および第1の排出口22が、前面部A側から第1のファン6a、空洞部5c、空間領域23、第1の排出口22の順に、一直線上に配置されている。
特に、パワー半導体領域51の放熱ユニット5のトンネル状の空洞部5cには、1次側放熱フィン5a、2次側放熱フィン5bが対向して配置されている。第1のファン6aを着脱することにより、大空間の開放となり、トンネル状の空洞部5cに配置されている放熱フィン(1次側放熱フィン5a、2次側放熱フィン5b)に対し、エアーガンによる直接的なエアーの吹付が可能となる。更には、放熱フィンに対し、直接、ブラシ等の用具による清掃も容易となる。つまり、本実施の形態の溶接装置は、放熱フィンの清掃が容易にできる。
また、エアーガン等での清掃用の空気を筐体1aの前面部A側から裏面部Bに形成されている第1の排出口22または第2の排出口32へ向かって容易に吹き付けることが出来、清掃性が大幅に向上する。
尚、実際には、開示している構成以外に、溶接に必要な他の電気部品や配線、構成物が筐体1a内に配置されているが、本実施の形態の説明には直接関係しないため説明を省略する。
(実施の形態2)
次に、図2、図4、図5を用いて、実施の形態2について説明する。
図5に示す破線の矢印は、筐体1aの前面部A側に形成されている吸入口(吸入口21aなど)から裏面部Bに形成されている排出口(第1の排出口22)に向かって、パワー半導体領域51内とリアクタ領域52内における空気の流れを示している。
放熱ユニット5を有するパワー半導体領域51と、リアクタ部4を有するリアクタ領域52とは、仕切り部10aおよび仕切り部10bによって上下段に仕切られている。そして、仕切り部10aの筐体1aの裏面部B近傍に、開口部41が形成されている。開口部41は、リアクタ領域52とパワー半導体領域51の空間領域23とをつないでいる。
図5に、破線の矢印で示すように、防塵区画80に隣接して配置された放熱ユニット5から排出されるパワー半導体領域51を流通した空気と、リアクタ部4が配置されているリアクタ領域52を流通した空気とが、開口部41を通じて相互に流通することが出来る。
なお、開口部41は、第1の排出口22と第2の排出口32が形成されている位置より、前面部A側に設けられている。
よって、第1のファン6aにより外部から吸入されパワー半導体領域51を流通する空気と、第2のファン6bにより外部から吸入されリアクタ領域52に流通する空気とが相互に流通しながら、第1の排出口22と第2の排出口32との両方の排出口から筐体1aの外に排出させる。よって、本実施の形態の溶接装置1は、効率的に筐体1aの冷却性を向上させることができる。
さらに詳細に説明すると、開口部41は、筐体1aの下段に配置されており、高温になるリアクタ領域52の空気と、筐体1aの上段に配置されており、リアクタ領域52に比べて温度が低いパワー半導体領域51の空気とを開口部41は、温度差や、後述する内圧差により相互に流通させることができる。つまり、筐体1aの裏面部Bに設けられている空気の排出口(第1の排出口22および第2の排出口32)より筐体1aの内側に形成されている開口部41によって、上下に仕切られたパワー半導体領域51とリアクタ領域52はつながれている。
開口部41を通じて、排出される前に、パワー半導体領域51を流通する空気とリアクタ領域52を流通する空気とを相互に流通させることにより、リアクタ領域52においては、リアクタ領域52の熱い空気をリアクタ領域52の第2の排出口32だけではなく、パワー半導体領域51の空間領域23を介して第1の排出口22から排出させることができる。また、パワー半導体領域51においては、パワー半導体領域51を流通する空気を裏面側の筐体1aの上段のパワー半導体領域51の第1の排出口22だけでなく、下段のリアクタ領域52の第2の排出口32から排出させることができる。
上述した通り、本実施の形態の溶接装置1では、放熱ユニットを有するパワー半導体領域51を流通する空気とリアクタ部4を有するリアクタ領域52を流通する空気とを相互に流通させて、裏面側の筐体1aの上段の第1の排出口22および下段の第2の排出口32の両方から排出させている。この構成により、空気の排出における圧力損失が低下し、パワー半導体領域51およびリアクタ領域52を流通する空気の排出性能はそれぞれ向上する。
よって、本実施の形態の溶接装置1は、パワー半導体領域51およびリアクタ領域52の温度を開口部41が形成されていない場合に比べて、効果的に下げて、冷却性を向上させることが出来る。
つまり、本実施の形態の溶接装置1は、操作面側である前面部Aと、裏面部Bとを有し、内部にパワー半導体領域51と、パワー半導体領域51の下方に位置するリアクタ領域52と、を有する筐体1aを有する。
更に、本実施の形態の溶接装置1は、パワー半導体領域51とリアクタ領域52との境界を形成する仕切り部10aと、パワー半導体領域51内の前面部Aの近傍に配置され、外部からパワー半導体領域51に空気を流入する第1のファン6aと、パワー半導体領域51に配置され、空洞部5cを有し、第1のファン6aにより空洞部5cに空気が流入される放熱ユニット5と、パワー半導体領域51内に配置され、放熱ユニット5の外周部に形成される防塵区画80と、パワー半導体領域51の一部であり、裏面部Bと空洞部5cとの間に位置し、空洞部5cから空気が流入される空間領域23と、空間領域23と隣接し、裏面部Bに形成され、空間領域23に流入される空気を排出する第1の排出口22と、を有する。
更に、本実施の形態の溶接装置1は、リアクタ領域52内の前面部Aの近傍に配置され、外部からリアクタ領域52に空気を流入する第2のファンと6bと、リアクタ領域52内に配置されるリアクタ部4と、リアクタ領域52と隣接し、裏面部Bに形成され、リアクタ領域52域に流入された空気を排出する第2の排出口32と、を有する。
更に、本実施の形態の溶接装置1は、第1のファン6aによって空洞部5cで空気が流通することにより放熱ユニット5は冷却され、第2のファン6bによってリアクタ領域52で空気が流通することによりリアクタ部4は冷却さる。そして、仕切り部10aは、空間領域23と、リアクタ領域52とをつなぐ開口部41を有する。更に、空間領域23を流通する空気と、リアクタ領域52を流通する空気とが開口部41を介して相互に流通する。また、空間領域23を流通した空気と、リアクタ領域52を流通した空気との両方が、第1の排出口22と第2の排出口32との両方から排出される。
また、本実施の形態の溶接装置1は、より好ましくは、第2の排出口32の開口面積は、第1の排出口22の開口面積より大きい。
言い換えると、第1の排出口22の開口面積は、第2の排出口32の開口面積より小さい。具体的には、第1の排出口22と第2の排出口32との開口面積の比率は1:2から3:5が好ましい。
筐体1aの前面部Aに設けられた第1のファン6aおよび第2のファン6bにより筐体1a内に空気が流入されると、第2の排出口32より開口面積が小さい空間領域23の第1の排出口22付近の内圧は第2の排出口32付近の内圧に比べて相対的に高くなる。
これにより、リアクタ領域52とパワー半導体領域51とをつなぐ開口部41を介して、パワー半導体領域51に比べ相対的に温度が高いリアクタ領域52より上段側に流通して行く空気とパワー半導体領域51より下段側に流通して行く空気とが相互に流通し混ざり合って筐体1aの裏面側に設けられた第1の排出口22と第2の排出口32との両方から排出される。この構成により本実施の形態の溶接装置1は、効果的に筐体1aの冷却性が向上する。
また、開口部41と第1の排出口22と第2の排出口32の開口面積の関係は、以下の関係が好ましい。第1の排出口22の開口面積は開口部41の開口面積と同等、または第1の排出口22の開口面積は、開口部41の開口面積よりは大きい。第2の排出口32の開口面積は、第1の排出口22の開口面積より大きい。
上述した構成により、開口部41を介してパワー半導体領域51とリアクタ領域52の空気を相互に流通させて、第1の排出口22と第2の排出口32の両方から排出して効果的に筐体1aの冷却性を向上させることが出来る。
また、第1の排出口22に対する開口部41の開口比率は25〜45%であり、好ましくは35%である。
また、第2の排出口32に対する開口部41の開口比率は15〜35%であり、好ましくは25%である。
つまり、本実施の形態の溶接装置1は、より好ましくは、前排出口22の開口面積は、開口部41の開口面積と同じ、または、開口部41の開口面積より大きい。
この構成により、筐体1aの外から空気を吸い込んで、パワー半導体領域51の防塵区画80に隣接する放熱ユニット5のトンネル状の空洞に空気を流通させる第1のファン6aと、筐体1aの外から空気を吸い込んで、リアクタ領域52のリアクタ部4の空間に空気を流通させる第2のファン6bとによる空冷効果を向上させることができる。パワー半導体領域51及びリアクタ領域52の冷却効果を向上させることができる。
なお、実施の形態2については、説明を省略しているが、上述した実施の形態1と同様の効果が得られる。
本開示の溶接装置は、操作面側(前面部側)から、容易に冷却ファンの清掃やメンテナンスが可能であり、かつ、大型化することなく効率的な冷却を行うことが可能である。また、筐体の中に堆積した粉塵を除去し易く、高い冷却性能を維持し、かつ、電気部品への不具合が低減でき有用である。
A 前面部
B 裏面部
C 右側面部
D 左側面部
1 溶接装置
1a 筐体
2 パワー半導体部
2a 半導体素子
2b 1次側整流ダイオード
2c 2次側整流ダイオード
3 1次側平滑コンデンサ
4 リアクタ部
4a トランス
4b 1次側リアクタ
4c 2次側リアクタ
5 放熱ユニット
5a 1次側放熱フィン
5b 2次側放熱フィン
5c 空洞部
6a 第1のファン
6b 第2のファン
7 制御装置
10a,10b,11a,11b,11c,11d,12 仕切り部
21a,21b,21c 吸入口
22 第1の排出口
23 空間領域
31a,31b,31c 吸入口
32 第2の排出口
41 開口部
51 パワー半導体領域
52 リアクタ領域
80 防塵区画
100 操作部