(57)【要約】【課題】二次巻線１８を大きな加圧力で巻いても、第１コア１５と一次巻線１６とを損傷しない直流リアクトル兼用カップリングコイル１１を提供する。【解決手段】本発明の直流リアクトル兼用カップリングコイル１１は、溶接アーク起動時にはカップリングコイルとして動作し、溶接アーク起動後には直流リアクトルとして動作する。円柱状に形成されたフェライトコアからなる第１コア１５と、一次巻線１６と、断面がコの字状に形成され、凹部１７ａを有する珪素鋼板からなる第２コア１７と、二次巻線１８とを備えている。第１コア１５の周りに一次巻線１６が巻かれ、一次巻線１６が第１コア１５に巻かれて一体となったものが凹部１７ａに設けられ、第２コア１７の周りに二次巻線１８が巻かれて製作されている。この結果、二次巻線１８を予め定めた適切な加圧力で第２コア１７の周りに巻くことができる。【選択図】図１
2014120705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ティグ溶接用電源に使用されて、溶接アーク起動時にはカップリングコイルとして動作し、溶接アーク起動後には直流リアクトルとして動作する直流リアクトル兼用カップリングコイルにおいて、
円柱状に形成されたフェライトコアからなる第１コアと、
一次巻線と、
断面がコの字状に形成され、凹部を有する珪素鋼板からなる第２コアと、
二次巻線とを備え、
前記第１コアの周りに前記一次巻線が巻かれ、
前記一次巻線が前記第１コアに巻かれて一体となったものが前記凹部に設けられ、
前記第２コアの周りに前記二次巻線が巻かれて製作されたことを特徴とする直流リアクトル兼用カップリングコイル。
【請求項２】
前記一次巻線が前記第１コアに巻かれて一体となったものの外周が前記凹部の内面に接するように前記凹部が形成されたことを特徴とする請求項１記載の直流リアクトル兼用カップリングコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ティグ溶接用電源に使用される改善された直流リアクトル兼用カップリングコイルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来技術のティグ溶接用電源に使用される直流リアクトル兼用カップリングコイルを示す図である。同図において、直流リアクトル兼用カップリングコイル４の第１コア１は、例えば２０ＭＨｚ以上の周波数領域まで透磁率が低下しない材料を使用したコアであって、例えばフェライトコアである。第２コア２は、例えば０．１ＭＨｚ程度まで高透磁率を保つ材料を使用したコアであって、例えば珪素鋼板からなる積み鉄心である。これら第１コア１と第２コア２とを並べて合体コア３を形成し、この合体コア３の周りに高周波電圧を重畳する一次巻線５を巻き、この一次巻線５の周りに絶縁材６を設けて、この絶縁材６の周りに、溶接電流を通電する二次巻線７を巻いている。
【０００３】
この直流リアクトル兼用カップリングコイル４は、溶接アーク起動時には、第１コア１を合体コア３としたカップリングコイルとして動作し、溶接アーク起動後には、第２コア２を合体コア３とした直流リアクトルとして動作する。つまり、第１コア１と第２コア２とを並べることにより、直流リアクトルとカップリングコイルとの機能を備えた直流リアクトル兼用カップリングコイル４が構成される。（例えば、特許文献１参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２００３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来技術の直流リアクトル兼用カップリングコイル４は、第１コア１と第２コア２とを並べた合体コア３の周りに一次巻き線５を巻き、この一次巻き線５の周りに絶縁材６を介して二次巻き線７を巻いている。二次巻線は大電流が流れるので太くて堅い巻線であるので、二次巻線７を巻くときの巻線機の加圧力を大きく設定する必要がある。その場合、フェライトコアからなる第１コア１は脆いので、二次巻線７の加圧力がかかって割れやすい。また、二次巻線は大電流が流れるので太くて堅い巻線であるのに対して、一次巻線５は高周波電圧が印加されるだけなので細い巻線である。その場合、一次巻線５の周りに二次巻き線７を巻くと、二次巻線７の加圧力で一次巻線５が断線したり、一次巻線５の絶縁紙が破れたりする不具合がある。
【０００６】
逆に、二次巻線７を巻くときの巻線機の加圧力を小さく設定すると、二次巻線７が第２コア２である積み鉄心に密着しないために、二次巻線７の各巻線が動きやすい。直流リアクトル兼用カップリングコイル４が直流リアクトルとして動作するときは、二次巻線７を流れる電流が大きく、その電磁力も大きいために、二次巻線７の各巻線が引き寄せられて、巻線間の距離が小さくなる。その場合、引き寄せられた二次巻線７の巻線間では発熱が集中するので、二次巻線７が焼けるおそれがある。
【０００７】
本発明は、二次巻線を大きな加圧力で巻いても、第１コアと一次巻線とを損傷しない直流リアクトル兼用カップリングコイルを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
ティグ溶接用電源に使用されて、溶接アーク起動時にはカップリングコイルとして動作し、溶接アーク起動後には直流リアクトルとして動作する直流リアクトル兼用カップリングコイルにおいて、
円柱状に形成されたフェライトコアからなる第１コアと、
一次巻線と、
断面がコの字状に形成され、凹部を有する珪素鋼板からなる第２コアと、
二次巻線とを備え、
前記第１コアの周りに前記一次巻線が巻かれ、
前記一次巻線が前記第１コアに巻かれて一体となったものが前記凹部に設けられ、
前記第２コアの周りに前記二次巻線が巻かれて製作されたことを特徴とする直流リアクトル兼用カップリングコイルである。
【０００９】
請求項２の発明は、
前記一次巻線が前記第１コアに巻かれて一体となったものの外周が前記凹部の内面に接するように前記凹部が形成されたことを特徴とする請求項１記載の直流リアクトル兼用カップリングコイルである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の直流リアクトル兼用カップリングコイルは、二次巻線を巻く巻線機の加圧力を最適値に設定して大きな加圧力で二次巻線を巻いても、第１コアと一次巻線を損傷することがない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の直流リアクトル兼用カップリングコイルを使用したティグ溶接用電源のブロック図である。
【図２】本発明の直流リアクトル兼用カップリングコイル１１を使用したティグ溶接用電源の高周波発生回路ＨＦのブロック図である。
【図３】本発明の直流リアクトル兼用カップリングコイル１１の第１コア１５と一次巻線１６と第２コア１７との構造を説明する図である。
【図４】本発明の直流リアクトル兼用カップリングコイル１１の構造を説明する図である。
【図５】従来技術のティグ溶接用電源に使用される直流リアクトル兼用カップリングコイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［実施の形態１］
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。図１は、本発明の直流リアクトル兼用カップリングコイルを使用したティグ溶接用電源のブロック図である。同図において、ティグ溶接用電源ＰＳの電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御による出力制御を行い、アーク溶接に適した溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する。
【００１３】
図示は省略するが、電源主回路ＰＭは、例えば、商用電源を整流する１次整流器と、整流された直流を平滑するコンデンサと、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路と、高周波交流をアーク溶接に適した電圧に降圧する高周波変圧器と、降圧された高周波交流を整流する２次整流器とを含んで構成される。溶接アーク起動時には、電極１３を母材Ｗに接触させずにアークスタートさせる。そのために、電源主回路ＰＭで整流された直流に、高周波発生回路ＨＦで発生した高周波電圧が直流リアクトル兼用カップリングコイル１１によって溶接トーチ１２と母材Ｗ間に印加されることによりアークが発生する。溶接アーク起動後には、電源主回路ＰＭで整流された直流は、直流リアクトル兼用カップリングコイル１１で平滑される。
【００１４】
クリーニングユニットＣＵは、高周波火花から有効にアーク１４に移行させるために設けられていて、抵抗とコンデンサとからなる。クリーニングユニットＣＵのコンデンサに蓄えられた電荷が、火花放電と同時に急速にアーク１４の回路に流れ出し、電源主回路ＰＭからの電流不足を補って、安定してアーク１４に移行することができる。
【００１５】
電流設定回路ＩＲは、所望値の電流設定信号Ｉｒを出力する。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。誤差増幅回路ＩＡは、上記の電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、誤差増幅信号Ｉａを出力する。駆動回路ＤＶは、上記の誤差増幅信号Ｉａに従って駆動信号Ｄｖを出力する。これによって、溶接電流Ｉｗが電流設定信号Ｉｒの値に制御される。
【００１６】
図２は、本発明の直流リアクトル兼用カップリングコイル１１を使用したティグ溶接用電源の高周波発生回路ＨＦのブロック図である。同図において、高周波発生回路ＨＦの動作を説明する。図示を省略したトーチスイッチがＯＮすると、起動信号ＳｔがＡＮＤゲートに入力される。このとき図１に示した電流検出信号ＩｄはＮＯＴゲートに入力されていないので、ＮＯＴゲートの出力信号Ｓ１はＨＩＧＨであり、この結果、ＡＮＤゲートの出力信号Ｓ２はＨＩＧＨである。そして、スイッチＳＷはＡＮＤゲートの出力信号Ｓ２を入力してＯＮになる。スイッチＳＷがＯＮになると、商用交流電源ＡＣの電力が通電されて、全波整流回路ＦＢによって整流される。全波整流回路ＦＢによって整流された電力によって、コンデンサＣ１を通してフライバックトランスＦＴの端子１と端子２との間に電流が流れて、コンデンサＣ１が充電される。
【００１７】
コンデンサＣ１が充電されて、コンデンサＣ１の電圧が予め定めた電圧に達したとき、定電圧でＯＮするツェナダイオードがＯＮとなる。ツェナダイオードがＯＮになると、サイリスタＳＲが点弧されて、コンデンサＣ１に充電された電圧がサイリスタＳＲを通してフライバックトランスＦＴの端子２と端子１との間に印加される。この結果、コンデンサＣ１に充電されていたエネルギがフライバックトランスＦＴに移動する。
【００１８】
コンデンサＣ１が完全に放電すると、フライバックトランスＦＴの一次巻線のインダクタンスとコンデンサＣ１とのＬＣ共振によって、サイリスタＳＲと並列に接続されたダイオードＤ１に電流が流れ、サイリスタＳＲが逆バイアスされてＯＦＦとなる。これと同時にフライバックトランスＦＴの二次側巻線に高電圧であるフライバック電圧が発生する。発生したフライバック電圧は、フライバックトランスＦＴに内蔵されたダイオードＤ２を通してフライバックトランスＦＴの二次側に接続されたコンデンサＣ２を充電する。上述したコンデンサＣ１が充電されてからコンデンサＣ２が充電されるまでの動作が繰り返される。商用交流電源の半周期に十数回程度繰り返される。
【００１９】
上述したコンデンサＣ１が充電されてからコンデンサＣ２が充電されるまでの動作が繰り返されることによって、コンデンサＣ２の電圧が放電ギャップＤＧの放電開始電圧を超えると、コンデンサＣ２と放電ギャップＤＧと直流リアクトル兼用カップリングコイル１１の一次巻線の閉ループで電流が流れ、直流リアクトル兼用カップリングコイル１１の一次巻線の両端に高周波電圧が印加される。この印加された高周波電圧が、直流リアクトル兼用カップリングコイル１１の二次巻線を通して図１に示した溶接トーチ１２と母材Ｗ間に印加されることによってアークが発生する。
【００２０】
アークが発生して溶接電流が通電されると、図１に示した電流検出回路ＩＤが溶接電流を検出して電流検出信号Ｉｄを出力する。この電流検出信号ＩｄがＮＯＴゲートに入力されると、ＮＯＴゲートの出力信号Ｓ１はＬＯＷとなり、ＡＮＤゲートの出力信号Ｓ２もＬＯＷとなる。その結果、スイッチＳＷはＡＮＤゲートの出力信号Ｓ２を入力してＯＦＦになって、高周波電圧の発生が停止する。
【００２１】
図３は、本発明の直流リアクトル兼用カップリングコイル１１の第１コア１５と一次巻線１６と第２コア１７との構造を説明する図であって、同図（Ａ）は、正面図であり、同図（Ｂ）は、平面図であり、同図（Ｃ）は側面図であり、同図（Ｄ）は斜視図である。同図において、フェライトコアからなる第１コア１５は、例えば２０ＭＨｚ以上の周波数領域まで透磁率が低下しない材料を使用していていて、円柱状に形成されている。珪素鋼板からなる第２コア１７は、例えば０．１ＭＨｚ程度まで高透磁率を保つ材料を使用していて、断面がコの字状に形成された積み鉄心であり、コの字状に形成された凹部１７ａを有する。第１コア１５の周りに一次巻線１６が例えば５ターン巻かれている。そして、一次巻線１６が第１コアに巻かれて一体となったものが、第２コアの凹部１７ａに嵌め込まれて固定されている。
【００２２】
一次巻線１６が第１コアに巻かれて一体となったものが凹部１７ａ内で固定されるように、一次巻線１６が第１コア１５に巻かれて一体となったものの外周が凹部１７ａの内面に接するように凹部１７ａが形成されている。一方、一次巻線１６が第１コア１５に巻かれて一体となったものに対して凹部１７ａの内面との間に隙間があると、溶接電源が大型化することを避けるために第２コア１７を大きくすることができないために、第２コアの断面積が小さくなって第２コアの自己インダクタンスが小さくなる。第２コア１７の断面積をできるたけ大きくするために、一次巻線１６が第１コア１５に巻かれて一体となったものの外周が凹部１７ａの内面に接するように凹部１７ａが形成されている。
【００２３】
図４は、本発明の直流リアクトル兼用カップリングコイル１１の構造を説明する図であって、同図（Ａ）は、平面図であり、同図（Ｂ）は、正面図であり、同図（Ｃ）は側面図である。同図において、図２を参照して説明したように、第１コア１５の周りに一次巻線１６が巻かれ、一次巻線１６が巻かれた第１コア１５が、第２コアの凹部１７ａに嵌め込まれて固定されている。そして、第２コア１７の周りに二次巻線１８が予め定めた間隔を開けて、予め定めた加圧力で、例えば１８ターン巻かれている。
【００２４】
以下、動作を説明する。溶接アーク起動時には、図示を省略したトーチスイッチをＯＮすると、高周波発生回路ＨＦで発生した高周波電圧が直流リアクトル兼用カップリングコイル１１の一次巻線１６に印加されて、フェライトコアからなる第１コア１５を通じて二次巻線１８に印加される。このとき無負荷の状態で溶接電流は通電していない。このとき、珪素鋼板からなる第２コア１７は高周波では動作しないので、実質的に第１コア１５と一次巻線１６と二次巻線１８との構造となる。その結果、カップリングコイルとして動作する。
【００２５】
そして溶接電流が通電されると、高周波発生回路ＨＦがＯＦＦとなり、直流リアクトル兼用カップリングコイル１１の二次巻線１８に大電流が通電される。このときフェライトコアからなる第１コア１５は、磁気的に飽和するので、コアしては動作しない。そのために実質的に珪素鋼板からなる第２コア１７に二次巻線１８を巻いたものと等価になる。その結果、直流リアクトルとして動作する。
【００２６】
従って、第１コア１５と第２コア１７とを組合せることにより、直流リアクトルとカップリングコイルの機能を備えた直流リアクトル兼用カップリングコイル１１が構成される。さらに、第１コア１５に一次巻線１６が巻かれて一体となったものが第２コアの凹部１７ａに嵌め込まれて固定されているので、第１コア１５が第２コア１７によって保護されている。そして、第２コア１７の周りに二次巻線１８が予め定めた大きな加圧力で巻かれている。
【００２７】
この結果、本発明の直流リアクトル兼用カップリングコイル１１は、二次巻線１８を巻く巻線機の加圧力を最適値に設定して大きな加圧力で二次巻線１８を巻いても、第１コア１５と一次巻線１６を損傷することがない。二次巻線１８が予め定めた加圧力で第２コア１７の周りに巻かれるので、二次巻線１８が第２コア１７の周りに密着していて、二次巻線１８に大きな電流が流れてその電磁力が大きいとき、二次巻線１８の各巻線が互いに引き寄せられることがなく、二次巻線１８の各巻線の間隔が維持され、発熱も過度集中もせず、二次巻線１８が焼けるおそれが無い。
【００２８】
図５に示した従来技術の直流リアクトル兼用カップリングコイル４の第２コア２と第１コア１との組み合わせでは、第２コア２と第１コア１とが単に接触して並べられているだけであるので、第２コア２と第１コア１とからなる合体コア３の外周の形状がいびつである。そのために、合体コア３の周りに、二次巻線７の各巻線の間隔を維持して二次巻線７を巻くのが難しい。しかし本発明の直流リアクトル兼用カップリングコイル１１は、二次巻線１８をコの字状に形成された第２コア１７の周りに巻くので、二次巻線１８を巻きやすく生産効率が向上する。
【符号の説明】
【００２９】
１            第1コア
２            第２コア
３            合体コア
４            直流リアクトル兼用カップリングコイル
５            一次巻線
６            絶縁材
７            二次巻線
１１            直流リアクトル兼用カップリングコイル
１２            溶接トーチ
１３            電極
１４            アーク
１５            第1コア
１６            一次巻線
１７            第２コア
１７ａ            第２コアの凹部
１８            二次巻線
Ｃ１            コンデンサ
Ｃ２            コンデンサ
ＣＵ            クリーニングユニット
Ｄ１            ダイオード
Ｄ２            ダイオード
ＤＧ            放電ギャップ
ＤＶ            駆動回路
Ｄｖ            駆動信号
ＦＢ            全波整流回路
ＦＴ            フライバックトランス
ＨＦ            高周波発生回路
ＩＡ            誤差増幅回路
Ｉａ            誤差増幅信号
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
ＩＲ            電流設定回路
Ｉｒ            電流設定信号
Ｉｗ            溶接電流
ＰＭ            電源主回路
ＰＳ            ティグ溶接用電源
Ｓ１            出力信号
Ｓ２            出力信号
ＳＲ            サイリスタ
Ｓｔ            起動信号
ＳＷ            スイッチ
Ｖｗ            溶接電圧
Ｗ            母材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014120705.tif 000006
【図５】
2014120705.tif 000007